JP2010272612A - Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and imaging device - Google Patents

Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and imaging device Download PDF

Info

Publication number
JP2010272612A
JP2010272612A JP2009121605A JP2009121605A JP2010272612A JP 2010272612 A JP2010272612 A JP 2010272612A JP 2009121605 A JP2009121605 A JP 2009121605A JP 2009121605 A JP2009121605 A JP 2009121605A JP 2010272612 A JP2010272612 A JP 2010272612A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
film
light
imaging device
height
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.)
Pending
Application number
JP2009121605A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toru Sasaki
徹 佐々木
Kaoru Koike
薫 小池
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.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
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 Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP2009121605A priority Critical patent/JP2010272612A/en
Priority to TW099107438D priority patent/TWI425643B/en
Priority to US12/728,448 priority patent/US8685856B2/en
Priority to EP10157325A priority patent/EP2237318A3/en
Priority to CN2012103532947A priority patent/CN103000646A/en
Priority to KR1020100026060A priority patent/KR20100109405A/en
Priority to CN2010101408039A priority patent/CN101853868B/en
Publication of JP2010272612A publication Critical patent/JP2010272612A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress degradation of sensitivity due to an antireflection structure to reversely increase sensitivity, and to suppress shading to suppress occurrence of noise such as a flare or ghost. <P>SOLUTION: This solid-state imaging device includes, on a semiconductor substrate 11, a photoelectric conversion part 12 for subjecting incident light to photoelectric conversion to obtain signal charge, and a plurality of layers of optically-transparent films formed on the photoelectric conversion part 12. In the solid-state imaging device, the antireflection structure 31 is formed on a surface of the semiconductor substrate 11 or a surface of a passivation film 22 of at least one layer out of the plurality of layers of optically-transparent films; the antireflection structure 31 includes fusiform projective bodies 32 arranged on the surface of the passivation film 22, having optical transparency and each having a sinusoidal curve; and the height of the projective body 32 is 50-100 nm when the pitch of the arrangement is 40 nm, 200-400 nm when the pitch of the arrangement is 100 nm, and 50-400 nm when the pitch of the arrangement is 200 nm. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、固体撮像装置とその製造方法および撮像装置に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device, a manufacturing method thereof, and an imaging device.

固体撮像素子には、光を効率的に集めるための集光積層構造が形成されている。この場合、異なる材料を積層させるため、屈折率変動の大きい界面が存在するため、その界面反射による光の損失が発生し、そのままでは感度低下につながる。また界面反射した光は、フレアやゴーストなどのノイズの原因にもなる。
これに対し、屈折率差の大きい界面に反射防止膜を形成し、界面反射を低減する方法が提案されている(例えば、特許文献1,2参照。)。
また、さらに高性能な反射防止構造として、微細な凹凸構造をオンチップレンズ上などに形成することで界面反射を低減する方法も提案されている(例えば、特許文献3,4,5参照。)。
In the solid-state imaging device, a condensing laminated structure for efficiently collecting light is formed. In this case, since different materials are laminated, an interface having a large refractive index variation is present, so that light loss occurs due to reflection at the interface, and this leads to a decrease in sensitivity. The light reflected from the interface also causes noise such as flare and ghost.
On the other hand, a method has been proposed in which an antireflection film is formed on an interface having a large refractive index difference to reduce interface reflection (see, for example, Patent Documents 1 and 2).
Further, as a higher-performance antireflection structure, a method of reducing interface reflection by forming a fine concavo-convex structure on an on-chip lens has been proposed (see, for example, Patent Documents 3, 4, and 5). .

屈折率差の大きい界面に反射防止膜を形成し、界面反射を低減する方法(例えば、特許文献1,2)の場合、単層膜での反射防止構造のため、光の位相が反転する膜厚を形成することで反射防止性能が高くなる。
しかしながら、実際に固体撮像素子の製造においては、受光素子部と周辺回路との段差などが存在するため、受光素子に均一な単層膜を形成することは困難である。そのため、受光素子の場所ごとの干渉状態が異なる。また一般的に反射防止膜の最適膜厚は可視光の波長によっても異なるため色ムラの原因となる。
これらの理由から、固体撮像素子において単層膜での反射防止では製造上も原理上も欠点がある。
In the case of a method of forming an antireflection film on an interface having a large refractive index difference and reducing interface reflection (for example, Patent Documents 1 and 2), a film in which the phase of light is reversed due to the antireflection structure of a single layer film By forming the thickness, the antireflection performance is enhanced.
However, in actual manufacturing of a solid-state imaging device, there is a step between the light receiving element portion and the peripheral circuit, and it is difficult to form a uniform single layer film on the light receiving device. Therefore, the interference state for each location of the light receiving element is different. In general, the optimum film thickness of the antireflection film varies depending on the wavelength of visible light, which causes color unevenness.
For these reasons, antireflection with a single-layer film in a solid-state imaging device has drawbacks both in manufacturing and in principle.

さらに詳細な説明として、シリコンと空気との界面(シリコン側の界面)に対して、反射防止膜として窒化シリコン膜を形成した場合の反射による干渉縞の様子を図17に示す。
この反射防止膜の厚さは可視光における560nmの波長に最適化されている。そのため波長560nmの光での干渉縞はほとんど消失し反射防止膜として機能していることがわかる。一方、波長440nmの光では干渉縞があまり低減されていない。このように反射防止膜による干渉低減効果は、入射光の波長により反射防止膜の最適な膜厚が変わる。このため、反射防止膜の膜厚変動に対する入射光の感度変動がまちまちとなるので、それが色ムラの原因となる。
As a more detailed explanation, FIG. 17 shows the state of interference fringes due to reflection when a silicon nitride film is formed as an antireflection film with respect to the interface between silicon and air (interface on the silicon side).
The thickness of the antireflection film is optimized to a wavelength of 560 nm in visible light. Therefore, it can be seen that interference fringes with light having a wavelength of 560 nm almost disappear and function as an antireflection film. On the other hand, interference fringes are not reduced so much in the case of light having a wavelength of 440 nm. As described above, the interference reduction effect by the antireflection film varies depending on the wavelength of the incident light. For this reason, the sensitivity variation of the incident light with respect to the variation of the film thickness of the antireflection film varies, and this causes color unevenness.

特許文献3に開示さされた固体撮像素子は、パシベーション膜表面に微細凹凸構造が形成された反射防止構造を有するものであり、微細凹凸構造の特徴として0.05μm〜1μmの周期で、1以上のアスペクト比を有するとしている。本願発明者による検討では、あるアスペクト比を超えた微細凹凸構造を形成すると、逆に感度が低下してしまうことが確認された。これは微細凹凸構造のアスペクト比が大きくなることで集光上の光路長が増大することが原因と考えられる。
また特許文献3に開示された形成方法は、1辺が100nmのパターンを隣接パターンとのスペースが100nmとなるように電子ビームリソグラフィでパターニングをする。その後、反応性イオンエッチング(RIE)を行い、微細突起のパターンを形成するという方法である。この形成方法では、例えば2.0μmピッチの受光素子に上記微細突起のパターンを配列すると受光素子あたり400個の微細突起のパターンが必要となる。
近年の固体撮像素子は受光素子数がチップあたり100万個を超えるものが主流であり、この場合チップあたり4億個の微細突起のパターンが必要となる。これを電子ビームリソグラフィで形成しようとする場合、微細突起のパターン1個あたりの描画時間を100nsecとした場合、300mmウエハ1枚あたり、11時間以上かかることとなり、実用的ではない。
The solid-state imaging device disclosed in Patent Document 3 has an antireflection structure in which a fine concavo-convex structure is formed on the surface of a passivation film, and has a period of 0.05 μm to 1 μm as a feature of the fine concavo-convex structure. Has an aspect ratio of. In the study by the present inventor, it has been confirmed that when a fine uneven structure exceeding a certain aspect ratio is formed, the sensitivity is lowered. This is considered to be caused by an increase in the optical path length for light collection due to an increase in the aspect ratio of the fine concavo-convex structure.
In the forming method disclosed in Patent Document 3, a pattern with one side of 100 nm is patterned by electron beam lithography so that a space with an adjacent pattern is 100 nm. Thereafter, reactive ion etching (RIE) is performed to form a pattern of fine protrusions. In this formation method, for example, if the pattern of the fine protrusions is arranged on a light receiving element having a pitch of 2.0 μm, 400 fine protrusion patterns are required per light receiving element.
In recent years, the number of light receiving elements exceeding one million per chip is the mainstream, and in this case, a pattern of 400 million fine protrusions per chip is required. When this is to be formed by electron beam lithography, if the drawing time per pattern of fine protrusions is 100 nsec, it takes 11 hours or more per 300 mm wafer, which is not practical.

また、特許文献4に開示された凹凸構造体は、高さが100Å〜5000Åの凹凸構造を入射光が回折しない程度のピッチでリソグラフィを利用して製造されるとしている。しかしながら、リソグラフィを利用する製造方法について、具体的な開示はなされていない。   In addition, the concavo-convex structure disclosed in Patent Document 4 is manufactured by using lithography with a concavo-convex structure having a height of 100 to 5000 mm at a pitch that does not diffract incident light. However, there is no specific disclosure about a manufacturing method using lithography.

また、特許文献5では、凹凸構造単位の特徴として、0.1λ<ピッチ<0.8λ、0.5λ<高さ<5λ(λは入射光の波長)としている。
しかしながら、例えばピッチ=0.11λ、高さ=4.4λとした場合、アスペクト比は40となり、上記説明したように、感度の低下を来たすことになる。また、シェーディング(斜入射となる受光領域の端部側に配置された画素の集光特性が光軸中心に配置された画素に対して悪化する現象)防止の面でも実用的ではない。
また、ナノインプリント法を用いて製造できることが開示されているが、アスペクト比が大きい(すなわち、構造高さが高い)凹凸構造単位を製造する場合、金型から凸部が離れにくくなり、金型の剥離性に問題を生じるので現実的ではない。
In Patent Document 5, as a feature of the concavo-convex structure unit, 0.1λ <pitch <0.8λ, 0.5λ <height <5λ (λ is the wavelength of incident light).
However, for example, when pitch = 0.11λ and height = 4.4λ, the aspect ratio is 40, and as described above, the sensitivity is lowered. Further, it is not practical in terms of preventing shading (a phenomenon in which the light condensing characteristics of the pixels arranged on the end side of the light receiving region where the oblique incidence is performed deteriorates with respect to the pixels arranged at the center of the optical axis).
Moreover, although it is disclosed that it can be manufactured using a nanoimprint method, when manufacturing a concavo-convex structure unit having a large aspect ratio (that is, a high structure height), the protrusion is difficult to be separated from the mold, This is not realistic because it causes a problem in peelability.

特開2007−242697号公報JP 2007-242697 A 特開平06−292206号公報Japanese Patent Laid-Open No. 06-292206 特開2004-47682号公報JP 2004-47682 A 特開2006-147991号公報JP 2006-147991 A 国際公開WO2005/109042号International Publication No. WO2005 / 109042

解決しようとする問題点は、あるアスペクト比を超えた微細凹凸構造を形成すると、感度が低下する点である。また、アスペクト比が大きすぎると、ナノインプリント法による微細突起パターンの形成が金型の剥離性の点で困難になる点である。   The problem to be solved is that when a fine concavo-convex structure exceeding a certain aspect ratio is formed, the sensitivity is lowered. Further, if the aspect ratio is too large, it is difficult to form a fine projection pattern by a nanoimprint method in terms of mold releasability.

本発明は、反射防止構造体を形成することによる感度の低下を抑え、逆に感度を高めることを可能にし、シェーディングを抑制することを可能にして、反射を防止することができる。またナノインプリント法による反射防止構造体の製造を可能にする。   The present invention suppresses a decrease in sensitivity due to the formation of the antireflection structure, and conversely, makes it possible to increase sensitivity and suppress shading, thereby preventing reflection. In addition, it is possible to manufacture an antireflection structure by a nanoimprint method.

本発明の固体撮像装置は、半導体領域に入射光を光電変換して信号電荷を得る光電変換部と、前記光電変換部上に形成された複数層の光透過性膜を備え、前記複数層の光透過性膜のうちの少なくとも1層の第1光透過性膜表面もしくは前記半導体領域表面に反射防止構造体が形成されていて、前記反射防止構造体は、前記第1光透過性膜表面もしくは前記半導体領域表面に配列された光透過性を有し正弦曲面を有する紡錘形状の突起体からなり、前記突起体は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下であり、配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下であり、配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下である。   A solid-state imaging device of the present invention includes a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light into a semiconductor region to obtain a signal charge, and a plurality of light-transmitting films formed on the photoelectric conversion unit. An antireflection structure is formed on the surface of the first light transmissive film of at least one layer of the light transmissive film or the surface of the semiconductor region, and the antireflection structure is formed on the surface of the first light transmissive film or It consists of spindle-shaped projections having light transmittance and a sinusoidal curved surface arranged on the surface of the semiconductor region, and the projections have a height of 50 nm or more and 100 nm or less when the arrangement pitch is 40 nm. When the pitch is 100 nm, the height is 200 nm or more and 400 nm or less, and when the arrangement pitch is 200 nm, the height is 50 nm or more and 400 nm or less.

本発明の固体撮像装置では、反射防止構造体が、全面に配列された光透過性を有し正弦曲面を有する紡錘形状の突起体からなるので、反射防止構造体の界面の両側の物質の体積変化が線形に変化する。このため、突起体の横方向の大きさが光の波長より小さい場合、界面の一方の物質の空間占有率が徐々に変化して、もう一方の物質に入れ替わることで有効屈折率も連続的に変化する。空間占有率の変化とは、界面の両側の物質の体積変化と同じ意味なので、反射防止構造体における屈折率変化が線形になり、光の反射が低減される。また、突起体は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下であり、配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下であり、配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下である。このような制限により、突起体のアスペクト比が大きくならず、感度の低下が抑制される。   In the solid-state imaging device of the present invention, since the antireflection structure is composed of spindle-shaped protrusions having a light-transmitting and sinusoidal curved surface arranged on the entire surface, the volume of the substance on both sides of the interface of the antireflection structure Change changes linearly. For this reason, when the lateral size of the protrusion is smaller than the wavelength of light, the space occupancy of one substance at the interface gradually changes, and the effective refractive index is continuously changed by switching to the other substance. Change. The change in the space occupancy has the same meaning as the change in the volume of the substance on both sides of the interface, so that the change in the refractive index in the antireflection structure is linear, and the reflection of light is reduced. In addition, the protrusions have a height of 50 nm to 100 nm when the arrangement pitch is 40 nm, the height is 200 nm to 400 nm when the arrangement pitch is 100 nm, and the arrangement pitch is 200 nm. The height is 50 nm or more and 400 nm or less. Due to such a limitation, the aspect ratio of the protrusions is not increased, and a decrease in sensitivity is suppressed.

本発明の固体撮像装置の製造方法(第1製造方法)は、半導体領域に入射光を光電変換して信号電荷を得る光電変換部上に複数層の光透過性膜を形成する際に、前記複数層の光透過性膜のうちの少なくとも1層の第1光透過性膜表面に反射防止構造体を形成する工程を備え、前記反射防止構造体の形成工程は、前記第1光透過性膜表面に紫外線硬化膜を形成する工程と、前記紫外線硬化膜に、正弦曲面を有する紡錘形状の凹部を全面に配列した紫外線透過性のナノインプリント用モールドを押し当てて、正弦曲面を有する紡錘形状の凹部の形状を前記紫外線硬化膜の表面に転写する工程と、前記ナノインプリント用モールドを押し当てた状態で前記紫外線硬化膜に紫外線を照射して硬化させる工程と、前記紫外線硬化膜から前記ナノインプリント用モールドを外す工程と、前記紫外線硬化膜と前記第1光透過性膜の上部をエッチバックして、前記紫外線硬化膜に形成された正弦曲面を有する紡錘形状の突起体の形状を前記第1光透過性膜表面に転写させる工程を備え、前記突起体は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下に形成され、配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下に形成され、配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下に形成される。   In the manufacturing method (first manufacturing method) of the solid-state imaging device of the present invention, when the light-transmitting film having a plurality of layers is formed on the photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light into the semiconductor region and obtains signal charges, A step of forming an antireflection structure on the surface of at least one first light transmissive film of the plurality of light transmissive films, wherein the step of forming the antireflection structure includes the first light transmissive film. A step of forming an ultraviolet curable film on the surface, and an ultraviolet transmissive nanoimprint mold in which spindle-shaped concave portions having a sinusoidal surface are arranged on the entire surface are pressed against the ultraviolet curable film, thereby forming a spindle-shaped concave portion having a sinusoidal curved surface. Transferring the shape of the film to the surface of the ultraviolet curable film, irradiating the ultraviolet curable film with ultraviolet rays while pressing the nanoimprint mold, and curing the nanoimprint from the ultraviolet curable film. A step of removing the mold, and etching back the upper portion of the ultraviolet curable film and the first light transmissive film to form a spindle-shaped protrusion having a sinusoidal curved surface formed on the ultraviolet curable film. A step of transferring to the surface of the light-transmitting film, wherein the protrusion is formed to have a height of 50 nm to 100 nm when the arrangement pitch is 40 nm, and when the arrangement pitch is 100 nm, the height is 200 nm or more. When the pitch is 200 nm or less and the arrangement pitch is 200 nm, the height is 50 nm or more and 400 nm or less.

本発明の第1製造方法では、反射防止構造体の突起体が正弦曲面を有する紡錘形状に形成されるので、反射防止構造体の界面の両側の物質の体積変化が線形に変化するようになる。このため、突起体の横方向の大きさが光の波長より小さい場合、界面の一方の物質の空間占有率が徐々に変化して、もう一方の物質に入れ替わることで有効屈折率も連続的に変化することになる。よって、反射防止構造体における屈折率変化が線形になり、光の反射が低減される。また、突起体は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下であり、配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下であり、配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下である。このような制限により、突起体のアスペクト比が大きくならず、最大でも4であるので、感度の低下が抑制されるとともに、ナノインプリント法を採用することが可能になる。   In the first manufacturing method of the present invention, since the protrusion of the antireflection structure is formed into a spindle shape having a sinusoidal curved surface, the volume change of the substance on both sides of the interface of the antireflection structure changes linearly. . For this reason, when the lateral size of the protrusion is smaller than the wavelength of light, the space occupancy of one substance at the interface gradually changes, and the effective refractive index is continuously changed by switching to the other substance. Will change. Therefore, the refractive index change in the antireflection structure is linear, and the reflection of light is reduced. In addition, the protrusions have a height of 50 nm to 100 nm when the arrangement pitch is 40 nm, the height is 200 nm to 400 nm when the arrangement pitch is 100 nm, and the arrangement pitch is 200 nm. The height is 50 nm or more and 400 nm or less. Due to such restrictions, the aspect ratio of the protrusions does not increase and is 4 at the maximum, so that a decrease in sensitivity is suppressed and the nanoimprint method can be adopted.

本発明の固体撮像装置の製造方法(第2製造方法)は、半導体領域に入射光を光電変換して信号電荷を得る光電変換部上に複数層の光透過性膜を形成する際に、前記複数層の光透過性膜のうちの少なくとも1層の第1光透過性膜表面に反射防止構造体を形成する工程を備え、前記反射防止構造体の形成工程は、前記第1光透過性膜を紫外線硬化型もしくは熱硬化型の塗布膜で形成する工程と、前記第1光透過性膜に、正弦曲面を有する紡錘形状の凹部を全面に配列した紫外線透過性のナノインプリント用モールドを押し当てて、正弦曲面を有する紡錘形状の凹部の形状を前記第1光透過性膜の表面に転写する工程と、前記ナノインプリント用モールドを押し当てた状態で前記第1光透過性膜に紫外線を照射して硬化させる工程と、前記第1光透過性膜から前記ナノインプリント用モールドを外す工程を備え、前記突起体は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下に形成され、配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下に形成され、配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下に形成される。   When the solid-state imaging device manufacturing method (second manufacturing method) of the present invention forms a plurality of light-transmitting films on a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light into a semiconductor region to obtain a signal charge, A step of forming an antireflection structure on the surface of at least one first light transmissive film of the plurality of light transmissive films, wherein the step of forming the antireflection structure includes the first light transmissive film. Forming a UV-curable nanoimprint mold having a spindle-shaped concave portion having a sinusoidal curved surface all over the first light-transmitting film. , Transferring the shape of the spindle-shaped concave portion having a sinusoidal curved surface to the surface of the first light transmissive film, and irradiating the first light transmissive film with ultraviolet rays while pressing the nanoimprint mold. Curing and the first light A step of removing the nanoimprint mold from the transient film, wherein the protrusion is formed to have a height of 50 nm or more and 100 nm or less when the arrangement pitch is 40 nm, and when the arrangement pitch is 100 nm, the height is 200 nm. When the pitch is not less than 400 nm and the arrangement pitch is 200 nm, the height is not less than 50 nm and not more than 400 nm.

本発明の第2製造方法では、反射防止構造体の突起体が正弦曲面を有する紡錘形状に形成されるので、反射防止構造体の界面の両側の物質の体積変化が線形に変化するようになる。このため、突起体の横方向の大きさが光の波長より小さい場合、界面の一方の物質の空間占有率が徐々に変化して、もう一方の物質に入れ替わることで有効屈折率も連続的に変化することになる。よって、反射防止構造体における屈折率変化が線形になり、光の反射が低減される。また、突起体は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下であり、配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下であり、配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下である。このような制限により、突起体のアスペクト比が大きくならず、最大でも4であるので、感度の低下が抑制されるとともに、ナノインプリント法を採用することが可能になる。   In the second manufacturing method of the present invention, since the protrusion of the antireflection structure is formed into a spindle shape having a sinusoidal curved surface, the volume change of the substance on both sides of the interface of the antireflection structure changes linearly. . For this reason, when the lateral size of the protrusion is smaller than the wavelength of light, the space occupancy of one substance at the interface gradually changes, and the effective refractive index is continuously changed by switching to the other substance. Will change. Therefore, the refractive index change in the antireflection structure is linear, and the reflection of light is reduced. In addition, the protrusions have a height of 50 nm to 100 nm when the arrangement pitch is 40 nm, the height is 200 nm to 400 nm when the arrangement pitch is 100 nm, and the arrangement pitch is 200 nm. The height is 50 nm or more and 400 nm or less. Due to such limitations, the aspect ratio of the protrusions does not increase and is 4 at the maximum, so that a decrease in sensitivity is suppressed and the nanoimprint method can be employed.

本発明の撮像装置は、入射光を集光する集光光学部と、前記集光光学部で集光した光を受光して光電変換する固体撮像装置を有する撮像部と、光電変換された信号を処理する信号処理部を有し、前記固体撮像装置は、半導体領域に入射光を光電変換して信号電荷を得る光電変換部と、前記光電変換部上に形成された複数層の光透過性膜を備え、前記複数層の光透過性膜のうちの少なくとも1層の第1光透過性膜表面もしくは前記半導体領域表面に反射防止構造体が形成されていて、前記反射防止構造体は、前記第1光透過性膜表面もしくは前記半導体領域表面に配列された光透過性を有し正弦曲面を有する紡錘形状の突起体からなり、前記紡錘形状の突起体は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下であり、配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下であり、配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下である。   An imaging apparatus according to the present invention includes a condensing optical unit that condenses incident light, an imaging unit that includes a solid-state imaging device that receives and photoelectrically converts the light collected by the condensing optical unit, and a photoelectrically converted signal. The solid-state imaging device includes a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light into a semiconductor region to obtain a signal charge, and a plurality of layers of light transmittance formed on the photoelectric conversion unit. An antireflection structure is formed on the surface of at least one first light transmissive film or the surface of the semiconductor region of the plurality of light transmissive films, and the antireflection structure includes: A spindle-shaped protrusion having a light transmission and a sinusoidal curved surface arranged on the surface of the first light-transmitting film or the semiconductor region, and the spindle-shaped protrusion has an arrangement pitch of 40 nm. The height is not less than 50 nm and not more than 100 nm. If pitch is 100nm, the height is at 200nm than 400nm or less, if the pitch of the array is 200nm, is 50nm or more 400nm or less height.

本発明の撮像装置では、撮像部の固体撮像装置に本発明の固体撮像装置が用いられることから、感度の低下が抑制される。   In the imaging device of the present invention, since the solid-state imaging device of the present invention is used for the solid-state imaging device of the imaging unit, a decrease in sensitivity is suppressed.

本発明の固体撮像装置は、画素全体の感度の低下を防ぐことが可能となり、シェーディングを防止することが可能となり、かつ反射を防止することができる。よって、フレアやゴーストなどのノイズを低減することができるので、高感度で高画質な画像を得ることができるという利点がある。   The solid-state imaging device of the present invention can prevent a decrease in sensitivity of the entire pixel, can prevent shading, and can prevent reflection. Therefore, since noise such as flare and ghost can be reduced, there is an advantage that a high-quality image with high sensitivity can be obtained.

本発明の固体撮像装置の製造方法は、ナノインプリント法を採用することができるので、低コストで、フレアやゴーストなどのノイズを低減した高感度で高画質な画像を得ることが可能な固体撮像装置を製造できるという利点がある。   Since the solid-state imaging device manufacturing method of the present invention can employ the nanoimprint method, it is possible to obtain a high-sensitivity and high-quality image with reduced noise such as flare and ghost at low cost. There is an advantage that can be manufactured.

本発明の撮像装置は、本発明の高感度で高画質な画像を得ることが可能な固体撮像装置が用いられることから、高感度で、高品質な画像が得られるという利点がある。   The imaging apparatus of the present invention has an advantage that a high-sensitivity and high-quality image can be obtained because the solid-state imaging apparatus capable of obtaining a high-sensitivity and high-quality image of the present invention is used.

本発明の第1実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一例を示した概略構成断面図である。1 is a schematic cross-sectional view illustrating an example of the configuration of a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention. 図1の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of FIG. 突起体の配列ピッチ40nmでの突起体の高さに対する感度比および感度ばらつき比の関係図である。It is a relationship diagram of the sensitivity ratio and the sensitivity variation ratio with respect to the height of the protrusions when the protrusion pitch is 40 nm. 突起体の配列ピッチ100nmでの突起体の高さに対する感度比および感度ばらつき比の関係図である。It is a relationship diagram of the sensitivity ratio and the sensitivity variation ratio with respect to the height of the protrusions when the protrusion pitch is 100 nm. 突起体の配列ピッチ200nmでの突起体の高さに対する感度比および感度ばらつき比の関係図である。It is a relationship diagram of the sensitivity ratio and the sensitivity variation ratio with respect to the height of the protrusions when the protrusion pitch is 200 nm. 突起体の配列ピッチ400nmでの突起体の高さに対する感度比および感度ばらつき比の関係図である。It is a relationship diagram of the sensitivity ratio and the sensitivity variation ratio with respect to the height of the protrusions when the protrusion pitch is 400 nm. 突起体のアスペクト比が1のときの感度ばらつき比と突起体の配列ピッチの関係図である。FIG. 6 is a relationship diagram between sensitivity variation ratio and projection pitch when the aspect ratio of the projection is 1. FIG. 本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第1例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed the 1st example of the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第1例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed the 1st example of the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第1例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed the 1st example of the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第1例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed the 1st example of the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第1例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed the 1st example of the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第2例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed the 2nd example of the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第2例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed the 2nd example of the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第2例を示した概略構成断面図である。It is schematic structure sectional drawing which showed the 2nd example of the manufacturing method of the solid-state imaging device which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施の形態に係る撮像装置の構成の一例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed an example of the structure of the imaging device which concerns on 3rd Embodiment of this invention. シリコンと空気との界面に反射防止膜の窒化シリコン膜を形成した場合の反射による干渉縞を示した図である。It is the figure which showed the interference fringe by reflection at the time of forming the silicon nitride film of an antireflection film in the interface of silicon and air.

以下、発明を実施するための形態(以下、実施の形態とする)について説明する。   Hereinafter, modes for carrying out the invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described.

<1.第1の実施の形態>
[固体撮像装置の構成の一例]
本発明の第1実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一例を、図1の概略構成断面図、図2の部分拡大図によって説明する。
<1. First Embodiment>
[Example of configuration of solid-state imaging device]
An example of the configuration of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the schematic configuration cross-sectional view of FIG. 1 and the partially enlarged view of FIG.

図1に示すように、半導体基板(半導体領域)11に入射光を信号電荷に変換する光電変換部12が形成されている。上記半導体基板11には、例えばシリコン基板が用いられている。また上記半導体基板11には、上記光電変換部12から信号電荷を読み出して転送する垂直電荷転送部13が形成されている。上記半導体基板11の上記垂直電荷転送部13上にはゲート絶縁膜14を介して転送ゲート15が形成されている。さらに、上記転送ゲート15は、絶縁膜16を介して遮光膜17で被覆されている。この絶縁膜16は、例えば光透過性を有する無機材料からなる反射防止膜の機能を有していてもよい。
上記遮光膜17の上記光電変換部12上には開口部18が設けられている。
さらに、上記光電変換部12上、上記遮光膜17上等を被覆するように、上記半導体基板11上には、複数層の光透過性膜が形成されている。例えば、層間絶縁膜21が形成されている。この層間絶縁膜21は、例えば酸化シリコン系の絶縁膜で形成され、例えばホウ素リンシリケートガラス(BPSG)膜で形成されている。もちろん、他の酸化シリコン系の絶縁膜で形成されていてもよい。
さらに、パッシベーション膜22が形成されている。例えば、上記パッシベーション膜22は、例えばプラズマCVD窒化シリコン(P−SiN)膜で形成される。そしてこのパッシベーション膜22の表面は、例えば化学的機械研磨法によって平坦化されている。
上記パッシベーション膜22の表面には、平坦化膜23が形成されている。この平坦化膜23は、例えば光透過性を有する有機膜もしくは無機膜で形成されている。
As shown in FIG. 1, a photoelectric conversion unit 12 that converts incident light into signal charges is formed on a semiconductor substrate (semiconductor region) 11. For example, a silicon substrate is used as the semiconductor substrate 11. The semiconductor substrate 11 is formed with a vertical charge transfer unit 13 that reads and transfers signal charges from the photoelectric conversion unit 12. A transfer gate 15 is formed on the vertical charge transfer portion 13 of the semiconductor substrate 11 via a gate insulating film 14. Further, the transfer gate 15 is covered with a light shielding film 17 via an insulating film 16. The insulating film 16 may have a function of an antireflection film made of an inorganic material having light permeability, for example.
An opening 18 is provided on the photoelectric conversion unit 12 of the light shielding film 17.
Further, a plurality of light transmissive films are formed on the semiconductor substrate 11 so as to cover the photoelectric conversion unit 12, the light shielding film 17, and the like. For example, an interlayer insulating film 21 is formed. The interlayer insulating film 21 is formed of, for example, a silicon oxide-based insulating film, and is formed of, for example, a boron phosphorus silicate glass (BPSG) film. Of course, it may be formed of another silicon oxide insulating film.
Further, a passivation film 22 is formed. For example, the passivation film 22 is formed of, for example, a plasma CVD silicon nitride (P-SiN) film. The surface of the passivation film 22 is planarized by, for example, a chemical mechanical polishing method.
A planarizing film 23 is formed on the surface of the passivation film 22. The planarizing film 23 is formed of, for example, an organic film or an inorganic film having light transmittance.

上記複数層の光透過性膜のうちの1層である上記パッシベーション膜22表面には反射防止構造体31が形成されている。
上記反射防止構造体31は、上記パッシベーション膜22表面に、縦横に配列された光透過性を有し正弦曲面を有する紡錘形状の突起体32からなる。
図2に示すように、上記パッシベーション膜22上の全面に形成される上記突起体32は、配列のピッチpが40nmの場合、高さh0が50nm以上100nm以下となっている。また配列のピッチpが100nmの場合、高さh0が200nm以上400nm以下となっている。さらに配列のピッチpが200nmの場合、高さh0が50nm以上400nm以下となっている。
An antireflection structure 31 is formed on the surface of the passivation film 22, which is one layer of the plurality of light transmissive films.
The antireflection structure 31 includes spindle-shaped protrusions 32 having light transmittance and a sinusoidal curved surface arranged vertically and horizontally on the surface of the passivation film 22.
As shown in FIG. 2, the protrusions 32 formed on the entire surface of the passivation film 22 have a height h 0 of 50 nm or more and 100 nm or less when the arrangement pitch p is 40 nm. When the arrangement pitch p is 100 nm, the height h 0 is 200 nm or more and 400 nm or less. Further, when the arrangement pitch p is 200 nm, the height h 0 is 50 nm or more and 400 nm or less.

また、上記突起体32は、以下の理由で、正弦曲面を有する紡錘形状を有するものとしている。
すなわち、光の反射は急激な屈折率の変化によりもたらされるので、異なる物質の界面で連続的に屈折率が分布するような構造を上記突起体32のような微細突起パターンによって形成することで、光の反射を低減することが可能となる。上記突起体32の横方向の大きさが光の波長よりも小さい場合、界面の一方の物質(例えば、平坦化膜23)の空間占有率が徐々に変化して、もう一方の物質(例えば、パッシベーション膜22)に入れ替わることで有効屈折率も連続的に変化する。上記空間占有率の変化とは、界面の両側の物質の体積変化と同じ意味なので、体積変化が滑らかな正弦曲面を持つ紡錘形状の反射防止構造体が好適となる。言い換えれば、上記突起体32は、突起体32の底部から頂部に向かって、突起体32の高さ方向の体積変化が線形に小さくなっているものである。
The protrusion 32 has a spindle shape having a sinusoidal curved surface for the following reason.
That is, since the reflection of light is caused by a sudden change in the refractive index, by forming a structure in which the refractive index is continuously distributed at the interface of different substances by the fine protrusion pattern such as the protrusion 32, Light reflection can be reduced. When the lateral size of the protrusion 32 is smaller than the wavelength of light, the space occupancy of one material (for example, the planarization film 23) at the interface gradually changes, and the other material (for example, The effective refractive index changes continuously by switching to the passivation film 22). Since the change in the space occupancy has the same meaning as the change in volume of the substance on both sides of the interface, a spindle-shaped antireflection structure having a sinusoidal surface with a smooth volume change is suitable. In other words, the protrusion 32 has a volume change in the height direction of the protrusion 32 that decreases linearly from the bottom to the top of the protrusion 32.

さらに、図1に示すように、上記平坦化膜23上には、カラーフィルター層41が形成され、さらに光電変換部12に入射光を導くマイクロレンズ42が形成されている。上記カラーフィルター層41は、例えば、各光電変換部12に対応して、赤色カラーフィルター層R、緑色カラーフィルター層G、青色カラーフィルター層Bからなる。もちろん、上記以外の色のカラーフィルター層、例えば補色のカラーフィルター層であってもよい。また、例えばモノクロの映像を得る固体撮像装置であれば、必ずしもカラーフィルター層を形成しなくともよい。   Further, as shown in FIG. 1, a color filter layer 41 is formed on the planarizing film 23, and a micro lens 42 that guides incident light to the photoelectric conversion unit 12 is formed. The color filter layer 41 includes, for example, a red color filter layer R, a green color filter layer G, and a blue color filter layer B corresponding to each photoelectric conversion unit 12. Of course, a color filter layer having a color other than those described above, for example, a complementary color filter layer may be used. For example, in the case of a solid-state imaging device that obtains a monochrome image, the color filter layer is not necessarily formed.

上記のように固体撮像装置1が構成されている。   The solid-state imaging device 1 is configured as described above.

ここで、上記突起体32のピッチと高さについて説明する。
図3に示すように、上記突起体32は、配列のピッチpが40nmの場合、感度比が100%以上となる高さh0は、50nm以上100nm以下であり、感度ばらつき比が60%以下となる高さh0は、50nm以上150nm以下であることがわかった。よって、配列のピッチpが40nmの場合、高さh0は50nm以上100nm以下としている。なお、本実施例では感度ばらつき比を60%未満としたが、この値はそれぞれの製品やプロセスによって適宜決めればよい。
Here, the pitch and height of the protrusion 32 will be described.
As shown in FIG. 3, the protrusion 32 has a height h 0 at which the sensitivity ratio is 100% or more and the sensitivity variation ratio is 60% or less when the arrangement pitch p is 40 nm. It was found that the height h 0 to be 50 nm or more and 150 nm or less. Therefore, when the arrangement pitch p is 40 nm, the height h 0 is set to 50 nm to 100 nm. In this embodiment, the sensitivity variation ratio is set to less than 60%, but this value may be appropriately determined depending on each product or process.

ここで感度比は、パッシベーション膜22の生産ばらつき実力の範囲での平均をとり、凹凸構造がない状態を100%とした際の比をプロットした。感度ばらつき比も同様に、パッシベーション膜22の生産ばらつきでの感度のレンジをその水準における感度で除算し、凹凸構造がない状態を100%とし、そこからの改善率をプロットした。感度ばらつき比は凹凸構造の適用により界面反射が低減することで、膜厚のばらつきに対する感度の変動幅を意味するため凹凸構造の性能を示す。また評価に使用した波長は440nmを用いた。これは、凹凸構造に必要とされるピッチは波長以下が基準になるといわれているため、可視光のうち短波長側の440nmを用いることで、そこで最適化された凹凸構造は長波長側にも効果があることは自明であるためである。
以下、感度比、感度ばらつき比は、上記定義に基づいている。
Here, the sensitivity ratio was averaged in the range of the production variation ability of the passivation film 22, and the ratio when the state without the uneven structure was 100% was plotted. Similarly, for the sensitivity variation ratio, the sensitivity range in the production variation of the passivation film 22 is divided by the sensitivity at that level, and the state without the uneven structure is defined as 100%, and the improvement rate is plotted. The sensitivity variation ratio indicates the performance of the concavo-convex structure because the interface reflection is reduced by application of the concavo-convex structure and means the fluctuation range of the sensitivity to the film thickness variation. The wavelength used for the evaluation was 440 nm. This is because the pitch required for the concavo-convex structure is said to be below the wavelength, so by using 440 nm on the short wavelength side of visible light, the concavo-convex structure optimized there is also on the long wavelength side. It is because it is obvious that there is an effect.
Hereinafter, the sensitivity ratio and the sensitivity variation ratio are based on the above definitions.

図4に示すように、上記突起体32は、配列のピッチpが100nmの場合、感度比が100%以上となる高さh0は、50nm以上400nm以下であり、感度ばらつき比が60%以下となる高さh0は、200nm以上400nm以下であることがわかった。よって、配列のピッチpが100nmの場合、高さh0は200nm以上400nm以下としている。 As shown in FIG. 4, the protrusion 32 has a sensitivity ratio of 100% or more when the arrangement pitch p is 100 nm. The height h 0 is 50 nm or more and 400 nm or less, and the sensitivity variation ratio is 60% or less. It was found that the height h 0 to be 200 nm or more and 400 nm or less. Therefore, when the arrangement pitch p is 100 nm, the height h 0 is set to 200 nm or more and 400 nm or less.

図5に示すように、上記突起体32は、配列のピッチpが200nmの場合、感度比が100%以上となる高さh0は、50nm以上400nm以下であり、感度ばらつき比が60%以下となる高さh0は、50nm以上800nm以下であることがわかった。よって、配列のピッチpが100nmの場合、高さh0は50nm以上400nm以下としている。 As shown in FIG. 5, the protrusion 32 has a sensitivity ratio of 100% or more when the arrangement pitch p is 200 nm. The height h 0 is 50 nm or more and 400 nm or less, and the sensitivity variation ratio is 60% or less. It was found that the height h 0 to be 50 nm or more and 800 nm or less. Therefore, when the arrangement pitch p is 100 nm, the height h 0 is set to 50 nm or more and 400 nm or less.

さらに、図6に示すように、上記突起体32は、配列のピッチpが400nmの場合、感度比が100%以上となる高さh0はなく、感度ばらつき比が60%以下となる高さh0もないことがわかった。よって、配列のピッチpが400nmの場合、反射防止構造体31としては不適格であることがわかった。
よって、上記突起体32は、配列のピッチpが40nmの場合、高さh0が50nm以上100nm以下としている。また配列のピッチpが100nmの場合、高さh0が200nm以上400nm以下としている。さらに配列のピッチpが200nmの場合、高さh0が50nm以上400nm以下としている。
また、上記ピッチの中間のピッチの場合、上記前後のピッチに対応する高さに応じて高さh0が想定される。
Furthermore, as shown in FIG. 6, the protrusion 32 has a height h 0 at which the sensitivity ratio is 100% or more and the sensitivity variation ratio is 60% or less when the arrangement pitch p is 400 nm. h 0 also was found not. Therefore, it was found that when the arrangement pitch p is 400 nm, the antireflection structure 31 is not suitable.
Therefore, the protrusion 32 has a height h 0 of 50 nm or more and 100 nm or less when the arrangement pitch p is 40 nm. When the arrangement pitch p is 100 nm, the height h 0 is set to be 200 nm or more and 400 nm or less. Further, when the arrangement pitch p is 200 nm, the height h 0 is set to 50 nm or more and 400 nm or less.
In the case of a pitch intermediate between the pitches, a height h 0 is assumed according to the height corresponding to the front and rear pitches.

そして、上記各ピッチにおいてある高さを超えると、感度が低下していることがわかる。これは集光構造において、光路長が増大することによる集光効率低下によるものと考えられ、固体撮像装置1に適用するためには、突起体32に限界の高さがあることがわかる。その限界の高さは、ピッチpによって変化している。   And if it exceeds a certain height in each said pitch, it turns out that the sensitivity is falling. This is considered to be due to a decrease in light collection efficiency due to an increase in the optical path length in the light collecting structure, and it can be seen that the protrusion 32 has a limit height for application to the solid-state imaging device 1. The height of the limit varies with the pitch p.

上記高さh0の範囲を考慮すると、上記突起体32のアスペクト比は、ピッチが100nmでは、4以下にすることが好ましい。またピッチが200nmでは、2以下にすることが好ましい。またピッチが40nmでは、2.5以下にすることが好ましい。したがって、突起体32のアスペクト比は、2以下にすることがより好ましいといえる。
一般には、微細凹凸構造の反射防止膜としての機能は、アスペクト比が高いほど、性能が高いといわれているが、上記説明したように、固体撮像装置1においては、際限なく高い構造を形成することは、感度という点で望ましくないことが見出された。
Considering the range of the height h 0 , the aspect ratio of the protrusion 32 is preferably 4 or less when the pitch is 100 nm. Further, when the pitch is 200 nm, it is preferably 2 or less. When the pitch is 40 nm, it is preferably 2.5 or less. Therefore, it can be said that the aspect ratio of the protrusion 32 is more preferably 2 or less.
In general, it is said that the higher the aspect ratio, the higher the function as the antireflection film of the fine concavo-convex structure. However, as described above, the solid-state imaging device 1 forms an unlimitedly high structure. This has been found undesirable in terms of sensitivity.

また、上記突起体32のアスペクト比を1とした場合、図7に示すような感度ばらつき比とピッチの関係が得られた。図7に示すように、上記突起体32のアスペクト比が1の場合、突起体32のピッチは100nm以上200nm以下が好ましく、200nmとすることが最も好ましい。   Further, when the aspect ratio of the protrusion 32 was 1, a relationship between the sensitivity variation ratio and the pitch as shown in FIG. 7 was obtained. As shown in FIG. 7, when the aspect ratio of the protrusions 32 is 1, the pitch of the protrusions 32 is preferably 100 nm or more and 200 nm or less, and most preferably 200 nm.

上記固体撮像装置1では、反射防止構造体31が、パッシベーション膜22の表面全域に配列された光透過性を有し正弦曲面を有する紡錘形状の突起体32からなるので、反射防止構造体31の界面の両側の物質の体積変化が線形に変化する。このため、突起体32の横方向の大きさが光の波長より小さい場合、界面の一方の物質(平坦化膜23)の空間占有率が徐々に変化して、もう一方の物質(パッシベーション膜22)に入れ替わることで有効屈折率も連続的に変化する。空間占有率の変化とは、界面の両側の物質の体積変化と同じ意味なので、反射防止構造体31における屈折率変化が線形になり、光の反射が低減される。また、突起体32は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下であり、配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下であり、配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下である。このような制限により、突起体32のアスペクト比が大きくならず、例えば2以下となり、突起体32の部分での光の光路長が短くなり、感度の低下が抑制される。
したがって、画素全体の感度の低下を防ぐことが可能となり、シェーディングを防止することが可能となり、かつ反射を防止することができる。よって、フレアやゴーストなどのノイズを低減することができるので、高感度で高画質な画像を得ることができるという利点がある。
In the solid-state imaging device 1, the antireflection structure 31 includes the spindle-shaped protrusions 32 having a light-transmitting and sinusoidal curved surface arranged over the entire surface of the passivation film 22. The volume change of the material on both sides of the interface changes linearly. For this reason, when the lateral size of the protrusion 32 is smaller than the wavelength of light, the space occupancy of one substance (flattening film 23) at the interface gradually changes, and the other substance (passivation film 22). ), The effective refractive index also changes continuously. The change in the space occupancy has the same meaning as the change in the volume of the substance on both sides of the interface, so that the change in the refractive index in the antireflection structure 31 is linear, and the reflection of light is reduced. Further, the protrusion 32 has a height of 50 nm to 100 nm when the arrangement pitch is 40 nm, and a height of 200 nm to 400 nm when the arrangement pitch is 100 nm, and the arrangement pitch is 200 nm. The height is not less than 50 nm and not more than 400 nm. Due to such a limitation, the aspect ratio of the protrusion 32 is not increased, and is, for example, 2 or less, the optical path length of light at the protrusion 32 is shortened, and a decrease in sensitivity is suppressed.
Accordingly, it is possible to prevent a decrease in sensitivity of the entire pixel, to prevent shading, and to prevent reflection. Therefore, since noise such as flare and ghost can be reduced, there is an advantage that a high-quality image with high sensitivity can be obtained.

上記説明では、反射防止構造体31が形成される膜である第1光透過性膜としてパッシベーション膜22を説明したが、反射防止構造体31が形成される位置は、上記パッシベーション膜22表面に限定されない。例えば、屈折率差が0.1以上ある膜間や空気との界面に形成することが有効である。例えば上記マイクロレンズ42表面、上記無機反射防止膜である絶縁膜16表面であってもよい。また、図示はしていないが、入射光が入射される最外部に形成されたカバーガラス、もしくは赤外線カットフィルタの表面に形成されていてもよい。
また、上記反射防止構造体31は、例えば、上記パッシベーション膜22表面と上記マイクロレンズ42表面というように、2層、もしくはそれ以上に層に形成されていてもよい。
In the above description, the passivation film 22 is described as the first light-transmitting film that is a film on which the antireflection structure 31 is formed. However, the position where the antireflection structure 31 is formed is limited to the surface of the passivation film 22. Not. For example, it is effective to form a film between films having a refractive index difference of 0.1 or more or at an interface with air. For example, the surface of the microlens 42 or the surface of the insulating film 16 that is the inorganic antireflection film may be used. Moreover, although not shown in figure, you may form in the surface of the cover glass formed in the outermost part into which incident light injects, or an infrared cut filter.
Further, the antireflection structure 31 may be formed in two layers or more layers, for example, a surface of the passivation film 22 and a surface of the microlens 42.

特に、本願発明の反射構造体は、屈折率差が0.1以上ある膜間に形成することが有効である。
例えばマイクロレンズ42上(空気との界面)、パッシベーション膜22上(平坦化膜23との界面)、シリコン直上の無機反射防止膜(絶縁膜16)上(層間絶縁膜21との界面)、光電変換部12上(絶縁膜16との界面)等は屈折率差が大きいので適している。
また、固体撮像装置上のカバーガラス、赤外線(IR)カットフィルターもそれぞれ空気との界面があるため屈折率が大きく適している。
In particular, it is effective to form the reflecting structure of the present invention between films having a refractive index difference of 0.1 or more.
For example, on the microlens 42 (interface with air), on the passivation film 22 (interface with the planarizing film 23), on the inorganic antireflection film (insulating film 16) immediately above silicon (interface with the interlayer insulating film 21), photoelectric The conversion unit 12 (interface with the insulating film 16) and the like are suitable because the difference in refractive index is large.
In addition, the cover glass on the solid-state imaging device and the infrared (IR) cut filter are also suitable because of their large refractive index because of their interfaces with air.

<2.第2の実施の形態>
[固体撮像装置の製造方法の第1例]
次に、本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第1例を、図8〜図12の概略構成断面図によって説明する。
<2. Second Embodiment>
[First Example of Manufacturing Method of Solid-State Imaging Device]
Next, a first example of a method for manufacturing a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to schematic configuration cross-sectional views in FIGS.

図8(1)に示すように、半導体基板11に入射光を信号電荷に変換する光電変換部12を形成する。この半導体基板11には、例えばシリコン基板が用いられる。また上記半導体基板11に、上記光電変換部12から信号電荷を読み出して転送する垂直電荷転送部13を形成する。このとき、同時に、上記垂直電荷転送部13から送られてきた信号電荷を水平芳香に転送して出力する水平電荷転送部(図示せず)も形成される。上記半導体基板11の上記垂直電荷転送部13(水平電荷転送部も同様)上にはゲート絶縁膜14を介して転送ゲート15が形成されている。さらに、上記転送ゲート15は、絶縁膜16を介して遮光膜17に被覆されている。この遮光膜17の上記光電変換部12上に開口部18が設けられている。
さらに、上記光電変換部12上、上記遮光膜17上等を被覆するように、上記半導体基板11上には、複数層の光透過性膜が形成されている。例えば、層間絶縁膜21が形成されている。この層間絶縁膜21は、例えば酸化シリコン系の絶縁膜で形成され、例えばホウ素リンシリケートガラス(BPSG)膜で形成されている。もちろん、他の酸化シリコン系の絶縁膜で形成されていてもよい。
さらに、パッシベーション膜22が形成されている。例えば、上記パッシベーション膜22は、例えばプラズマCVD窒化シリコン(P−SiN)膜で形成される。そしてこのパッシベーション膜22の表面は、例えば化学的機械研磨法によって平坦化されている。
As shown in FIG. 8A, the photoelectric conversion unit 12 that converts incident light into signal charges is formed on the semiconductor substrate 11. For example, a silicon substrate is used as the semiconductor substrate 11. A vertical charge transfer unit 13 that reads and transfers signal charges from the photoelectric conversion unit 12 is formed on the semiconductor substrate 11. At the same time, a horizontal charge transfer unit (not shown) for transferring the signal charge sent from the vertical charge transfer unit 13 to the horizontal fragrance and outputting it is also formed. A transfer gate 15 is formed on the vertical charge transfer portion 13 (the same applies to the horizontal charge transfer portion) of the semiconductor substrate 11 via a gate insulating film 14. Further, the transfer gate 15 is covered with a light shielding film 17 via an insulating film 16. An opening 18 is provided on the photoelectric conversion unit 12 of the light shielding film 17.
Further, a plurality of light transmissive films are formed on the semiconductor substrate 11 so as to cover the photoelectric conversion unit 12, the light shielding film 17, and the like. For example, an interlayer insulating film 21 is formed. The interlayer insulating film 21 is formed of, for example, a silicon oxide-based insulating film, and is formed of, for example, a boron phosphorus silicate glass (BPSG) film. Of course, it may be formed of another silicon oxide insulating film.
Further, a passivation film 22 is formed. For example, the passivation film 22 is formed of, for example, a plasma CVD silicon nitride (P-SiN) film. The surface of the passivation film 22 is planarized by, for example, a chemical mechanical polishing method.

上記複数層の光透過性膜のうちの第1光透過性膜である上記パッシベーション膜22の表面に、紫外線硬化膜51を形成する。この紫外線硬化膜51は、例えば、紫外線硬化樹脂を塗布することで形成される。この塗布方法は、スピンコーティング、スリットコーティング、ノズルコーティングなどがあげられる。上記紫外線硬化膜51の膜厚は、形成されるモスアイ構造によって最適化し、収縮の影響を考慮して、残膜を設定する必要がある。
すなわち、図9(1)に示すように、例えば突起体パターン52(突起体32)の高さh0が200nmの反射防止構造体31(モスアイ構造)を形成したい場合は、残膜部の厚さh2が100nm程度になるように紫外線硬化膜51の膜厚h0+h2は300nm以上とする。
An ultraviolet curable film 51 is formed on the surface of the passivation film 22 which is the first light transmissive film among the plurality of light transmissive films. The ultraviolet curable film 51 is formed, for example, by applying an ultraviolet curable resin. Examples of the coating method include spin coating, slit coating, and nozzle coating. It is necessary to optimize the film thickness of the ultraviolet curable film 51 according to the moth-eye structure to be formed, and to set the remaining film in consideration of the influence of shrinkage.
That is, as shown in FIG. 9A, for example, when it is desired to form the antireflection structure 31 (moth eye structure) in which the height h 0 of the protrusion pattern 52 (protrusion 32) is 200 nm, the thickness of the remaining film portion The film thickness h 0 + h 2 of the ultraviolet curable film 51 is set to 300 nm or more so that the thickness h 2 is about 100 nm.

次に、図8(2)に示すように、形成すべきモスアイ構造の3次元反転構造のナノインプリント用モールド61を半導体基板11上方にロードする。すなわち、このナノインプリント用モールド61には、正弦曲面を有する紡錘形状の凹部62が全面に配列、形成されている。
上記ナノインプリント用モールド61は、被加工基板(半導体基板11)に合わせたサイズとし、300mmウエハ(半導体基板11)への転写の場合は、300mm径のナノインプリント用モールド61を用意する。このナノインプリント用モールド61の材質は紫外線(UV)光を透過することが必要であり、例えば石英、ガラス、プラスチックなどの紫外線を透過する材料があげられる。
Next, as shown in FIG. 8B, a nanoimprint mold 61 having a three-dimensional inversion structure having a moth-eye structure to be formed is loaded above the semiconductor substrate 11. That is, in the nanoimprint mold 61, spindle-shaped concave portions 62 having a sinusoidal curved surface are arranged and formed on the entire surface.
The nanoimprint mold 61 is sized according to the substrate to be processed (semiconductor substrate 11), and in the case of transfer to a 300 mm wafer (semiconductor substrate 11), a 300 mm diameter nanoimprint mold 61 is prepared. The material of the nanoimprint mold 61 needs to transmit ultraviolet (UV) light, and examples thereof include materials that transmit ultraviolet light such as quartz, glass, and plastic.

次に、図10(3)に示すように、上記紫外線硬化膜51に、紫外線透過性のナノインプリント用モールド61を押し当てて、正弦曲面を有する紡錘形状の凹部62の形状を上記紫外線硬化膜51の表面に転写する。すなわち、ナノインプリント用モールド61の凹部に上記紫外線硬化膜51を充填させる。この際、ナノインプリント用モールド61および半導体基板11をチルトさせるなどすることで充填時間の短縮を図ることができる。また押圧は、ナノインプリント用モールド61の自重によってもよいが、充填時間の短縮のために、ナノインプリント用モールド61上部を密閉した構造とし、空気圧などで均一に押すことも考えられる。ナノインプリント用モールド61の凹部に紫外線硬化膜51が充填されたら、紫外線(UV)を十分な時間照射し、紫外線硬化膜51を硬化させる。   Next, as shown in FIG. 10 (3), an ultraviolet transmissive nanoimprint mold 61 is pressed against the ultraviolet curable film 51 to form a spindle-shaped recess 62 having a sinusoidal curved surface. Transfer to the surface. That is, the ultraviolet curable film 51 is filled in the concave portion of the nanoimprint mold 61. At this time, the filling time can be shortened by tilting the nanoimprint mold 61 and the semiconductor substrate 11. Further, the pressing may be performed by the dead weight of the nanoimprint mold 61. However, in order to shorten the filling time, it is possible to make the upper part of the nanoimprint mold 61 hermetically sealed and press it uniformly with air pressure or the like. When the ultraviolet curable film 51 is filled in the concave portion of the nanoimprint mold 61, the ultraviolet curable film 51 is cured by irradiation with ultraviolet rays (UV) for a sufficient time.

次に、図10(4)に示すように、上記紫外線硬化膜51の表面からナノインプリント用モールド61を離型させる。この結果、上記紫外線硬化膜51の表面に正弦曲面を有する紡錘形状の突起体パターン52が形成される。   Next, as shown in FIG. 10 (4), the nanoimprint mold 61 is released from the surface of the ultraviolet curable film 51. As a result, a spindle-shaped protrusion pattern 52 having a sinusoidal curved surface is formed on the surface of the ultraviolet curable film 51.

次に、図11(5)に示すように、上記紫外線硬化膜51と上記パッシベーション膜22の上部をエッチバックする。そして、上記紫外線硬化膜51に形成された正弦曲面を有する紡錘形状の突起体パターン52(前記図10(4)参照)の形状をそのまま上記パッシベーション膜22表面に転写させて、正弦曲面を有する紡錘形状の突起体32を形成する。すなわち、上記突起体32は、突起体32の底部から頂部に向かって、突起体32の高さ方向の体積変化が線形に小さくなっている。
また、上記突起体32は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下に形成される。また配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下に形成される。さらに配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下に形成される。
上記エッチバックによる転写は、ナノインプリント用モールド61(前記図10参照)に凹部62(前記図10参照)に所望の構造が形成されているため、それを転写した紫外線硬化膜51(前記図10参照)の突起体パターン52(前記図10参照)の形状を忠実にパッシベーション膜22に転写することが望ましい。例えばドライエッチング加工などで、紫外線硬化膜51とパッシベーション膜22との選択比が同一になるような条件で加工することが望ましい。
例えば、紫外線硬化膜51に帝人精機製TSR−820を用い、パッシベーション膜22にプラズマCVD窒化シリコン(P−SiN)膜を用いた場合、エッチングガスに六フッ化イオウ(SF6)と酸素(O2)との混合ガス、四フッ化炭素(CF4)と酸素(O2)との混合ガス、もしくはトリフロロメタン(CHF3)と酸素(O2)との混合ガスのいずれかの組み合わせを用いた異方性ドライエッチングによると、選択比が同一となるエッチングができる。
Next, as shown in FIG. 11 (5), the upper portions of the ultraviolet curable film 51 and the passivation film 22 are etched back. Then, the spindle-shaped protrusion pattern 52 (see FIG. 10 (4)) having a sinusoidal curved surface formed on the ultraviolet curable film 51 is transferred to the surface of the passivation film 22 as it is, and the spindle-shaped having a sinusoidal curved surface. A shaped protrusion 32 is formed. That is, in the protrusion 32, the volume change in the height direction of the protrusion 32 decreases linearly from the bottom to the top of the protrusion 32.
The protrusions 32 are formed to have a height of 50 nm to 100 nm when the arrangement pitch is 40 nm. When the arrangement pitch is 100 nm, the height is 200 nm or more and 400 nm or less. Further, when the arrangement pitch is 200 nm, the height is 50 nm or more and 400 nm or less.
In the transfer by the etch back, since a desired structure is formed in the recess 62 (see FIG. 10) in the nanoimprint mold 61 (see FIG. 10), the ultraviolet curable film 51 (see FIG. 10) to which the desired structure is transferred. It is desirable to faithfully transfer the shape of the protrusion pattern 52 (see FIG. 10) to the passivation film 22. For example, it is desirable to perform processing under conditions such that the selection ratio between the ultraviolet curable film 51 and the passivation film 22 is the same, such as by dry etching.
For example, using the Teijin Seiki TSR-820 UV curing films 51, when using a plasma CVD silicon nitride (P-SiN) film on the passivation film 22, sulfur hexafluoride as the etching gas (SF 6) and oxygen (O 2 ), a mixed gas of carbon tetrafluoride (CF 4 ) and oxygen (O 2 ), or a mixed gas of trifluoromethane (CHF 3 ) and oxygen (O 2 ). According to the anisotropic dry etching used, etching with the same selectivity can be performed.

次に図11(6)に示すように、上記突起体32からなるモスアイ構造の反射防止構造体31上に平坦化膜23を形成する。この平坦化膜23は、例えば有機膜を塗布して形成する。この工程は、次工程のカラーフィルターアレイの形成のために平坦化されることが必要である。
一般的に塗布の平坦化膜23は、下地(この場合は反射防止構造体31)の凹凸の高さに対して十分厚く塗布することで平坦性は向上する。
しかしながら固体撮像装置においては、平坦化膜23の厚膜化は光路長の増大、すなわち集光効率の損失につながる。
そこで図9(2)に示すように、平坦化膜23の塗布特性に合わせて平坦化膜23の膜厚h1を決定する。本実施例で用いる平坦化膜23では100nmのh1が必要であることが判明したのでh1≧h0+100nmとなる。h0は反射防止構造体31の突起体32の高さである。
しかしながら、集光効率の観点からh1が薄いほうが好適であるので、h1=h0+100nm程度となるように設定することが望ましい。
300mmウエハを一括形成のナノインプリントする場合、コストの面で優位性があるが、離型性能も考慮する必要がある。離型に適したアスペクトは1以下とされる。
一方で前述したようにある高さまではアスペクトが大きくなったほうがより反射防止性能は優位である。
本発明では、感度、反射防止性能、製法上の課題も考慮した最適値を見出した。前記図7にアスペクトを1の場合のピッチと感度ばらつき比をプロットした。この場合、突起体32の最適値は、ピッチ200nm、高さ200nmとなる。
Next, as shown in FIG. 11 (6), a planarizing film 23 is formed on the antireflection structure 31 having the moth-eye structure composed of the protrusions 32. The planarizing film 23 is formed by applying an organic film, for example. This step needs to be planarized for the formation of the color filter array in the next step.
In general, the flatness of the applied planarizing film 23 is improved by coating it sufficiently thick with respect to the height of the unevenness of the base (in this case, the antireflection structure 31).
However, in the solid-state imaging device, increasing the thickness of the planarizing film 23 leads to an increase in optical path length, that is, a loss of light collection efficiency.
Therefore, as shown in FIG. 9B, the film thickness h 1 of the flattening film 23 is determined in accordance with the coating characteristics of the flattening film 23. Since it has been found that h 1 of 100 nm is necessary for the planarizing film 23 used in this embodiment, h 1 ≧ h 0 +100 nm. h 0 is the height of the protrusion 32 of the antireflection structure 31.
However, since it is preferable that h 1 is thin from the viewpoint of light collection efficiency, it is desirable to set so that h 1 = about h 0 +100 nm.
When nanoimprinting a 300 mm wafer in a batch is advantageous in terms of cost, it is necessary to consider mold release performance. The aspect suitable for mold release is 1 or less.
On the other hand, as described above, at a certain height, the larger the aspect, the better the antireflection performance.
In the present invention, an optimum value has been found in consideration of sensitivity, antireflection performance, and manufacturing problems. In FIG. 7, the pitch and sensitivity variation ratio when the aspect is 1 are plotted. In this case, the optimum values of the protrusions 32 are a pitch of 200 nm and a height of 200 nm.

次に、図12(7)に示すように、上記平坦化膜23上に、カラーフィルター層41を形成する。このカラーフィルター層41は、通常の製造方法によって、例えば塗布法およびリソグラフィ技術によって、緑色カラーフィルター層G、赤色カラーフィルター層R、青色カラーフィルター層Bが順次形成される。その形成順は任意である。
このように、平坦化膜23を介してカラーフィルター層41を形成することで、カラーフィルター層41を形成する際のパターニングの際のダメージが突起体32に加えられないので、突起体32の形状が保持される。
Next, as shown in FIG. 12 (7), a color filter layer 41 is formed on the planarizing film 23. For the color filter layer 41, a green color filter layer G, a red color filter layer R, and a blue color filter layer B are sequentially formed by a normal manufacturing method, for example, by a coating method and a lithography technique. The order of formation is arbitrary.
In this way, by forming the color filter layer 41 through the planarizing film 23, damage during patterning when forming the color filter layer 41 is not applied to the protrusion 32, so the shape of the protrusion 32 Is retained.

さらに上記カラーフィルター層41上に通常のレンズ形成技術によって、上記光電変換部12に入射光を導くようにマイクロレンズ42を形成する。   Further, a micro lens 42 is formed on the color filter layer 41 so as to guide incident light to the photoelectric conversion unit 12 by a normal lens forming technique.

このようにして、固体撮像装置1が製造される。   In this way, the solid-state imaging device 1 is manufactured.

上記製造方法により突起体32が配列された反射防止構造体31をパッシベーション膜22上に形成した場合、界面反射が低減され、固体撮像装置1の光電変換部12への集光効率の改善により感度が向上する。例えばピッチ100nm、高さ400nmの突起体32をパッシベーション膜22表面に形成した場合、6%の感度向上が達成できた。
パッシベーション膜22は、固体撮像装置1の構造上、光電変換部12を含む受光画素部と周辺回路部との間に段差を生ずるため、受光画素部に均一に形成することが非常に困難である。そのため受光画素部の膜不均一性は、可視光の干渉状態の変動を意味し、そのため感度がばらつき、色むらの原因となる。本発明の反射防止構造体31をパッシベーション膜22上に形成することで、膜が不均一であっても、色むらを低減する効果がある。例えばピッチ100nm、高さ400nmの突起体32を有する反射防止構造体31を窒化シリコン膜のパッシベーション膜22上に形成した場合、何も形成しない場合に比べ、膜厚変動に対する感度のばらつきを1/3に低減することができた。
また、上記反射防止構造体31を固体撮像装置1のある膜面に形成する場合、300mmウエハを一括形成できるナノインプリント法を用いることで、他の形成方法と比較して低コスト化が可能となる。
When the antireflection structure 31 in which the protrusions 32 are arranged by the manufacturing method is formed on the passivation film 22, interface reflection is reduced, and sensitivity is improved by improving the light collection efficiency to the photoelectric conversion unit 12 of the solid-state imaging device 1. Will improve. For example, when the protrusions 32 having a pitch of 100 nm and a height of 400 nm are formed on the surface of the passivation film 22, a sensitivity improvement of 6% can be achieved.
Since the passivation film 22 has a step between the light receiving pixel unit including the photoelectric conversion unit 12 and the peripheral circuit unit due to the structure of the solid-state imaging device 1, it is very difficult to form the passivation film 22 uniformly on the light receiving pixel unit. . Therefore, the film non-uniformity of the light-receiving pixel portion means a change in the interference state of visible light, and therefore the sensitivity varies and causes color unevenness. By forming the antireflection structure 31 of the present invention on the passivation film 22, even if the film is non-uniform, there is an effect of reducing color unevenness. For example, when the antireflection structure 31 having the protrusions 32 having a pitch of 100 nm and a height of 400 nm is formed on the passivation film 22 of the silicon nitride film, the sensitivity variation with respect to the film thickness variation is 1 / It was possible to reduce to 3.
Further, when the antireflection structure 31 is formed on a film surface of the solid-state imaging device 1, the nanoimprint method capable of forming a 300 mm wafer at a time can be used to reduce the cost as compared with other forming methods. .

上記説明したように、上記第1製造方法では、反射防止構造体31の突起体32が正弦曲面を有する紡錘形状に形成されるので、反射防止構造体31の界面の両側の物質の体積変化が線形に変化するようになる。このため、突起体32の横方向の大きさが光の波長より小さい場合、界面の一方の物質(平坦化膜23)の空間占有率が徐々に変化して、もう一方の物質(パッシベーション膜22)に入れ替わることで有効屈折率も連続的に変化することになる。よって、反射防止構造体31における屈折率変化が線形になり、光の反射が低減される。また、突起体32は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下であり、配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下であり、配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下である。このような制限により、突起体のアスペクト比が大きくならず、最大でも4であるので、感度の低下が抑制される。また、好ましくは、突起体32のアスペクト比を2以下とすることで、より好ましくはアスペクト比を1以下とすることで、ナノインプリント法を容易に採用することが可能になる。
したがって、画素全体の感度の低下を防ぐことが可能となり、シェーディングを防止することが可能となり、かつ反射を防止することができる。これらは、突起体32の低アスペクト比化による感度の向上、ナノインプリント用モールド61の離型性能の向上、平坦化性能の向上、光路長を低減できることによる。また、突起体32の形状が正弦曲面を有する紡錘形状に形成していることから、反射防止性能が向上される。
よって、フレアやゴーストなどのノイズを低減することができるので、高感度で高画質な画像を得ることができるという利点がある。
As described above, in the first manufacturing method, since the protrusion 32 of the antireflection structure 31 is formed in a spindle shape having a sinusoidal curved surface, the volume change of the substances on both sides of the interface of the antireflection structure 31 is changed. It will change linearly. For this reason, when the lateral size of the protrusion 32 is smaller than the wavelength of light, the space occupancy of one substance (flattening film 23) at the interface gradually changes, and the other substance (passivation film 22). ), The effective refractive index also changes continuously. Therefore, the refractive index change in the antireflection structure 31 is linear, and light reflection is reduced. Further, the protrusion 32 has a height of 50 nm to 100 nm when the arrangement pitch is 40 nm, and a height of 200 nm to 400 nm when the arrangement pitch is 100 nm, and the arrangement pitch is 200 nm. The height is not less than 50 nm and not more than 400 nm. Due to such a limitation, the aspect ratio of the protrusions is not increased and is 4 at the maximum, so that a decrease in sensitivity is suppressed. Preferably, the nanoimprint method can be easily adopted by setting the aspect ratio of the protrusion 32 to 2 or less, more preferably setting the aspect ratio to 1 or less.
Accordingly, it is possible to prevent a decrease in sensitivity of the entire pixel, to prevent shading, and to prevent reflection. These are because the sensitivity can be improved by reducing the aspect ratio of the protrusion 32, the mold release performance of the nanoimprint mold 61 can be improved, the planarization performance can be improved, and the optical path length can be reduced. Moreover, since the shape of the protrusion 32 is formed in a spindle shape having a sinusoidal curved surface, the antireflection performance is improved.
Therefore, since noise such as flare and ghost can be reduced, there is an advantage that a high-quality image with high sensitivity can be obtained.

[固体撮像装置の製造方法の第2例]
本発明の第2実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第2例を、図13〜図15の製造工程断面図によって説明する。
[Second Example of Manufacturing Method of Solid-State Imaging Device]
A second example of the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to the manufacturing process sectional views of FIGS.

図13(1)に示すように、半導体基板11に入射光を信号電荷に変換する光電変換部12を形成する。この半導体基板11には、例えばシリコン基板が用いられる。また上記半導体基板11に、上記光電変換部12から信号電荷を読み出して転送する垂直電荷転送部13を形成する。このとき、同時に、上記垂直電荷転送部13から送られてきた信号電荷を水平芳香に転送して出力する水平電荷転送部(図示せず)も形成される。上記半導体基板11の上記垂直電荷転送部13(水平電荷転送部も同様)上にはゲート絶縁膜14を介して転送ゲート15が形成されている。さらに、上記転送ゲート15は、絶縁膜16を介して遮光膜17に被覆されている。この遮光膜17の上記光電変換部12上に開口部18が設けられている。
さらに、上記光電変換部12上、上記遮光膜17上等を被覆するように、上記半導体基板11上には、複数層の光透過性膜が形成されている。例えば、層間絶縁膜21が形成されている。この層間絶縁膜21は、例えば酸化シリコン系の絶縁膜で形成され、例えばホウ素リンシリケートガラス(BPSG)膜で形成されている。もちろん、他の酸化シリコン系の絶縁膜で形成されていてもよい。
さらに、パッシベーション膜22が形成されている。例えば、上記パッシベーション膜22は、例えばプラズマCVD窒化シリコン(P−SiN)膜で形成される。
そしてこのパッシベーション膜22の表面は、例えば化学的機械研磨法によって平坦化されている。
上記複数層の光透過性膜のうちの第1光透過性膜である上記平坦化加工されたパッシベーション膜22上に紫外線(UV)硬化型もしくは熱硬化型の塗布膜53を形成する。この塗布膜53の屈折率はなるべくパッシベーション膜22の屈折率に近いものを使うことが望ましい。例えばパッシベーション膜22が窒化シリコンの場合、屈折率は2程度であるため、塗布膜53は酸化チタン(チタニア)粒子含有のシロキサンなどが望ましい。他には、ポリイミド樹脂などもあげられる。この塗布膜53は、例えば塗布により形成され、この塗布方法としては、スピンコーティング、スリットコーティング、ノズルコーティングなどがあげられる。上記塗布膜53の膜厚は、形成されるモスアイ構造によって最適化し、収縮の影響を考慮して、残膜を設定する必要がある。
すなわち、前記紫外線硬化膜51と同様に設定される。すなわち、前記図9(1)に示すように、例えば突起体32の高さh0が200nmの反射防止構造体31(モスアイ構造)を形成したい場合は、残膜部の厚さh2が100nm程度になるように塗布膜53の膜厚h0+h2は300nm以上とする。
As shown in FIG. 13A, the photoelectric conversion unit 12 that converts incident light into signal charges is formed on the semiconductor substrate 11. For example, a silicon substrate is used as the semiconductor substrate 11. A vertical charge transfer unit 13 that reads and transfers signal charges from the photoelectric conversion unit 12 is formed on the semiconductor substrate 11. At the same time, a horizontal charge transfer unit (not shown) for transferring the signal charge sent from the vertical charge transfer unit 13 to the horizontal fragrance and outputting it is also formed. A transfer gate 15 is formed on the vertical charge transfer portion 13 (the same applies to the horizontal charge transfer portion) of the semiconductor substrate 11 via a gate insulating film 14. Further, the transfer gate 15 is covered with a light shielding film 17 via an insulating film 16. An opening 18 is provided on the photoelectric conversion unit 12 of the light shielding film 17.
Further, a plurality of light transmissive films are formed on the semiconductor substrate 11 so as to cover the photoelectric conversion unit 12, the light shielding film 17, and the like. For example, an interlayer insulating film 21 is formed. The interlayer insulating film 21 is formed of, for example, a silicon oxide-based insulating film, and is formed of, for example, a boron phosphorus silicate glass (BPSG) film. Of course, it may be formed of another silicon oxide insulating film.
Further, a passivation film 22 is formed. For example, the passivation film 22 is formed of, for example, a plasma CVD silicon nitride (P-SiN) film.
The surface of the passivation film 22 is planarized by, for example, a chemical mechanical polishing method.
An ultraviolet (UV) curable or thermosetting coating film 53 is formed on the planarized passivation film 22 which is the first light transmissive film among the plurality of light transmissive films. The refractive index of the coating film 53 is preferably as close as possible to that of the passivation film 22. For example, when the passivation film 22 is silicon nitride, since the refractive index is about 2, the coating film 53 is preferably siloxane containing titanium oxide (titania) particles. Other examples include polyimide resin. The coating film 53 is formed by coating, for example, and examples of the coating method include spin coating, slit coating, and nozzle coating. It is necessary to optimize the film thickness of the coating film 53 according to the moth-eye structure to be formed, and to set the remaining film in consideration of the influence of shrinkage.
That is, it is set similarly to the ultraviolet curable film 51. That is, as shown in FIG. 9 (1), for example, when the height h 0 of the protrusion 32 is intended to form the anti-reflection structure 31 of 200 nm (moth-eye structure), the thickness h 2 of the remaining film portion 100nm The film thickness h 0 + h 2 of the coating film 53 is set to 300 nm or more so as to be about the same.

次に、図13(2)に示すように、形成すべきモスアイ構造の3次元反転構造のナノインプリント用モールド61を半導体基板11上方にロードする。すなわち、このナノインプリント用モールド61には、正弦曲面を有する紡錘形状の凹部62が全面に配列、形成されている。
上記ナノインプリント用モールド61は、被加工基板(半導体基板11)に合わせたサイズとし、300mmウエハ(半導体基板11)への転写の場合は、300mm径のナノインプリント用モールド61を用意する。このナノインプリント用モールド61の材質は紫外線(UV)光を透過することが必要であり、例えば石英、ガラス、プラスチックなどの紫外線を透過する材料があげられる。
Next, as shown in FIG. 13B, a nanoimprint mold 61 having a three-dimensional inversion structure of a moth-eye structure to be formed is loaded above the semiconductor substrate 11. That is, in the nanoimprint mold 61, spindle-shaped concave portions 62 having a sinusoidal curved surface are arranged and formed on the entire surface.
The nanoimprint mold 61 is sized according to the substrate to be processed (semiconductor substrate 11), and in the case of transfer to a 300 mm wafer (semiconductor substrate 11), a 300 mm diameter nanoimprint mold 61 is prepared. The material of the nanoimprint mold 61 needs to transmit ultraviolet (UV) light, and examples thereof include materials that transmit ultraviolet light such as quartz, glass, and plastic.

次に、図14(3)に示すように、上記塗布膜53が紫外線硬化樹脂からなる場合、上記塗布膜53に、紫外線透過性のナノインプリント用モールド61を押し当てて、正弦曲面を有する紡錘形状の凹部62の形状を上記塗布膜53の表面に転写する。すなわち、ナノインプリント用モールド61の凹部に上記塗布膜53を充填させる。この際、ナノインプリント用モールド61および半導体基板11をチルトさせるなどすることで充填時間の短縮を図ることができる。また押圧は、ナノインプリント用モールド61の自重によってもよいが、充填時間の短縮のために、ナノインプリント用モールド61上部を密閉した構造とし、空気圧などで均一に押すことも考えられる。ナノインプリント用モールド61の凹部に塗布膜53が充填されたら、紫外線(UV)を十分な時間照射し、塗布膜53を硬化させる。
または、上記塗布膜53が熱硬化樹脂からなる場合、上記塗布膜53の硬化温度まで昇温し、硬化後降温させる。例えば上記塗布膜53がシロキサンの場合、300℃に昇温後、5分保持することで硬化させる。
Next, as shown in FIG. 14 (3), when the coating film 53 is made of an ultraviolet curable resin, a UV-permeable nanoimprint mold 61 is pressed against the coating film 53 to form a spindle shape having a sinusoidal curved surface. The shape of the recess 62 is transferred to the surface of the coating film 53. That is, the coating film 53 is filled in the concave portion of the nanoimprint mold 61. At this time, the filling time can be shortened by tilting the nanoimprint mold 61 and the semiconductor substrate 11. Further, the pressing may be performed by the dead weight of the nanoimprint mold 61. However, in order to shorten the filling time, it is possible to make the upper part of the nanoimprint mold 61 hermetically sealed and press it uniformly with air pressure or the like. When the coating film 53 is filled in the concave portion of the nanoimprint mold 61, the coating film 53 is cured by irradiation with ultraviolet rays (UV) for a sufficient time.
Or when the said coating film 53 consists of thermosetting resin, it heats up to the curing temperature of the said coating film 53, and makes it cool after hardening. For example, when the coating film 53 is siloxane, it is cured by raising the temperature to 300 ° C. and holding it for 5 minutes.

次に、図14(4)に示すように、上記塗布膜53の表面からナノインプリント用モールド61を離型させる。この結果、上記塗布膜53の表面に正弦曲面を有する紡錘形状の突起体32が形成される。   Next, as shown in FIG. 14 (4), the nanoimprint mold 61 is released from the surface of the coating film 53. As a result, a spindle-shaped protrusion 32 having a sinusoidal curved surface is formed on the surface of the coating film 53.

次に、図15(5)に示すように、上記突起体32からなるモスアイ構造の反射防止構造体31上に平坦化膜23を形成する。この平坦化膜23は、例えば有機膜を塗布して形成する。この工程は、次工程のカラーフィルターアレイの形成のために平坦化されることが必要である。
一般的に塗布の平坦化膜23は、下地(この場合は反射防止構造体31)の凹凸の高さに対して十分厚く塗布することで平坦性は向上する。
しかしながら固体撮像装置においては、平坦化膜23の厚膜化は光路長の増大、すなわち集光効率の損失につながる。
そこで前記図9(2)に示すように、平坦化膜23の塗布特性に合わせて平坦化膜23の膜厚h1を決定する。本実施例で用いる平坦化膜23では100nmのh1が必要であることが判明したのでh1>h0+100nmとなる。h0は反射防止構造体31の突起体32の高さである。
しかしながら、集光効率の観点からh1が薄いほうが好適であるので、h1がh0+100nm程度となるように設定することが望ましい。
300mmウエハを一括形成のナノインプリントする場合、コストの面で優位性があるが、離型性能も考慮する必要がある。離型に最も適したアスペクトは1以下とされる。
一方で前述したようにある高さまではアスペクトが大きくなったほうがより反射防止性能は優位である。
本発明では、感度、反射防止性能、製法上の課題も考慮した最適値を見出した。前記図7にアスペクトを1の場合のピッチと感度ばらつき比をプロットした。この場合、突起体32の最適値は、ピッチ200nm、高さ200nmとなる。
Next, as shown in FIG. 15 (5), a planarizing film 23 is formed on the antireflection structure 31 having the moth-eye structure composed of the protrusions 32. The planarizing film 23 is formed by applying an organic film, for example. This step needs to be planarized for the formation of the color filter array in the next step.
In general, the flatness of the applied planarizing film 23 is improved by coating it sufficiently thick with respect to the height of the unevenness of the base (in this case, the antireflection structure 31).
However, in the solid-state imaging device, increasing the thickness of the planarizing film 23 leads to an increase in optical path length, that is, a loss of light collection efficiency.
Therefore, as shown in FIG. 9B, the film thickness h 1 of the flattening film 23 is determined in accordance with the coating characteristics of the flattening film 23. Since it has been found that h 1 of 100 nm is necessary for the planarizing film 23 used in this embodiment, h 1 > h 0 +100 nm. h 0 is the height of the protrusion 32 of the antireflection structure 31.
However, since h 1 is preferably thin from the viewpoint of light collection efficiency, it is desirable to set h 1 to be about h 0 +100 nm.
When nanoimprinting a 300 mm wafer in a batch is advantageous in terms of cost, it is necessary to consider mold release performance. The aspect most suitable for mold release is 1 or less.
On the other hand, as described above, the anti-reflection performance is more advantageous when the aspect is larger at a certain height.
In the present invention, an optimum value has been found in consideration of sensitivity, antireflection performance, and manufacturing problems. In FIG. 7, the pitch and sensitivity variation ratio when the aspect is 1 are plotted. In this case, the optimum values of the protrusions 32 are a pitch of 200 nm and a height of 200 nm.

次に、図15(6)に示すように、上記平坦化膜23上に、カラーフィルター層41を形成する。このカラーフィルター層41は、通常の製造方法によって、例えば塗布法およびリソグラフィ技術によって、緑色カラーフィルター層G、赤色カラーフィルター層R、青色カラーフィルター層Bが順次形成される。その形成順は任意である。
このように、平坦化膜23を介してカラーフィルター層41を形成することで、カラーフィルター層41を形成する際のパターニングの際のダメージが突起体32に加えられないので、突起体32の形状が保持される。
Next, as shown in FIG. 15 (6), a color filter layer 41 is formed on the planarizing film 23. For the color filter layer 41, a green color filter layer G, a red color filter layer R, and a blue color filter layer B are sequentially formed by a normal manufacturing method, for example, by a coating method and a lithography technique. The order of formation is arbitrary.
In this way, by forming the color filter layer 41 through the planarizing film 23, damage during patterning when forming the color filter layer 41 is not applied to the protrusion 32, so the shape of the protrusion 32 Is retained.

さらに上記カラーフィルター層41上に通常のレンズ形成技術によって、上記光電変換部12に入射光を導くようにマイクロレンズ42を形成する。   Further, a micro lens 42 is formed on the color filter layer 41 so as to guide incident light to the photoelectric conversion unit 12 by a normal lens forming technique.

このようにして、固体撮像装置1が製造される。   In this way, the solid-state imaging device 1 is manufactured.

上記製造方法により突起体32が配列された反射防止構造体31をパッシベーション膜22上に形成した場合、界面反射が低減され、固体撮像装置1の光電変換部12への集光効率の改善により感度が向上する。例えばピッチ100nm、高さ400nmの突起体32をパッシベーション膜22表面に形成した場合、6%の感度向上が達成できた。
パッシベーション膜22は、固体撮像装置1の構造上、光電変換部12を含む受光画素部と周辺回路部との間に段差を生ずるため、受光画素部に均一に形成することが非常に困難である。そのため受光画素部の膜不均一性は、可視光の干渉状態の変動を意味し、そのため感度がばらつき、色むらの原因となる。本発明の反射防止構造体31をパッシベーション膜22上に形成することで、膜が不均一であっても、色むらを低減する効果がある。例えばピッチ100nm、高さ400nmの突起体32を有する反射防止構造体31を窒化シリコン膜のパッシベーション膜22上に形成した場合、何も形成しない場合に比べ、膜厚変動に対する感度のばらつきを1/3に低減することができた。
また、上記反射防止構造体31を固体撮像装置1のある膜面に形成する場合、300mmウエハを一括形成できるナノインプリント法を用いることで、他の形成方法と比較して低コスト化が可能となる。
When the antireflection structure 31 in which the protrusions 32 are arranged by the manufacturing method is formed on the passivation film 22, interface reflection is reduced, and sensitivity is improved by improving the light collection efficiency to the photoelectric conversion unit 12 of the solid-state imaging device 1. Will improve. For example, when the protrusions 32 having a pitch of 100 nm and a height of 400 nm are formed on the surface of the passivation film 22, a sensitivity improvement of 6% can be achieved.
Since the passivation film 22 has a step between the light receiving pixel unit including the photoelectric conversion unit 12 and the peripheral circuit unit due to the structure of the solid-state imaging device 1, it is very difficult to form the passivation film 22 uniformly on the light receiving pixel unit. . Therefore, the film non-uniformity of the light-receiving pixel portion means a change in the interference state of visible light, and therefore the sensitivity varies and causes color unevenness. By forming the antireflection structure 31 of the present invention on the passivation film 22, even if the film is non-uniform, there is an effect of reducing color unevenness. For example, when the antireflection structure 31 having the protrusions 32 having a pitch of 100 nm and a height of 400 nm is formed on the passivation film 22 of the silicon nitride film, the sensitivity variation with respect to the film thickness variation is 1 / It was possible to reduce to 3.
Further, when the antireflection structure 31 is formed on a film surface of the solid-state imaging device 1, the nanoimprint method capable of forming a 300 mm wafer at a time can be used to reduce the cost as compared with other forming methods. .

上記説明したように、上記第1製造方法では、反射防止構造体31の突起体32が正弦曲面を有する紡錘形状に形成されるので、反射防止構造体31の界面の両側の物質の体積変化が線形に変化するようになる。このため、突起体32の横方向の大きさが光の波長より小さい場合、界面の一方の物質(平坦化膜23)の空間占有率が徐々に変化して、もう一方の物質(パッシベーション膜22)に入れ替わることで有効屈折率も連続的に変化することになる。よって、反射防止構造体31における屈折率変化が線形になり、光の反射が低減される。また、突起体32は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下であり、配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下であり、配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下である。このような制限により、突起体のアスペクト比が大きくならず、最大でも4であるので、感度の低下が抑制される。また、好ましくは、突起体32のアスペクト比を2以下とすることで、より好ましくはアスペクト比を1以下とすることで、ナノインプリント法を容易に採用することが可能になる。
したがって、画素全体の感度の低下を防ぐことが可能となり、シェーディングを防止することが可能となり、かつ反射を防止することができる。これらは、突起体32の低アスペクト比化による感度の向上、ナノインプリント用モールド61の離型性能の向上、平坦化性能の向上、光路長を低減できることによる。また、突起体32の形状が正弦曲面を有する紡錘形状に形成していることから、反射防止性能が向上される。
よって、フレアやゴーストなどのノイズを低減することができるので、高感度で高画質な画像を得ることができるという利点がある。
As described above, in the first manufacturing method, since the protrusion 32 of the antireflection structure 31 is formed in a spindle shape having a sinusoidal curved surface, the volume change of the substances on both sides of the interface of the antireflection structure 31 is changed. It will change linearly. For this reason, when the lateral size of the protrusion 32 is smaller than the wavelength of light, the space occupancy of one substance (flattening film 23) at the interface gradually changes, and the other substance (passivation film 22). ), The effective refractive index also changes continuously. Therefore, the refractive index change in the antireflection structure 31 is linear, and light reflection is reduced. Further, the protrusion 32 has a height of 50 nm to 100 nm when the arrangement pitch is 40 nm, and a height of 200 nm to 400 nm when the arrangement pitch is 100 nm, and the arrangement pitch is 200 nm. The height is not less than 50 nm and not more than 400 nm. Due to such a limitation, the aspect ratio of the protrusions is not increased and is 4 at the maximum, so that a decrease in sensitivity is suppressed. Preferably, the nanoimprint method can be easily adopted by setting the aspect ratio of the protrusion 32 to 2 or less, more preferably setting the aspect ratio to 1 or less.
Accordingly, it is possible to prevent a decrease in sensitivity of the entire pixel, to prevent shading, and to prevent reflection. These are because the sensitivity can be improved by reducing the aspect ratio of the protrusion 32, the mold release performance of the nanoimprint mold 61 can be improved, the planarization performance can be improved, and the optical path length can be reduced. Moreover, since the shape of the protrusion 32 is formed in a spindle shape having a sinusoidal curved surface, the antireflection performance is improved.
Therefore, since noise such as flare and ghost can be reduced, there is an advantage that a high-quality image with high sensitivity can be obtained.

上記第1、第2製造方法では、パッシベーション膜22表面に反射防止構造体31を形成する製造方法を説明したが、上記製造方法のどちらかによって、例えば上記マイクロレンズ42表面、上記無機反射防止膜である絶縁膜16表面に形成してもよい。また、図示はしていないが、入射光が入射される最外部に形成されたカバーガラス、もしくは赤外線カットフィルタの表面に形成していてもよい。
また、第1製造方法によれば、光電変換部12表面(シリコン基板表面)にも形成することができる。
さらに、上記反射防止構造体31は、例えば、上記パッシベーション膜22表面と上記マイクロレンズ42表面というように、2層、もしくはそれ以上に層に形成してもよい。
In the first and second manufacturing methods, the manufacturing method for forming the antireflection structure 31 on the surface of the passivation film 22 has been described. However, for example, the surface of the microlens 42 or the inorganic antireflection film can be formed by either of the manufacturing methods. It may be formed on the surface of the insulating film 16. Moreover, although not shown in figure, you may form in the surface of the cover glass formed in the outermost part into which incident light injects, or an infrared cut filter.
Moreover, according to the 1st manufacturing method, it can form also in the photoelectric conversion part 12 surface (silicon substrate surface).
Furthermore, the antireflection structure 31 may be formed in two or more layers, for example, the surface of the passivation film 22 and the surface of the microlens 42.

<3.第3の実施の形態>
[撮像装置の構成の一例]
次に、本発明の第3実施の形態に係る撮像装置の構成の一例を、図16のブロック図によって説明する。この撮像装置は、本発明の固体撮像装置を用いたものである。
<3. Third Embodiment>
[Example of configuration of imaging apparatus]
Next, an example of the configuration of an imaging apparatus according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to the block diagram of FIG. This imaging device uses the solid-state imaging device of the present invention.

図16に示すように、撮像装置200は、撮像部201に固体撮像装置210を備えている。この撮像部201の集光側には像を結像させる集光光学部202が備えられ、また、撮像部201には、それを駆動する駆動回路、固体撮像装置210で光電変換された信号を画像に処理する信号処理回路等を有する信号処理部203が接続されている。また上記信号処理部203によって処理された画像信号は画像記憶部(図示せず)によって記憶させることができる。このような撮像装置200において、上記固体撮像装置210には、前記実施の形態で説明した固体撮像装置1を用いることができる。   As illustrated in FIG. 16, the imaging device 200 includes a solid-state imaging device 210 in the imaging unit 201. A condensing optical unit 202 that forms an image is provided on the condensing side of the image pickup unit 201, and the image pickup unit 201 receives a signal that is photoelectrically converted by a driving circuit that drives the image pickup unit 201 and the solid-state image pickup device 210. A signal processing unit 203 having a signal processing circuit or the like for processing an image is connected. The image signal processed by the signal processing unit 203 can be stored by an image storage unit (not shown). In such an imaging apparatus 200, the solid-state imaging apparatus 1 described in the above embodiment can be used as the solid-state imaging apparatus 210.

本発明の撮像装置200では、本願発明の高感度で高画質な画像を得ることが可能な固体撮像装置1が用いられることから、高感度で、高品質な画像が得られるという利点がある。   The imaging device 200 of the present invention has the advantage that a high-sensitivity and high-quality image can be obtained because the solid-state imaging device 1 capable of obtaining a high-sensitivity and high-quality image of the present invention is used.

また、上記撮像装置200は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。ここでいう撮像装置200は、例えば、カメラや撮像機能を有する携帯機器のことをいう。また「撮像」は、通常のカメラ撮影時における像の撮りこみだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。   In addition, the imaging device 200 may be formed as a single chip, or may be in a modular form having an imaging function in which an imaging unit and a signal processing unit or an optical system are packaged together. May be. The imaging device 200 here refers to, for example, a camera or a portable device having an imaging function. “Imaging” includes not only capturing an image during normal camera shooting but also fingerprint detection in a broad sense.

1…固体撮像装置、11…半導体基板(半導体領域)、12…光電変換部、22…パッシベーション膜(第1光透過性膜)、31…反射防止構造体、32…突起体、51…紫外線硬化膜、53…塗布膜、61…ナノインプリント用モールド、62…凹部、200…撮像装置、201…撮像部、202…集光光学部、203…信号処理部、210…固体撮像装置(固体撮像装置1)   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Solid-state imaging device, 11 ... Semiconductor substrate (semiconductor area | region), 12 ... Photoelectric conversion part, 22 ... Passivation film (1st light transmissive film | membrane), 31 ... Antireflection structure, 32 ... Projection body, 51 ... Ultraviolet curing Membrane, 53 ... coating film, 61 ... mold for nanoimprint, 62 ... recess, 200 ... imaging device, 201 ... imaging unit, 202 ... condensing optical unit, 203 ... signal processing unit, 210 ... solid-state imaging device (solid-state imaging device 1) )

Claims (11)

半導体領域に入射光を光電変換して信号電荷を得る光電変換部と、
前記光電変換部上に形成された複数層の光透過性膜を備え、
前記半導体領域表面もしくは前記複数層の光透過性膜のうちの少なくとも1層の第1光透過性膜表面に反射防止構造体が形成されていて、
前記反射防止構造体は、
前記第1光透過性膜表面もしくは前記半導体領域表面に配列された光透過性を有し正弦曲面を有する紡錘形状の突起体からなり、
前記突起体は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下であり、配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下であり、配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下である
固体撮像装置。
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light into a semiconductor region to obtain a signal charge; and
Comprising a plurality of light-transmitting films formed on the photoelectric conversion part,
An antireflection structure is formed on the surface of the semiconductor region or the surface of the first light transmissive film of at least one of the plurality of light transmissive films,
The antireflection structure is
A spindle-shaped protrusion having a light transmission and a sinusoidal surface arranged on the surface of the first light transmission film or the surface of the semiconductor region,
The protrusions have a height of 50 nm to 100 nm when the arrangement pitch is 40 nm, a height of 200 nm to 400 nm when the arrangement pitch is 100 nm, and a height when the arrangement pitch is 200 nm. A solid-state imaging device having a thickness of 50 nm to 400 nm.
前記突起体の底部から頂部に向かって、前記突起体は高さ方向の体積変化が線形に小さくなっている
請求項1記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a volume change in the height direction of the protrusion is linearly reduced from the bottom to the top of the protrusion.
前記第1光透過性膜は、前記光電変換部に入射光を集光するマイクロレンズである
請求項1または2記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first light-transmitting film is a microlens that collects incident light on the photoelectric conversion unit.
前記第1光透過性膜は、前記光電変換部上方に形成されるパッシベーション膜である
請求項1または2記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first light transmissive film is a passivation film formed above the photoelectric conversion unit.
前記第1光透過性膜は、前記光電変換部上に形成された無機反射防止膜である
請求項1または2記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first light-transmitting film is an inorganic antireflection film formed on the photoelectric conversion unit.
前記第1光透過性膜は、前記入射光が入射される最外部に形成されたカバーガラス、もしくは赤外線カットフィルタである
請求項1または2記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the first light-transmitting film is a cover glass or an infrared cut filter formed on an outermost part on which the incident light is incident.
半導体領域に入射光を光電変換して信号電荷を得る光電変換部上に複数層の光透過性膜を形成する際に、
前記複数層の光透過性膜のうちの少なくとも1層の第1光透過性膜表面に反射防止構造体を形成する工程を備え、
前記反射防止構造体の形成工程は、
前記第1光透過性膜表面に紫外線硬化膜を形成する工程と、
前記紫外線硬化膜に、正弦曲面を有する紡錘形状の凹部を全面に配列した紫外線透過性のナノインプリント用モールドを押し当てて、正弦曲面を有する紡錘形状の凹部の形状を前記紫外線硬化膜の表面に転写する工程と、
前記ナノインプリント用モールドを押し当てた状態で前記紫外線硬化膜に紫外線を照射して硬化させる工程と、
前記紫外線硬化膜から前記ナノインプリント用モールドを外す工程と、
前記紫外線硬化膜と前記第1光透過性膜の上部をエッチバックして、前記紫外線硬化膜に形成された正弦曲面を有する紡錘形状の突起体の形状を前記第1光透過性膜表面に転写させる工程を備え、
前記突起体は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下に形成され、配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下に形成され、配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下に形成される
固体撮像装置の製造方法。
When forming a plurality of light-transmitting films on a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light into a semiconductor region to obtain a signal charge,
Forming an antireflection structure on the surface of the first light transmissive film of at least one of the plurality of light transmissive films,
The step of forming the antireflection structure includes
Forming an ultraviolet curable film on the surface of the first light transmissive film;
The ultraviolet curable film is pressed with an ultraviolet light permeable nanoimprint mold having spindle-shaped concave portions having a sinusoidal curved surface, and the shape of the spindle-shaped concave portions having a sinusoidal curved surface is transferred to the surface of the ultraviolet cured film. And a process of
A step of irradiating and curing the ultraviolet curable film with the nanoimprint mold pressed against the ultraviolet curable film;
Removing the mold for nanoimprint from the ultraviolet curable film,
Etching back the upper part of the UV curable film and the first light transmissive film, and transferring the shape of a spindle-shaped protrusion having a sinusoidal surface formed on the UV curable film to the surface of the first light transmissive film. Comprising the step of
The protrusions are formed with a height of 50 nm to 100 nm when the pitch of the array is 40 nm. When the pitch of the array is 100 nm, the protrusion is formed with a height of 200 nm to 400 nm and the pitch of the array is 200 nm. A method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the height is 50 nm or more and 400 nm or less.
前記突起体の底部から頂部に向かって、前記突起体は高さ方向の体積変化が線形に小さくなっている
請求項7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 7, wherein a volume change in the height direction of the protrusion is linearly reduced from the bottom to the top of the protrusion.
半導体領域に入射光を光電変換して信号電荷を得る光電変換部上に複数層の光透過性膜を形成する際に、
前記複数層の光透過性膜のうちの少なくとも1層の第1光透過性膜表面に反射防止構造体を形成する工程を備え、
前記反射防止構造体の形成工程は、
前記第1光透過性膜を紫外線硬化型もしくは熱硬化型の塗布膜で形成する工程と、
前記第1光透過性膜に、正弦曲面を有する紡錘形状の凹部を全面に配列した紫外線透過性のナノインプリント用モールドを押し当てて、正弦曲面を有する紡錘形状の凹部の形状を前記第1光透過性膜の表面に転写する工程と、
前記ナノインプリント用モールドを押し当てた状態で前記第1光透過性膜に紫外線を照射して硬化させる工程と、
前記第1光透過性膜から前記ナノインプリント用モールドを外す工程を備え、
前記突起体は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下に形成され、配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下に形成され、配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下に形成される
固体撮像装置の製造方法。
When forming a plurality of light-transmitting films on a photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light into a semiconductor region to obtain a signal charge,
Forming an antireflection structure on the surface of the first light transmissive film of at least one of the plurality of light transmissive films,
The step of forming the antireflection structure includes
Forming the first light transmissive film with an ultraviolet curable or thermosetting coating film;
An ultraviolet light transmissive nanoimprint mold in which spindle-shaped concave portions having a sinusoidal surface are arranged on the entire surface is pressed against the first light-transmitting film, so that the shape of the spindle-shaped concave portion having a sinusoidal curved surface is changed to the first light transmitting film. Transferring to the surface of the conductive film;
Irradiating the first light-transmitting film with ultraviolet rays in a state of pressing the nanoimprint mold;
Removing the mold for nanoimprinting from the first light transmissive film,
The protrusions are formed with a height of 50 nm to 100 nm when the pitch of the array is 40 nm. When the pitch of the array is 100 nm, the protrusion is formed with a height of 200 nm to 400 nm and the pitch of the array is 200 nm. A method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the height is 50 nm or more and 400 nm or less.
前記突起体の底部から頂部に向かって、前記突起体は高さ方向の体積変化が線形に小さくなっている
請求項9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 9, wherein a volume change in the height direction of the protrusion is linearly reduced from the bottom to the top of the protrusion.
入射光を集光する集光光学部と、
前記集光光学部で集光した光を受光して光電変換する固体撮像装置を有する撮像部と、
光電変換された信号を処理する信号処理部を有し、
前記固体撮像装置は、
半導体領域に入射光を光電変換して信号電荷を得る光電変換部と、
前記光電変換部上に形成された複数層の光透過性膜を備え、
前記半導体領域表面もしくは前記複数層の光透過性膜のうちの少なくとも1層の第1光透過性膜表面に反射防止構造体が形成されていて、
前記反射防止構造体は、
前記第1光透過性膜表面もしくは前記半導体領域表面に配列された光透過性を有し正弦曲面を有する紡錘形状の突起体からなり、
前記紡錘形状の突起体は、配列のピッチが40nmの場合、高さが50nm以上100nm以下であり、配列のピッチが100nmの場合、高さが200nm以上400nm以下であり、配列のピッチが200nmの場合、高さが50nm以上400nm以下である
撮像装置。
A condensing optical unit that condenses incident light;
An imaging unit having a solid-state imaging device that receives and photoelectrically converts light collected by the condensing optical unit;
A signal processing unit for processing the photoelectrically converted signal;
The solid-state imaging device
A photoelectric conversion unit that photoelectrically converts incident light into a semiconductor region to obtain a signal charge; and
Comprising a plurality of light-transmitting films formed on the photoelectric conversion part,
An antireflection structure is formed on the surface of the semiconductor region or the surface of the first light transmissive film of at least one of the plurality of light transmissive films,
The antireflection structure is
A spindle-shaped protrusion having a light transmission and a sinusoidal surface arranged on the surface of the first light transmission film or the surface of the semiconductor region,
The spindle-shaped protrusions have a height of 50 nm to 100 nm when the arrangement pitch is 40 nm, and a height of 200 nm to 400 nm when the arrangement pitch is 100 nm, and the arrangement pitch is 200 nm. In the case, the imaging device whose height is 50 nm or more and 400 nm or less.
JP2009121605A 2009-03-31 2009-05-20 Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and imaging device Pending JP2010272612A (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009121605A JP2010272612A (en) 2009-05-20 2009-05-20 Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and imaging device
TW099107438D TWI425643B (en) 2009-03-31 2010-03-15 Solid-state imaging device, fabrication method thereof, imaging apparatus, and fabrication method of anti-reflection structure
US12/728,448 US8685856B2 (en) 2009-03-31 2010-03-22 Solid-state imaging device, fabrication method thereof, imaging apparatus, and fabrication method of anti-reflection structure
EP10157325A EP2237318A3 (en) 2009-03-31 2010-03-23 Solid-state imaging device, fabrication method thereof, imaging apparatus, and fabrication method of anti-reflection structure
CN2012103532947A CN103000646A (en) 2009-03-31 2010-03-24 Solid-state imaging device, fabrication method thereof, imaging apparatus, and fabrication method of anti-reflection structure
KR1020100026060A KR20100109405A (en) 2009-03-31 2010-03-24 Solid-state imaging device, fabrication nethod thereof, imaging apparatus, and fabrication nethod of anti-reflection structure
CN2010101408039A CN101853868B (en) 2009-03-31 2010-03-24 Solid-state imaging device, fabrication nethod thereof, imaging apparatus, and fabrication nethod of anti-reflection structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009121605A JP2010272612A (en) 2009-05-20 2009-05-20 Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and imaging device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010272612A true JP2010272612A (en) 2010-12-02

Family

ID=43420421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009121605A Pending JP2010272612A (en) 2009-03-31 2009-05-20 Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and imaging device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010272612A (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8884232B2 (en) 2011-05-24 2014-11-11 Fujifilm Corporation Radiation detection device
JP2015207638A (en) * 2014-04-18 2015-11-19 キヤノン株式会社 Photoelectric conversion element and method for manufacturing the same
WO2015185995A1 (en) * 2014-06-04 2015-12-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ Charged particle beam device
KR20160029735A (en) 2013-07-03 2016-03-15 소니 주식회사 Solid-state imaging device, method for manufacturing same, and electronic apparatus
JP2016178148A (en) * 2015-03-19 2016-10-06 三菱電機株式会社 Photoelectric transducer and manufacturing method for the same
WO2017126329A1 (en) * 2016-01-21 2017-07-27 ソニー株式会社 Image capturing element and electronic device
JP2019080079A (en) * 2019-02-06 2019-05-23 三菱電機株式会社 Photoelectric conversion element
WO2019138923A1 (en) 2018-01-11 2019-07-18 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Solid-state imaging device and electronic device
WO2019159710A1 (en) * 2018-02-16 2019-08-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Sensor device and electronic instrument
JP2020167421A (en) * 2013-07-03 2020-10-08 ソニー株式会社 Photodetection device and electronic apparatus

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003518263A (en) * 1999-11-12 2003-06-03 リフレキサイト・コーポレーション Optical collimation film with submicroscopic optical microstructure
JP2004047682A (en) * 2002-07-11 2004-02-12 Toshiba Corp Solid-state image pickup device
JP2005062674A (en) * 2003-08-19 2005-03-10 Sanyo Electric Co Ltd Plate-like optical component
JP2006276774A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Kyocera Kinseki Corp Optical device
JP2007515667A (en) * 2003-11-14 2007-06-14 アプリリス インコーポレーテッド Holographic data storage medium with structured surface
JP2008166738A (en) * 2006-12-04 2008-07-17 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method for manufacturing semiconductor device
JP2009104103A (en) * 2007-10-01 2009-05-14 Omron Corp Antireflection sheet, display element and display device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003518263A (en) * 1999-11-12 2003-06-03 リフレキサイト・コーポレーション Optical collimation film with submicroscopic optical microstructure
JP2004047682A (en) * 2002-07-11 2004-02-12 Toshiba Corp Solid-state image pickup device
JP2005062674A (en) * 2003-08-19 2005-03-10 Sanyo Electric Co Ltd Plate-like optical component
JP2007515667A (en) * 2003-11-14 2007-06-14 アプリリス インコーポレーテッド Holographic data storage medium with structured surface
JP2006276774A (en) * 2005-03-30 2006-10-12 Kyocera Kinseki Corp Optical device
JP2008166738A (en) * 2006-12-04 2008-07-17 Semiconductor Energy Lab Co Ltd Method for manufacturing semiconductor device
JP2009104103A (en) * 2007-10-01 2009-05-14 Omron Corp Antireflection sheet, display element and display device

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8884232B2 (en) 2011-05-24 2014-11-11 Fujifilm Corporation Radiation detection device
KR20200006185A (en) 2013-07-03 2020-01-17 소니 주식회사 Solid-state imaging device, method for manufacturing same, and electronic apparatus
US9819846B2 (en) 2013-07-03 2017-11-14 Sony Corporation Solid-state imaging device having a moth-eye structure and light blocking portions, method for manufacturing the same, and electronic apparatus
JP2020167421A (en) * 2013-07-03 2020-10-08 ソニー株式会社 Photodetection device and electronic apparatus
KR20160029735A (en) 2013-07-03 2016-03-15 소니 주식회사 Solid-state imaging device, method for manufacturing same, and electronic apparatus
US11570387B2 (en) 2013-07-03 2023-01-31 Sony Group Corporation Solid-state imaging device with uneven structures and method for manufacturing the same, and electronic apparatus
KR20200074257A (en) 2013-07-03 2020-06-24 소니 주식회사 Solid-state imaging device, method for manufacturing same, and electronic apparatus
KR20200130507A (en) 2013-07-03 2020-11-18 소니 주식회사 Solid-state imaging device, method for manufacturing same, and electronic apparatus
JP7014260B2 (en) 2013-07-03 2022-02-01 ソニーグループ株式会社 Photodetectors and electronic devices
JP2015207638A (en) * 2014-04-18 2015-11-19 キヤノン株式会社 Photoelectric conversion element and method for manufacturing the same
WO2015185995A1 (en) * 2014-06-04 2015-12-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ Charged particle beam device
JP2015230195A (en) * 2014-06-04 2015-12-21 株式会社日立ハイテクノロジーズ Charged particle beam device
JP2016178148A (en) * 2015-03-19 2016-10-06 三菱電機株式会社 Photoelectric transducer and manufacturing method for the same
JPWO2017126329A1 (en) * 2016-01-21 2018-11-15 ソニー株式会社 Image sensor and electronic device
WO2017126329A1 (en) * 2016-01-21 2017-07-27 ソニー株式会社 Image capturing element and electronic device
US10727261B2 (en) 2016-01-21 2020-07-28 Sony Corporation Image pickup device and electronic apparatus
US11094728B2 (en) 2016-01-21 2021-08-17 Sony Corporation Image pickup device and electronic apparatus
WO2019138923A1 (en) 2018-01-11 2019-07-18 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Solid-state imaging device and electronic device
KR20200103011A (en) 2018-01-11 2020-09-01 소니 세미컨덕터 솔루션즈 가부시키가이샤 Solid-state imaging devices, electronic devices
US11508768B2 (en) 2018-01-11 2022-11-22 Sony Semiconductor Solutions Corporation Solid-state imaging device and electronic apparatus
WO2019159710A1 (en) * 2018-02-16 2019-08-22 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Sensor device and electronic instrument
JP2019080079A (en) * 2019-02-06 2019-05-23 三菱電機株式会社 Photoelectric conversion element

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2010272612A (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing the same, and imaging device
KR20100109405A (en) Solid-state imaging device, fabrication nethod thereof, imaging apparatus, and fabrication nethod of anti-reflection structure
US7408237B2 (en) Photonic crystal-based lens elements for use in an image sensor
CN104952892B (en) Method for manufacturing semiconductor device
US7968888B2 (en) Solid-state image sensor and manufacturing method thereof
US7196388B2 (en) Microlens designs for CMOS image sensors
JP5487686B2 (en) Solid-state imaging device, method for manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus
CN103035659B (en) Device for solid photography, the method manufacturing device for solid photography and electronic equipment
TW201222798A (en) Solid-state imaging device, method of manufacturing solid-state imaging device, and electronic apparatus
JP2008192771A (en) Solid-state imaging element and manufacturing method therefor
TW201639137A (en) Back-side illuminated image sensor and method of forming the same
WO2005059607A1 (en) Collective element and solid-state imaging device
JP2009266900A (en) Solid-state image sensor
JP2009232392A (en) Solid-state image pickup element
JP2011040441A (en) Solid-state imaging apparatus
US9723188B2 (en) Image sensor, method of manufacturing the image sensor, and electronic device including the image sensor
KR20080054044A (en) Image sensor and method of manufaturing thereof
JP5409087B2 (en) Solid-state image sensor
TWI555185B (en) Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP2011124454A (en) Method of manufacturing solid-state imaging device
CN110071130B (en) CMOS image sensor, image processing method and storage medium
JP2010287636A (en) Solid-state image sensor and method of manufacturing the same
TW202327061A (en) Multi-layer metal stack for active pixel region and black pixel region of image sensor and methods thereof
TWI760010B (en) Image sensor, optical structure and methods of forming the same
KR102506435B1 (en) Method of manufacturing image sensor including nanostructure color filter

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20110712

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20120224

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130813

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130815

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130927

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131203

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140124

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20140715