JP2010283225A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】固体撮像装置において、スミアを抑制する。
【解決手段】固体撮像装置５０において、半導体基板１０の上部に設けられ、光電変換により電荷を生成する光電変換領域１１と、光電変換領域１１の側方で且つ半導体基板１０上に設けられた転送電極４と、転送電極４上を覆うと共に光電変換領域１１上に開口部を有する遮光膜６とを備える画素が複数配列されている。少なくとも一つの画素において、光電変換領域１１上に、遮光膜６と重なることを避けて開口部内に形成された反射防止膜１６ａを備える。
【選択図】図１
【解決手段】固体撮像装置５０において、半導体基板１０の上部に設けられ、光電変換により電荷を生成する光電変換領域１１と、光電変換領域１１の側方で且つ半導体基板１０上に設けられた転送電極４と、転送電極４上を覆うと共に光電変換領域１１上に開口部を有する遮光膜６とを備える画素が複数配列されている。少なくとも一つの画素において、光電変換領域１１上に、遮光膜６と重なることを避けて開口部内に形成された反射防止膜１６ａを備える。
【選択図】図１
Description
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、スミア低減と感度向上とを実現する固体撮像装置に関する。
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等の固体撮像装置において、ｐ型シリコン基板の表面に形成されたｎ型半導体領域に光が入射すると、そのｎ型半導体領域にて信号電荷が発生する。このようにして個々の画素において発生する該信号電荷より、映像信号を得ることができる。
図４は、特許文献１に代表される従来の固体撮像装置の一例を示す断面図であり、ｐ型の半導体基板１上に配列された画素の一つを含む範囲を示している。図４において、半導体基板１０１上に絶縁膜１０３を介して形成された転送電極１０４が備えられている。２つの転送電極１０４の間の半導体基板１０１の表面部分には、ｎ型半導体領域である受光部１０２が設けられている。
また、受光部１０２上方において、絶縁膜１０３を介して反射防止膜１０９が設けられている。反射防止膜１０９は、絶縁膜１０３よりも大きく且つ半導体基板１０１よりも小さい屈折率を有しており、可視光の波長域において、半導体基板１０１表面における入射光の反射率を抑える機能を有する。
また、転送電極１０４及び反射防止膜１０９を覆うように他の絶縁膜１０５が設けられている。該絶縁膜１０５を介し、転送電極１０４上方を覆うと共に受光部１０２上方に開口を有する遮光膜１０６が設けられている。更に、絶縁膜１０５及び遮光膜１０６を覆うようにパッシベーション膜１０７が設けられ、その上には絶縁層１０８が形成されている。
このような固体撮像装置は、反射防止膜１０９を備えることにより受光部１０２への光の入射量が増加し、受光感度が向上している。
しかしながら、図４に例示する固体撮像装置の構造には、反射防止膜１０９を備えていない構造に比べて偽信号（スミア）が生じやすく、この解決が課題となっている。
これに鑑みて、本発明は、受光感度を維持しながらスミアを低減することのできる固体撮像装置を実現することを目的とする。
前記目的を達成するため、本願発明者らは、図４に例示するような反射防止膜１０９を備える固体撮像装置においてスミアが増加する原因を検討した。その中で、受光部１０２の外周付近において、受光部１０２と遮光膜１０６との隙間Ｅが、間に反射防止膜１０９を挟んでいるために大きくなっていることに着目した。
画素に対する入射光は、特に斜めに入射した場合、隙間Ｅを通って転送電極１０４又はその下方の転送領域に漏れ込む場合があり、これがスミアを発生させる。また、隙間Ｅを通って転送領域に電荷が漏れ込む場合もあり、これもスミアの原因となる。ここで、隙間Ｅが広いほど、光及び電荷の漏れ込みは多くなるため、スミアの影響が大きくなる。
以上の点に基づき、本願発明者らは、受光部と遮光膜との間に反射防止膜が配置されるのを避けることにより、この部分の隙間を小さくすることを着想した。具体的に、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板の上部に設けられ、光電変換により電荷を生成する光電変換領域と、光電変換領域の側方で且つ半導体基板上に設けられた転送電極と、転送電極上を覆うと共に光電変換領域上に開口部を有する遮光膜とを備える画素が複数配列された固体撮像装置において、少なくとも一つの画素において、光電変換領域上に、遮光膜と重なることを避けて開口部内に形成された反射防止膜を備える。
このような固体撮像装置によると、遮光膜と重なることのないように（平面視したときに遮光膜に設けられた開口部内に収まるように）反射防止膜が設けられているため、遮光膜と光電変換領域との隙間が小さくなっており、該隙間からの光及び電荷の漏れ込みが抑制されている。このため、入射光の反射を反射防止膜により抑えて光電変換領域への入射光を増加させると共に、スミアを低減することができる。
尚、反射防止膜の外周端と、遮光膜の開口部内周端との距離は、５０ｎｍ以下であることが好ましい。
光電変換領域上に反射防止膜を備えていない領域は、固体撮像装置の感度を低下させる原因となる。よって、このような領域はできるだけ狭いことが好ましく、例えば前記の距離にして５０ｎｍ以下であることが好ましい。
また、反射防止膜上及び転送電極上を覆い且つ遮光膜の下に形成された絶縁膜を更に備え、反射防止膜の外周端部と、遮光膜の開口部内周端との距離は、絶縁膜の膜厚以上であることが好ましい。
反射防止膜の外周端付近まで延びるように遮光膜が形成されると、この部分の遮光膜は光電変換領域から離れるように盛上がってしまう。このように盛上がった遮光膜は、光電変換領域への光の入射を妨げ、また、転送電極の側への光及び電荷の漏れ込みを抑制する機能を果たさない。そこで、反射防止膜の外周端から、反射防止膜上に形成された絶縁膜の膜厚以上の距離をおいた範囲に遮光膜を形成することにより、前記のような盛り上がりを防ぐことができる。
また、光電変換領域の外周端から内側に向かって遮光膜が延びる距離は、光電変換領域上面から対向する遮光膜下面までの距離以上であることが好ましい。
このような構成は、転送電極及びその下方の転送領域に対する光の漏れ込みを抑制するために望ましい。
また、転送電極と遮光膜との間に、反射防止膜と同じ材料からなる材料膜を備えることが好ましい。
このようにすると、材料膜が介在するために転送電極と遮光膜との距離が大きくなり、転送電極と遮光膜との間の耐圧が向上する。また、後退撮像装置を製造する際、光電変換領域上及び転送電極上に同じ材料からなる膜を連続して形成した後にパターニングし、反射防止膜及び材料膜とすることにより、製造工程の増加を抑制することができる。
また、反射防止膜を含む画素とは異なる少なくとも一つの他の画素において、光電変換領域上に、転送電極上まで連続して形成された他の反射防止膜を備えることが好ましい。
このようにすると、他の画素においては光電変換領域上の全体に他の反射防止膜が備えられることになり、開口部内に反射防止膜を備える画素に比べて感度の点では好ましい。ここで、スミアの原因となる光の漏れ込みは、光の波長が長いほど生じにくい。このため、それぞれの画素に入射する光の波長に合わせて、スミア抑制を重視する（開口内部に反射防止膜を設ける）画素と、感度を重視する（光電変換領域上の全体に他の反射防止膜を設ける）他の画素とを設けることができる。尚、転送電極上まで他の反射防止膜を設けることにより、転送電極と遮光膜との間の耐圧を向上することもできる。
また、画素は、それぞれ、入射する光を色分離するためのカラーフィルタを備え、開口部内に形成された反射防止膜を有する画素のカラーフィルタは、他の画素のカラーフィルタに比べて波長の短い光を透過するカラーフィルタであることが好ましい。
スミアの原因となる光の漏れ込みは、光の波長が短いほど生じやすい。そこで、より短い光を受光する画素について、開口部内に反射防止膜を備えることにより光の漏れ込みを抑制する構成を有しているのが良い。
また、カラーフィルタは、赤色、緑色又は青色の何れかの波長の光を透過するカラーフィルタであり、開口部内に形成された反射防止膜を有する画素のカラーフィルタは、青色の波長の光を透過するカラーフィルタであることが好ましい。
各画素のカラーフィルタにより赤、緑及び青の三色に色分離される場合、青色の波長の光が最も短波長である。このため、青色の波長の光に対応する画素において、スミア抑制を重視した構成となっているのが良い。
本発明の固体撮像装置によると、光電変換領域上に設けられた遮光膜の開口部内に反射防止膜を備えることにより、遮光膜と光電変換領域との距離を低減し、スミアの原因となる光及び電荷の漏れ込みを抑制することができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。いずれの実施形態も、本発明の固体撮像装置の構成、作用・効果及び製造方法を説明する例として示しており、以下の内容に限定されるわけではない。本発明の技術思想の範囲内において、適宜変更されうるものである。
（第１の実施形態）
第１の実施形態について以下に説明する。図１は、本実施形態に係る固体撮像装置５０を示す断面図であり、特に、ｐ型シリコン基板１０上に配列された複数の画素のうち２つを含む範囲を示している。
第１の実施形態について以下に説明する。図１は、本実施形態に係る固体撮像装置５０を示す断面図であり、特に、ｐ型シリコン基板１０上に配列された複数の画素のうち２つを含む範囲を示している。
図１に示す通り、固体撮像装置５０において、ｐ型シリコン基板（半導体基板）１０の上部に、いずれもｎ型半導体領域からなる複数の光電変換領域１１及び複数の転送領域１３が交互に並んで設けられている。光電変換領域１１の一端と転送領域１３との間にはｐ型シリコン基板１０のｐ型半導体層が残されており、光電変換領域１１にて発生した電荷を転送領域１３に読み出す読出し領域として機能する。光電変換領域１１の他端（読出し領域の反対側の端）と、その他端の側に位置する他の転送領域１３との間には、ｐ+ 型の半導体領域からなる分離領域１２が設けられている。２つの分離領域１２の間の光電変換領域１１及び転送領域１３を一つずつ含む領域が、１つの画素として機能する。
ｐ型シリコン基板１０上で且つ転送領域１３の上方に、ＯＮＯ絶縁膜２１を介して転送電極４が形成されている。ここで、ＯＮＯ絶縁膜２１は、３層の絶縁膜、つまり、転送領域１３の表面を覆う薄い第１のシリコン酸化膜１４ａと、その上に設けられたシリコン窒化膜１５と、更にその上に設けられた第２のシリコン酸化膜１４ｂとが積層された、いわゆるＯＮＯ構造の絶縁膜である。但し、このようなＯＮＯ膜には限られず、絶縁膜として、シリコン酸化膜等からなる単層の膜を設けることもできる。
また、光電変換領域１１上と、転送電極４の側壁及び上部とを連続して一体に覆う絶縁膜として、第３のシリコン酸化膜１４ｃが設けられている。
一部の画素５１において、光電変換領域１１上に第３のシリコン酸化膜１４ｃを介して第１の反射防止膜１６ａが形成されている。第１の反射防止膜１６ａは、屈折率がシリコン酸化膜よりも大きく且つシリコン基板より小さいシリコン窒化膜からなる。
また、第１の反射防止膜１６ａ上及び転送電極４上を覆う絶縁膜として第４のシリコン酸化膜１４ｄが設けられ、その上にタングステン又はアルミニウムからなる遮光膜６が設けられている。遮光膜６は、転送電極４の側壁及び上面を覆ってこの領域への光の入射を遮断すると共に、光電変換領域１１上に開口部を有し、光電変換領域１１への光の入射は妨げないようになっている。
ここで、画素５１において、平面視した際に、第１の反射防止膜１６ａは遮光膜６に設けられた開口部内に収まるように設けられている。言い換えると、第１の反射防止膜１６ａは、遮光膜６とは重ならないように（遮光膜６の下には介在しないように）なっている。
この一方、他の画素５２においても、光電変換領域１１上に第３のシリコン酸化膜１４ｃを介して第２の反射防止膜１６ｂが設けられている。また、第２の反射防止膜１６ｂは第４のシリコン酸化膜１４ｄに覆われ、その上に、転送電極４を覆い且つ光電変換領域１１上に開口部を有する遮光膜６が設けられている。
但し、第２の反射防止膜１６ｂは、第１の反射防止膜１６ａとは異なる構成を有する。つまり、第２の反射防止膜１６ｂは、光電変換領域１１上の全面を覆うと共に、光電変換領域１１の両側に位置する転送電極４の側面及び上面を覆うように延びており、遮光膜６と重なる部分（遮光膜６の下方に介在する部分）を有する。
いずれの画素においても、光電変換領域１１上及び遮光膜６上を覆うようにパッシベーション膜７が設けられている。パッシベーション膜７上には平坦化層１７が設けられ、その上には入射光を色分離するためのカラーフィルタ１８が設けられている。更に、カラーフィルタ１８上には、それぞれの光電変換領域１１に対応するようにマイクロレンズ１９が形成されている。
また、第１の反射防止膜１６ａ及び第２の反射防止膜１６ｂを備えることにより、画素５１及び画素５２のいずれにおいても感度が向上している。一般に、シリコン基板とシリコン酸化膜との界面において、可視光である入射光の約３０％が反射され、これが感度低下の一因となっている。このようにシリコン基板とシリコン酸化膜との界面における反射率が高い理由は、シリコンの屈折率（３〜４程度）とシリコン酸化膜の屈折率（１．４５程度）との差が大きいためである。
そこで、屈折率がシリコン酸化膜よりも大きく且つシリコン基板よりも小さい膜を反射防止膜として形成することにより、シリコンへの光の入射率を高めることができ、その結果として感度を向上することができる。例えば、特許文献２によると、反射防止膜の形成により感度が２３％向上する。
以上に述べたような固体撮像装置５０によると、以下に説明するように、画素５１において画素５２よりも偽信号（スミア）を低減すると共に、画素５２において画素５１よりも感度を向上することができる。
まず、いずれの画素においても、光電変換領域１１の周縁部上方に遮光膜６の一部が延びている。この部分の遮光膜６の下面と光電変換領域１１の上面との隙間を通って転送領域１３の側に電荷や光が漏れ込むと、偽信号が生じる原因となる。
ここで、画素５１において、遮光膜６の下方に第１の反射防止膜１６ａは介在しない。このため、光電変換領域１１と遮光膜６との間の距離Ａ（光電変換領域１１の上面から、これに対向する遮光膜６の下面までの距離）は、第３のシリコン酸化膜１４ｃ及び第４のシリコン酸化膜１４ｄの合計の膜厚であり、５０〜１００ｎｍ程度である。これに対し、画素５２の場合、光電変換領域１１と遮光膜６との間には、第３のシリコン酸化膜１４ｃ及び第４のシリコン酸化膜１４ｄに加えて、第２の反射防止膜１６ｂが介在する。第２の反射防止膜１６ｂの膜厚は５０ｎｍ程度であるから、合計の膜厚は１００〜１５０ｎｍ程度となる。
このように、画素５１において、反射防止膜の膜厚（例として５０ｎｍ程度）だけ遮光膜６と光電変換領域１１との距離が（画素５２の場合に比べて）短くなっている。このため、この部分から転送領域１３の側に漏れ込む光や電荷が減少し、偽信号（スミア）が抑制される。
第１の反射防止膜１６ａと遮光膜６とが重なるのを避けるため、第１の反射防止膜１６ａの外周端と、遮光膜６の開口部における内周端との間を距離Ｂだけ開けている。反射防止膜を備えないこの部分が大きくなると、光電変換領域１１に対する入射光が減少して感度が低下するおそれがある。このため、距離Ｂは短い方が良い。例えば、５０ｎｍ以下とすることが好ましい。
但し、第１の反射防止膜１６ａ上には第４のシリコン酸化膜１４ｄが設けられているため、距離Ｂが短くなりすぎると、遮光膜６の端部が光電変換領域１１から離れる側に盛上がってしまう。このようになると、光電変換領域１１への光の入射を妨げる場合があり、また、転送領域１３の側への光や電荷の漏れ込みを抑制する機能を十分に果たさない。そこで、距離Ｂを、第４のシリコン酸化膜１４ｄの膜厚Ｃよりも小さくすると、前記の盛り上がりを避けることができる。
また、光電変換領域１１上に遮光膜６が重なっている部分の距離Ｄが短いと、転送領域１３の側への光（特に、斜めに入射する光）の漏れ込みが生じやすくなる。このため、距離Ｄはある程度大きいことが望ましく、例えば、光電変換領域１１と遮光膜６との間の距離Ａよりも大きくするのが良い。距離Ｄが距離Ａと等しい場合に入射角４５°までの光の漏れ込みを防ぐことができ、これよりも距離Ｄを大きくすることが一つの目安となる。画素５１において距離Ａは例えば５０〜１００ｎｍ程度であるから、距離Ｄをこの寸法以上とするのが良い。
一方、画素５２の場合、第２の反射防止膜１６ｂは光電変換領域１１上の全面を覆い且つ周囲の転送領域１３上まで延びるように設けられている。このため、画素５１に比べると、第２の反射防止膜１６ｂの膜厚だけ光電変換領域１１と遮光膜６との距離は長く、偽信号を低減する効果は得られない。しかし、光電変換領域１１上の全面を第２の反射防止膜１６ｂが覆っているため、画素５１に比べて光電変換領域１１に入射する光が多く、受光感度は高い。
ここで、一般に、波長の短い光ほど狭い隙間を通過しやすい。このため、例えばＢ（青）、Ｇ（緑）、Ｒ（赤）の三原色のカラーフィルタ１８を有する固体撮像装置の場合、Ｒ及びＧに比べて波長の短いＢの光が、光電変換領域１１と遮光膜６との隙間から転送領域１３の側に入りやすい。従って、この部分からの光の漏れ込みに起因する偽信号（スミア）は、Ｒの画素（Ｒのカラーフィルタ１８を有する画素。以下、Ｇの画素、Ｂの画素についても同様）及びＧの画素に比べ、Ｂの画素において多い。そこで、Ｂの画素について、遮光膜６の開口部内に第１の反射防止膜１６ａが設けられた画素５１の構造とすると共に、Ｒ及びＧの画素について、光電変換領域１１上の全面に第２の反射防止膜１６ｂが設けられた画素５２の構造とする。これにより、偽信号（スミア）の生じやすいＢの画素については偽信号の抑制を優先すると共に、Ｂの画素よりも偽信号の生じにくいＲ及びＧの画素については感度向上を優先することができる。
このような、カラーフィルタの構成例について、図２により更に説明する。図２は、固体撮像装置５０の平面図であり、一例としてＢ、Ｇ及びＲの三原色カラーフィルタを有する場合の固体撮像装置５０について、複数の画素（Ｂの画素、Ｇの画素及びＲの画素）の配列を示している。また、図２における例えばI-I'線による断面が、図１に相当する（但し、各構成要素の寸法は必ずしも対応していない）。
図２に示すように、固体撮像装置５０における各画素のカラーフィルタ１８は、Ｂ及びＲの画素の各１画素と、Ｇの画素の２画素とを合わせた４画素を１単位とし、この単位を格子状に配置した構成（いわゆる原色ベイヤー配列）を有している。
Ｂの画素における第１の反射防止膜１６ａは、図２にように平面視すると、遮光膜６の開口部内に収まるように形成されている。つまり、図１における画素５１の場合に相当する。この場合、転送領域１３の側方において遮光膜６の下には反射防止膜が無いため、反射防止膜の厚さ（例えば約５０ｎｍ）の分だけ、光電変換領域１１と遮光膜６との距離が小さくなっている。これにより、転送領域１３の側への光の漏れ込みを抑制し、その結果、偽信号を抑制することができる。
これに対し、Ｒの画素とＧの画素における第２の反射防止膜１６ｂは、光電変換領域１１上の全面及び転送領域１３上にわたって形成されており、図１における画素５２の場合に相当する。この場合、光電変換領域１１の全面が反射防止膜に覆われていることにより感度が高められている。波長が短いためにスミアが生じやすいＢの光に比べると、それよりも波長の長いＲ及びＧの光については、スミアが生じにくい。そのため、感度向上を優先する構造としても、スミアは問題になりにくい。もっとも、Ｒの画素についてのみ感度を優先して画素５２の構造とし、Ｇの画素及びＢの画素についてスミア抑制を優先して画素５１の構造とする等も当然可能である。
尚、第２の反射防止膜１６ｂが転送領域１３と遮光膜６との間にまで延びて形成されていることにより、転送領域１３と遮光膜６との間の耐圧を向上する効果も得られる。
次に、固体撮像装置５０の製造方法について説明する。
まず、ｐ型シリコン基板１０の上部に、ｎ型半導体領域である光電変換領域１１と、同じくｎ型半導体領域である転送領域１３と、ｐ+ 型半導体領域である分離領域１２とを形成する。分離領域１２は、光電変換領域１１及び転送領域１３を一つずつ含む個々の画素の間を分離しており、各画素内において、光電変換領域１１と転送領域１３との間にはｐ型シリコン基板１０のｐ型半導体層である部分が読み出し領域として介在している。また、これらの各領域は、例えば不純物注入により形成することができる。
次に、光電変換領域１１、分離領域１２、転送領域１３及び読み出し領域上を覆うように、ＯＮＯ絶縁膜２１を形成する。
このためには、まず、一層目の絶縁膜として第１のシリコン酸化膜１４ａを形成する。これは、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vapor Deposition ）法により成長した後、その際の成長温度よりも高い温度による熱処理を加えた膜であることが好ましい。次に、第１のシリコン酸化膜１４ａ上に、２層目の絶縁膜としてシリコン窒化膜１５を形成する。これは、プラズマＣＶＤ法により形成することが好ましい。更に、シリコン窒化膜１５上に、３層目の絶縁膜として第２のシリコン酸化膜１４ｂを形成する。これは、例えばＬＰＣＶＤ法により形成することが好ましい。これらの工程により、ｐ型シリコン基板１０上に、シリコン酸化膜／シリコン窒化膜／シリコン酸化膜の積層構造、いわゆるＯＮＯ構造のＯＮＯ絶縁膜２１が形成される。
尚、該ＯＮＯ絶縁膜２１は、後の工程において形成する転送電極４の下方に配置されるものであるが、ＯＮＯ構造の膜であることは必須ではない。例えば、シリコン窒化膜１５及び第２のシリコン酸化膜１４ｂについては省略し、第１のシリコン酸化膜１４ａのみからなる単層の絶縁膜を設けても良い。
次に、ＯＮＯ絶縁膜２１上に、転送電極４を形成するためのポリシリコン層を形成する。続いて、レジスト形成、エッチング等の工程により、光電変換領域１１上の部分のポリシリコン層及びＯＮＯ絶縁膜２１を除去し、転送領域１３の上方に、ＯＮＯ絶縁膜２１を介して転送電極４をパターニングする。これにより、光電変換領域１１の上面は露出した状態となる。
次に、光電変換領域１１及び転送電極４を連続して覆う絶縁膜として、第３のシリコン酸化膜１４ｃを形成する。これは、ステップカバレッジが均一であり且つ膜厚の精密な制御が可能なＬＰＣＶＤ法により形成することが好ましい。
次に、第３のシリコン酸化膜１４ｃ上を覆うように、例えばプラズマＣＶＤ法を用いて、反射防止膜とするためのシリコン窒化膜を形成する。可視光域の感度向上のためには、厚さを５０ｎｍ程度にすることが好ましい。続いて、レジスト形成、エッチング等の工程により、光電変換領域１１上から転送電極４上にまで延在する第２の反射防止膜１６ｂと、光電変換領域１１上方に収まるように位置する（つまり、平面視した際に光電変換領域１１内に位置する。更には、後に形成する遮光膜６の開口部内に位置する）第１の反射防止膜１６ａとに分けてパターニングする。
ここで、プラズマエッチングを用いて光電変換領域１１上方に第１の反射防止膜１６ａをパターニングする場合、プラズマエッチング時のダメージにより、光電変換領域１１上において、シリコン界面付近に中間準位が形成されることが考えられる。このため、第１の反射防止膜１６ａを備える画素（図１の画素５１）においては、暗電流が増加する。この一方、転送電極４上にまで延在する第２の反射防止膜１６ｂを備える画素（図２の画素）においては、光電変換領域１１上ではパターニングしないため、中間準位の形成及びそれに伴う暗電流の増加は起らない。従って、画素によって（画素５１と画素５２との構造の違いによって）暗電流の大きさが異なることになる。
ここで、一般に、撮像素子の有効画素領域に、黒レベルの基準となる信号をとるために遮光された画素が設けられる。Optical Black（ＯＢ）部と呼ばれるこのような画素は、暗電流の大きい画素の構造、つまり、光電変換領域１１上方に収まるように第１の反射防止膜１６ａを有する画素５１の構造とするのが好ましい。
次に、第１の反射防止膜１６ａ及び第２の反射防止膜１６ｂ上を覆うように、例えばＬＰＣＶＤ法により、絶縁膜として第４のシリコン酸化膜１４ｄを形成する。
次に、遮光膜６を形成する。これは、例えばアルミニウム又はタングステンを材料とする膜をＣＶＤ法により形成した後、光電変換領域１１上方の部分をエッチング等により除去することにより形成する。これにより、光電変換領域１１上方に開口部を有し、該開口部において第１の反射防止膜１６ａ及び第２の反射防止膜１６ｂをそれぞれ露出させる遮光膜６とする。
次に、パッシベーション膜７を形成する。これは、遮光膜６と、光電変換領域１１上方に露出している第１の反射防止膜１６ａ及び第２の反射防止膜１６ｂとを覆うように形成される。ここで、転送電極４上と光電変換領域１１とでは下地に段差があるため、パッシベーション膜７は光電変換領域１１上方においてｐ型シリコン基板１０の側に窪んだ形状となる。
次に、パッシベーション膜７上に、平坦化層１７を形成する。これは、パッシベーション膜７よりも屈折率の大きい膜として形成することが好ましい。このようにすると、パッシベーション膜７が光電変換領域１１上方において窪みを有することから、平坦化層１７は下に凸となったレンズ効果を発揮することができる。つまり、ｐ型シリコン基板１０に近い位置に入射光を集光し、光電変換領域１１に入射する光を増加させることができる。この結果、感度を向上すると共に、転送領域１３の側に漏れ込む光を減少させてスミアを抑制することができる。
次に、平坦化層１７上に、入射光の色分離のためのカラーフィルタ１８を形成する。これは、リソグラフィ、エッチング等の半導体プロセスにより形成できる。続いて、カラーフィルタ１８上に、個々の光電変換領域１１に対応するように、マイクロレンズ１９を形成する。これにより、固体撮像装置５０に対する入射光を、各画素の光電変換領域１１に対して効率良く入射させることができる。マイクロレンズ１９を形成するためには、例えば、シリコン窒化膜を全面に形成した後、その上にレジストパターンを形成し、ドライエッチングによってシリコン窒化膜を成形する。
以上のような工程により、固体撮像装置５０を製造することができる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置５０ａについて説明する。図３は、固体撮像装置５０ａの要部を示す平面図である。
次に、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置５０ａについて説明する。図３は、固体撮像装置５０ａの要部を示す平面図である。
本実施形態の固体撮像装置５０ａは、第１の実施形態に係る固体撮像装置５０と類似した構造を有している。主な相違点は、Ｂの画素だけではなく、Ｒの画素及びＧの画素においても遮光膜６の開口部内に第１の反射防止膜１６ａを形成されている点である。つまり、固体撮像装置５０ａの場合、Ｂ、Ｇ及びＲの全ての画素が、光電変換領域１１上で且つ遮光膜６の開口部内に収まるように第１の反射防止膜１６ａが備えられた画素５１（図１を参照）の構造を有している。
また、転送電極４上には、反射防止膜２６ａと同じ材料からなる材料膜１６ｃが形成されている。
以上の構造を有する固体撮像装置５０ａの場合、Ｂ、Ｇ及びＲの全ての画素において、第１の実施形態においてＢの画素（画素５１）について説明したのと同様に、偽信号（スミア）を抑制する効果が得られる。つまり、転送電極４の側方における遮光膜６と光電変換領域１１との距離が、間に第１の反射防止膜１６ａを介在させていないことにより小さくなっており、この部分から転送領域１３の側に光が漏れ込むのを抑制している。
また、転送電極４と遮光膜６との間に材料膜１６ｃを有することにより、転送電極４と遮光膜６との間の耐圧が向上している。材料膜１６ｃは、例えば、第１の反射防止膜１６ａを形成するためにシリコン窒化膜等を光電変換領域１１上にパターニングする際、転送電極４上にパターニングすることにより形成できる。このようにすると、材料膜１６ｃを形成するために工程数を増加することなく固体撮像装置５０ａを製造することができる。
尚、第１の実施形態及び第２の実施形態において、いずれもＢ、Ｇ、Ｒの原色系カラーフィルタを形成する場合を説明したが、これには限らない。例えば、補色系のカラーフィルタを用いてもよい。このような場合も、対応する光の波長に応じてスミアの抑制を優先する構造（画素５１の構造）と感度の向上を優先する構造（画素５２の構造）とを設定することができる。
本発明の固体撮像装置によると、画素に応じて反射防止膜を形成することにより、スミアの低減と感度の向上とを画素毎に調整することができ、高品質な画像を得ることのできる固体撮像装置としても有用である。
４ 転送電極
６ 遮光膜
７ パッシベーション膜
１０ ｐ型シリコン基板
１１ 光電変換領域
１２ 分離領域
１３ 転送領域
１４ａ 第１のシリコン酸化膜
１４ｂ 第２のシリコン酸化膜
１４ｃ 第３のシリコン酸化膜
１４ｄ 第４のシリコン酸化膜
１５ シリコン窒化膜
１６ａ 第１の反射防止膜
１６ｂ 第２の反射防止膜
１６ｃ 材料膜
１７ 平坦化層
１８ カラーフィルタ
１９ マイクロレンズ
２１ ＯＮＯ絶縁膜
２６ａ 反射防止膜
４５ 入射角
５０ 固体撮像装置
５０ａ 固体撮像装置
５１ 画素
５２ 画素
６ 遮光膜
７ パッシベーション膜
１０ ｐ型シリコン基板
１１ 光電変換領域
１２ 分離領域
１３ 転送領域
１４ａ 第１のシリコン酸化膜
１４ｂ 第２のシリコン酸化膜
１４ｃ 第３のシリコン酸化膜
１４ｄ 第４のシリコン酸化膜
１５ シリコン窒化膜
１６ａ 第１の反射防止膜
１６ｂ 第２の反射防止膜
１６ｃ 材料膜
１７ 平坦化層
１８ カラーフィルタ
１９ マイクロレンズ
２１ ＯＮＯ絶縁膜
２６ａ 反射防止膜
４５ 入射角
５０ 固体撮像装置
５０ａ 固体撮像装置
５１ 画素
５２ 画素
Claims (8)
- 半導体基板の上部に設けられ、光電変換により電荷を生成する光電変換領域と、前記光電変換領域の側方で且つ前記半導体基板上に設けられた転送電極と、前記転送電極上を覆うと共に前記光電変換領域上に開口部を有する遮光膜とを備える画素が複数配列された固体撮像装置において、
少なくとも一つの前記画素において、前記光電変換領域上に、前記遮光膜と重なることを避けて前記開口部内に形成された反射防止膜を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項１の固体撮像装置において、
前記反射防止膜の外周端と、前記遮光膜の前記開口部内周端との距離は、５０ｎｍ以下であることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項１又は２の固体撮像装置において、
前記反射防止膜上及び前記転送電極上を覆い且つ前記遮光膜の下に形成された絶縁膜を更に備え、
前記反射防止膜の外周端と、前記遮光膜の前記開口部内周端との距離は、前記絶縁膜の膜厚以上であることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項１〜３のいずれか一つの固体撮像装置において、
前記光電変換領域の外周端から内側に向かって前記遮光膜が延びる距離は、前記光電変換領域上面から対向する前記遮光膜下面までの距離以上であることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項１〜４のいずれか一つの固体撮像装置において、
前記転送電極と前記遮光膜との間に、前記反射防止膜と同じ材料からなる材料膜を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項１〜４のいずれか一つの固体撮像装置において、
前記反射防止膜を含む画素とは異なる少なくとも一つの他の画素において、前記光電変換領域上に、前記転送電極上まで連続して形成された他の反射防止膜を備えることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項１〜６のいずれか一つの固体撮像装置において、
前記画素は、それぞれ、入射する光を色分離するためのカラーフィルタを備え、
前記開口部内に形成された前記反射防止膜を有する画素の前記カラーフィルタは、他の画素の前記カラーフィルタに比べて波長の短い光を透過するカラーフィルタであることを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項７の固体撮像装置において、
前記カラーフィルタは、赤色、緑色又は青色の何れかの波長の光を透過するカラーフィルタであり、
前記開口部内に形成された前記反射防止膜を有する画素の前記カラーフィルタは、青色の波長の光を透過するカラーフィルタであることを特徴とする固体撮像装置。
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