JP2014033052A - Solid state imaging element and electronic information equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の半導体素子で構成されたCMOSイメージセンサやCCDイメージセンサなどの固体撮像素子および、この固体撮像素子を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。 The present invention relates to a solid-state image pickup device such as a CMOS image sensor or a CCD image sensor configured by a plurality of semiconductor elements that photoelectrically convert image light from a subject and pick up an image, and an imaging unit using the solid-state image pickup device as an image input device. The present invention relates to an electronic information device such as a digital camera such as a digital video camera and a digital still camera, an image input camera such as a surveillance camera, a scanner device, a facsimile device, a television phone device, and a camera-equipped mobile phone device.
近年、高感度の固体撮像素子として、裏面照射型の固体撮像素子の開発が進められている。この裏面照射型の固体撮像素子は、シリコン基板の表面側に回路素子や配線回路などを形成し、シリコン基板の裏面側より光を入射させて撮像を行うよう構成したものである。 In recent years, a back-illuminated solid-state image sensor has been developed as a highly sensitive solid-state image sensor. This back-illuminated solid-state imaging device is configured such that a circuit element, a wiring circuit, or the like is formed on the surface side of a silicon substrate, and light is incident from the back side of the silicon substrate to perform imaging.
このような従来の固体撮像素子では、マイクロレンズから光電変換素子までの距離を近くでき、かつ、配線などの制約がなくなる。このため、光が光電変換領域により多く入射できるようになる。また、この従来の構成では、裏面側のマイクロレンズやカラーフィルタから光電変換領域まで膜構成を比較的自由に設計できるため、様々な裏面の膜構成の技術が公開されている。 In such a conventional solid-state imaging device, the distance from the microlens to the photoelectric conversion device can be reduced, and restrictions on wiring and the like are eliminated. For this reason, more light can enter the photoelectric conversion region. In addition, in this conventional configuration, since the film configuration can be designed relatively freely from the micro lens or color filter on the back side to the photoelectric conversion region, various technologies for the film configuration on the back side are disclosed.
特許文献1では、裏面側に負の固定電荷を有する膜を形成して暗電流を抑制する技術が公開されている。このとき、負の固定電荷を有する膜は屈折率が高いHfO2(屈折率2.05)、Ta2O5(屈折率2.16)、TiO2(屈折率2.20)にするとシリコン界面での反射防止効果があることが示されている。
また、特許文献2では、p型アモルファスシリコンの化合物にp型不純物をドープすることにより暗電流を抑制する技術が公開されている。
図9は、特許文献1に開示されている従来の裏面照射型の固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
FIG. 9 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of a conventional back-illuminated solid-state imaging device disclosed in
図9に示すように、裏面照射型の固体撮像素子100は、素子分離領域101で素子分離された状態で光電変換が行われる複数のフォトダイオード102および正電荷蓄積領域103がマトリクス状に形成された半導体層104と、少なくともフォトダイオード102および正電荷蓄積領域103が形成された領域の半導体層104上に形成された負の固定電荷を有する第1の膜105と、この負の固定電荷を有する第1の膜105上に形成された、負の固定電荷を有する第1の膜105とは異なる材料からなる、負の固定電荷を有する第2の膜106とを有している。
As shown in FIG. 9, the back-illuminated solid-
フォトダイオード部107に外周側に隣接して周辺回路部108が設けられ、第2の膜106上に絶縁膜109を介して遮光膜110が周辺回路部108の上方を覆うように形成されている。これらの絶縁膜109および遮光膜110上を平坦化する平坦化膜111が形成され、その上に、各フォトダイオード102にそれぞれ対応するように所定色配列のカラーフィルタ112およびその上の集光用のマイクロレンズ113がそれぞれ形成されている。
A
これらのマイクロレンズ113の反対面側には、MOSトランジスタTr1のゲート電極114が形成され、さらに下方に金属配線による配線層115が形成されている。ここでは、3層の配線層115を示している。ゲート電極114および各層の配線層115の間は層間絶縁層116によって絶縁されている。この絶縁層116は、図示しない支持基板によって支持されている。
A
このフォトダイオード102上の正電荷蓄積領域103上に設けられた第1の膜105およびこの上の第2の膜106によって、暗電流を抑制すると共に、負の固定電荷を有する膜105,106の特性の制約を緩和することができる。
The
図10は、特許文献2に開示されている従来の裏面照射型の固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
FIG. 10 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of a conventional back-illuminated solid-state imaging device disclosed in
図10に示すように、裏面照射型の固体撮像素子200は、半導体基板201上に光電変換部202および信号走査回路部203を含む複数の画素204が配置される撮像領域を備えている。この撮像領域では、複数の光電変換部202が画素分離用のp型半導体層205によって画素分離されている。
As shown in FIG. 10, the back-illuminated solid-
信号走査回路部203の基板表面側には、信号走査回路形成面側の半導体基板201上に設けられる層間絶縁膜206中に形成される増幅トランジスタ(図示せず)および配線層207を有している。
On the substrate surface side of the signal scanning circuit portion 203, an amplification transistor (not shown) formed in an interlayer
この信号走査回路部203が形成される半導体基板201の表面とは反対側の基板裏面側には、基板表面部のホール蓄積層208が形成されている。この基板裏面の光照射面側の半導体基板201上には、シリコン酸化膜209と、シリコン酸化膜209上に設けられるp型アモルファスシリコン化合物層210(a−SiC(p)層)と、その上の平坦化層211(SiO2膜)と、平坦化層211上に設けられた層間絶縁膜212中の色フィルタCFと、層間絶縁膜212上のマイクロレンズ213とを有している。
On the back side of the substrate opposite to the surface of the
光照射面側の半導体基板201とシリコン酸化膜209との界面BF近傍に、p型アモルファスシリコン化合物層210によりホール蓄積層208が形成されている。これによって、光照射面側の空乏化を防止して、暗電流を低減することができる。
A
特許文献1、2では、暗電流の抑制のための裏面膜構成について説明したが、裏面側の反射防止機能について説明する。
In
図11は、従来の裏面照射型の固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。 FIG. 11 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of a conventional back-illuminated solid-state imaging device.
図11に示すように、従来の裏面照射型の固体撮像素子300は、マイクロレンズ301からカラーフィルタ302を通過して集光された入射光が層間絶縁膜303から反射防止膜として作用するSiN膜304さらに絶縁膜305を通してPウェル層306の裏面側から入射する。Pウェル層306の裏面側からの入射光は、Pウェル層306内の表面側にあるフォトダイオード306に集光する。
As shown in FIG. 11, the conventional back-illuminated solid-
Pウェル層305内のフォトダイオード306間の表面上には絶縁膜を介して電荷読み出用の配線回路309が配設されている。
On the surface between the
層間絶縁膜303はその屈折率が1.3〜1.6で、SiN膜304はその屈折率が2.0であり、Pウェル層306のSi層の屈折率は4.0である。層間絶縁膜303とPウェル層306との間の屈折率差からそれらの間にSiN膜304の屈折率が2.0を介在させることにより入射光の反射防止機能をSiN膜304に発揮させている。
The interlayer
特許文献1、2に開示されている上記従来の裏面照射型の固体撮像素子100,200では、暗電流の抑制のために、裏面照射型の光入射側の膜が構成され、光の入射効率もそれに合わせて調整されている。しかし、市場からは感度の向上が強く求められている。
In the conventional back-illuminated solid-
特許文献2に開示されている上記従来の裏面照射型の固体撮像素子200では、p型アモルファスシリコン化合物層210(a−SiC(p)層)が半導体基板201の照射面上に設けられているが、ここではp型不純物ドープされている。p型不純物ドープの代わりにn型不純物ドープであっても不純物をドープすると、光の吸収が激しくなる。ここでは、入射光の吸収による光量を犠牲にして暗電流を抑えている。これでは受光感度に問題が生じる。
In the conventional backside illumination type solid-
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、入射光の反射と吸収を更に抑えた高感度な固体撮像素子および、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and is a highly sensitive solid-state imaging device that further suppresses reflection and absorption of incident light, and a mobile phone with a camera using the solid-state imaging device as an image input device in an imaging unit, for example. An object is to provide an electronic information device such as a telephone device.
本発明の固体撮像素子は、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が2次元状に配設された固体撮像素子であって、該複数の受光部のそれぞれの上方に、反射防止用のシリコンカーバイド膜が第1透明絶縁膜として形成されているものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device in which a plurality of light receiving units that photoelectrically convert incident light to form an image is two-dimensionally arranged, and an antireflection is provided above each of the plurality of light receiving units. The silicon carbide film for use is formed as the first transparent insulating film, thereby achieving the above object.
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるシリコンカーバイド膜は、その反射率が、入射光の特定波長の、膜厚に応じた周期の極小値となる膜厚に形成されている。 Preferably, the silicon carbide film in the solid-state imaging device of the present invention is formed to have a film thickness at which the reflectance is a minimum value of a period corresponding to the film thickness of a specific wavelength of incident light.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるシリコンカーバイド膜の膜厚は30nm以上100nmまたは200nm以下の厚さに形成されている。 Further preferably, the silicon carbide film in the solid-state imaging device of the present invention is formed to a thickness of 30 nm or more and 100 nm or 200 nm or less.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるシリコンカーバイド膜と半導体基板との間に0を超え30nm以下の膜厚で酸化シリコン膜または窒素より酸素の含有量が多い酸窒化シリコン膜が形成されている。 Further preferably, a silicon oxide film or a silicon oxynitride film having a thickness of more than 0 and not more than 30 nm and containing more oxygen than nitrogen is formed between the silicon carbide film and the semiconductor substrate in the solid-state imaging device of the present invention. ing.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるシリコンカーバイド膜のIII族の不純物はノンドープであるかまたは0を超え1×1017cm−3未満の不純物濃度に形成されている。 Further preferably, the group III impurities of the silicon carbide film in the solid-state imaging device of the present invention are non-doped or formed to an impurity concentration of more than 0 and less than 1 × 10 17 cm −3 .
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるシリコンカーバイド膜のV族の窒素を除く該V族の不純物はノンドープであるかまたは0を超え1×1017cm−3未満の不純物濃度に形成されている。 Still preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, the Group V impurities other than the Group V nitrogen in the silicon carbide film are non-doped or formed at an impurity concentration exceeding 0 and less than 1 × 10 17 cm −3. ing.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるシリコンカーバイド膜の不純物の窒素はノンドープであるかまたは0を超え1×1017cm−3未満の不純物濃度に形成されている。 Further, preferably, the impurity nitrogen of the silicon carbide film in the solid-state imaging device of the present invention is non-doped or formed to an impurity concentration of more than 0 and less than 1 × 10 17 cm −3 .
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるシリコンカーバイド膜上に窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜が形成されている。 Further preferably, a silicon nitride film or a silicon oxynitride film is formed on the silicon carbide film in the solid-state imaging device of the present invention.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるシリコンカーバイド膜とその上の前記窒化シリコン膜または前記酸窒化シリコン膜の合計の膜厚が30nm以上100nmまたは200nm以下の厚さに形成されている。 Further preferably, the total thickness of the silicon carbide film and the silicon nitride film or the silicon oxynitride film thereon is formed to a thickness of 30 nm to 100 nm or 200 nm or less in the solid-state imaging device of the present invention.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記シリコンカーバイド膜が形成されるかまたは、該シリコンカーバイド膜およびその上の窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜を合わせた膜が形成され、その形成された膜上に酸化シリコン膜または窒素より酸素の含有量の多い酸窒化シリコンの第2透明絶縁膜が形成され、該第2透明絶縁膜上に窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜の第3透明絶縁膜が形成されている。 Further preferably, in the solid-state imaging device of the present invention, the silicon carbide film is formed or a film formed by combining the silicon carbide film and the silicon nitride film or silicon oxynitride film thereon is formed. A silicon oxide film or a second transparent insulating film of silicon oxynitride having a higher oxygen content than nitrogen is formed on the formed film, and a third transparent insulating film of silicon nitride film or silicon oxynitride film is formed on the second transparent insulating film. An insulating film is formed.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第2透明絶縁膜および前記第3透明絶縁膜は、半導体基板の歪または応力を緩和して暗電流または白点欠陥を最適化する膜厚に形成されている。 Further preferably, the second transparent insulating film and the third transparent insulating film in the solid-state imaging device of the present invention are formed to have a film thickness that optimizes dark current or white spot defects by relaxing strain or stress of the semiconductor substrate. Has been.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第2透明絶縁膜の膜厚は30nm以上200nm以下である。 Further preferably, the thickness of the second transparent insulating film in the solid-state imaging device of the present invention is 30 nm or more and 200 nm or less.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における第3透明絶縁膜の膜厚は30nm以上500nm以下である。 Further preferably, the film thickness of the third transparent insulating film in the solid-state imaging device of the present invention is not less than 30 nm and not more than 500 nm.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるシリコンカーバイド膜上または、該シリコンカーバイド膜およびその上の窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜上、または、酸化シリコン膜または酸窒化シリコン膜の第2透明絶縁膜上、または、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜の第3透明絶縁膜上、または該第2透明絶縁膜および該第3透明絶縁膜の間に、遮光用または混色低減用の金属層が形成されている。 Further preferably, the second transparent of the silicon carbide film, the silicon carbide film and the silicon nitride film or silicon oxynitride film thereon, or the silicon oxide film or the silicon oxynitride film on the silicon carbide film in the solid-state imaging device of the present invention. On the insulating film, or on the third transparent insulating film of the silicon nitride film or the silicon oxynitride film, or between the second transparent insulating film and the third transparent insulating film, there is a metal layer for light shielding or color mixing reduction. Is formed.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、半導体基板の第1面側に前記受光部から信号電荷を読み出すための配線回路を有し、該半導体基板の第2面側から入射された光を光電変換する裏面照射型固体撮像素子である。 Further preferably, in the solid-state imaging device according to the present invention, the first surface side of the semiconductor substrate has a wiring circuit for reading signal charges from the light receiving unit, and the light incident from the second surface side of the semiconductor substrate. Is a back-illuminated solid-state imaging device that performs photoelectric conversion.
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるCMOS型固体撮像素子またはCCD型固体撮像素子である。 Furthermore, a CMOS solid-state image sensor or a CCD solid-state image sensor in the solid-state image sensor of the present invention is preferable.
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。 The electronic information device of the present invention uses the solid-state imaging device of the present invention as an image input device in an imaging unit, and thereby achieves the above object.
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。 With the above configuration, the operation of the present invention will be described below.
本発明においては、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部が2次元状に配設された固体撮像素子であって、複数の受光部のそれぞれの上方に、反射防止用のシリコンカーバイド膜が第1透明絶縁膜として形成されている。 In the present invention, a plurality of light receiving portions that photoelectrically convert incident light to image two-dimensionally are solid-state imaging devices, and an antireflection silicon carbide is provided above each of the plurality of light receiving portions. The film is formed as a first transparent insulating film.
これによって、複数の受光部のそれぞれの直上を含む上方に、反射防止用のシリコンカーバイド膜が形成され、反射防止用の高屈折率(組成によるが一般的には約2.65)のシリコンカーバイド膜により入射光の反射と吸収を更に抑えた高感度な固体撮像素子を得ることが可能となる。 As a result, a silicon carbide film for antireflection is formed on the upper side including each of the plurality of light receiving portions, and silicon carbide having a high refractive index (generally about 2.65 depending on the composition) for antireflection. It is possible to obtain a highly sensitive solid-state imaging device in which reflection and absorption of incident light are further suppressed by the film.
以上により、本発明によれば、複数の受光部のそれぞれの直上を含む上方に、反射防止用の高屈折率(2.65)のシリコンカーバイド膜が設けられていることにより入射光の反射と吸収を更に抑えた高感度な固体撮像素子を得ることができる。 As described above, according to the present invention, since a silicon carbide film having a high refractive index (2.65) for prevention of reflection is provided above the plurality of light receiving portions, the incident light is reflected. A highly sensitive solid-state imaging device in which absorption is further suppressed can be obtained.
以下に、本発明の固体撮像装置の実施形態1、2および、この固体撮像装置の実施形態1、2を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態3について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
Embodiments 1 and 2 of the solid-state imaging device of the present invention, and implementation of an electronic information device such as a mobile phone device with a camera using the
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1における固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing an exemplary configuration of a main part of a solid-state imaging device according to
図1において、本実施形態1の固体撮像素子1は、半導体基板としてのシリコン基板のPウェル層2の表面側に、被写体からの入射光を光電変換して撮像する複数の受光部3(複数のフォトダイオード)が2次元状でマトリクス状に配設されている。各受光部3間のPウェル層2の表面上には、絶縁膜4を介して各画素の電荷読出用の回路素子を含む配線回路5が配設されている。各配線回路5上を埋め込むように層間絶縁膜6が配設されている。
In FIG. 1, a solid-
このPウェル層2の裏面側には、絶縁膜7を介して反射防止用のシリコンカーバイド膜8(SiC膜)が配設され、シリコンカーバイド膜8上に平坦化膜9を介して所定色配列(例えばベイヤ配列)のカラーフィルタ10が配設されている。さらに、カラーフィルタ10上を埋め込んで表面を平坦化する平坦化膜11を介して、各受光部3に対して入射光を集光させるマイクロレンズ12が配設されている。これらのカラーフィルタ10およびマイクロレンズ12はそれぞれ各受光部3毎に対応して配置されている。
An antireflection silicon carbide film 8 (SiC film) is disposed on the back surface side of the
シリコンカーバイド膜8(SiC膜)は、その厚さを反射防止用に調整して形成されている。シリコンカーバイド膜8は、組成などで変化するが、その屈折率は大体2.65付近で屈折率が高い。従来からよく用いられている窒化シリコン膜(SiN膜)の2.0や酸窒化シリコン膜(SiON膜)の1.95程度と比べて圧倒的に屈折率が高い。
The silicon carbide film 8 (SiC film) is formed by adjusting its thickness for antireflection. Although the
これだけではなく、シリコンカーバイド膜8(SiC膜)は、屈折率が高いために入射光の反射を抑えるとされているHfO2(屈折率2.05)、Ta2O5(屈折率2.16)、TiO2(屈折率2.20)に比べてもさらに屈折率が高い。このため、半導体基板を形成するシリコン層(Si層)は、高屈折率の約4.0に近いため (可視光領域では波長によって屈折率が変化する)、平坦化膜9の屈折率1.6とシリコン層(Si層)の屈折率4.0との間に 従来のように屈折率2.0の窒化シリコン膜(SiN膜)を反射防止用に設けるよりも、これよりも高い屈折率2.65のシリコンカーバイド膜8(SiC膜)を反射防止用に設ける方がシリコンカーバイド膜8(SiC膜)の界面での反射を抑えることができる。
In addition to this, the silicon carbide film 8 (SiC film) has a high refractive index, so that reflection of incident light is considered to be suppressed. HfO 2 (refractive index 2.05), Ta 2 O 5 (refractive index 2.16). ) And TiO 2 (refractive index 2.20), the refractive index is even higher. For this reason, since the silicon layer (Si layer) forming the semiconductor substrate is close to a high refractive index of about 4.0 (the refractive index changes depending on the wavelength in the visible light region), the refractive index of the
シリコンカーバイド膜8は多重干渉効果によって膜厚に応じて周期的に反射率が変化する。そこで、入射光の特定波長の、膜厚に応じた周期の極小値となる膜厚に形成する。特定波長は可視光の波長で考えればよく、それで計算すると、シリコンカーバイド膜8の膜厚は、30nm以上100nm(λ/4、λは波長)または200nm(3λ/4のとき、λは波長)以下の厚さに形成することが望ましい。シリコンカーバイド膜8の膜厚が30nmよりも薄い場合には反射防止効果が大幅になくなる。シリコンカーバイド膜8の膜厚が100nmよりも厚い場合には膜厚による光吸収が大きくなり過ぎる。通常は、シリコンカーバイド膜8は、輝度に最も寄与する緑色の反射率が極小値となる膜厚に形成する。この場合、赤色や青色に対しては反射率が最適にはならない。ここで波長λとは該膜内での波長を意味し、真空中の波長に対して該膜の屈折率で割ったものを意味する。
The reflectance of the
一方、青色光の反射率が最小となる膜厚で形成すると、本来の受光感度を上げることが困難な青色感度を高めることができる。さらに、赤色光の受光感度、さらには、赤外光の受光感度が必要となる場合があり、そのときは、赤色光または赤外光の反射率が極小値となる膜厚で形成すればよい。 On the other hand, when the film is formed with a film thickness that minimizes the reflectance of blue light, it is possible to increase the blue sensitivity, which is difficult to increase the original light receiving sensitivity. Furthermore, red light reception sensitivity and further infrared light reception sensitivity may be required. In such a case, the film may be formed with a film thickness at which the reflectance of red light or infrared light becomes a minimum value. .
シリコンカーバイド膜8の反射率は、各色光が4分の1波長かまたは4分の3波長のときに周期的に極小値となる。各色光の4分の1波長のときは、各色光の4分の1波長のときに比べるとシリコンカーバイド膜8の膜厚が厚くなってその分だけ光透過性が損なわれるので、各色光の4分の1波長のときが最適値になる。赤色光の半波長が55nm、緑色光の半波長が45nm、青色光の半波長が35nmである。ここでは、緑色光に合わせているため、シリコンカーバイド膜8の膜厚は45nmに設定して形成される。
The reflectance of the
反射防止膜として機能するシリコンカーバイド膜8を、半導体基板のPウェル層2内の受光部3(電荷蓄積領域)や画素を駆動する配線回路5などが光の入射側の反対側に設けられている裏面照射型の固体撮像素子1に適用することができる。受光部3の電荷蓄積領域としては、一般的な電子を蓄えるn型で説明しているが、正孔を蓄えるp型であっても利用できる。
A
このとき、シリコンカーバイド膜8のIII族(ホウ素BやアルミニュウムAlなど)やV族(隣Pや窒素N、砒素As)の不純物ドープ量を抑え、不純物ドープ量が0以上1×1017cm−3未満または以下とすることにより、光の吸収を抑制することができる。特に、シリコンカーバイド膜8に1×1017cm−3未満または以下の不純物ドープ量があってもよいが、より望ましくは、ノンドープ、即ち不純物ドープ量が0である。
At this time, the impurity doping amount of group III (such as boron B or aluminum Al) or group V (neighboring P, nitrogen N, arsenic As) of the
要するに、シリコンカーバイド膜8のIII族の不純物はノンドープまたは不純物濃度が0を超え1×1017cm−3未満または以下に形成する。また、シリコンカーバイド膜8のV族の窒素Nを除くV族の不純物はノンドープまたは不純物濃度が0を超え1×1017cm−3未満または以下に形成する。さらに、シリコンカーバイド膜8の窒素Nの濃度はノンドープまたは0を超え1×1017cm−3未満または以下に形成する。
In short, the group III impurities of the
特に、III族のホウ素BはアルミニュウムAlに比べて帯電するので暗電流を抑制できるものの、その分、光を吸収してしまう。アルミニュウムAlはSiの半導体基板に達すると暗電流の原因になってしまう。また、V族の隣P、窒素Nおよび砒素Asはいずれも暗電流抑制に効果はあるものの、光を吸収してしまう。V族の窒素Nは、シリコンカーバイドと親溶性がよく容易に不純物ドープされる。これによって、窒素Nによって光を吸収してしまう。要するに、不純物ドープによって暗電流は抑制できるが、光透過性は悪化するため、ここでは、不純物はノンドープとするが、不純物例えばIII族のホウ素BまたはV族の隣Pをシリコンカーバイド膜8にドープしたとしても最小限度の不純物濃度が1×1017cm−3未満または以下としている。
In particular, group III boron B is charged as compared with aluminum Al, so that dark current can be suppressed, but light is absorbed accordingly. When aluminum Al reaches the Si semiconductor substrate, it causes dark current. In addition, the P next to the group V, the nitrogen N, and the arsenic As all have the effect of suppressing dark current, but absorb light. Group V nitrogen N has good solubility with silicon carbide and is easily doped with impurities. As a result, light is absorbed by the nitrogen N. In short, the dark current can be suppressed by doping impurities, but the light transmittance is deteriorated. Therefore, here, the impurities are non-doped. However, impurities such as boron B of group III or P adjacent to group V are doped into the
半導体基板のPウェル層2上の裏面側には絶縁膜7が設けられている。即ち、シリコンカーバイド膜8とシリコン基板との間に30nm以下の膜厚で絶縁膜7として酸化膜(SiO2膜)または窒素より酸素の含有量が多い酸窒化シリコン膜(SiON膜)が形成されている。
An insulating
要するに、Pウェル層2上に30nm以下の酸化シリコン膜(SiO2膜)または窒素より酸素の含有量の多い酸窒化シリコン膜(SiON膜)を絶縁膜7として形成することにより、シリコン界面に生じる界面準位の密度を下げている。膜形成方法は熱酸化が最も望ましいが、酸化シリコン膜を堆積する方法を用いてもよい。また、SOI基板を用いる方法により形成してもよい。なお、光の反射を最小限にするためにはこの膜は薄いほうが望ましく、暗電流や白点欠陥が抑えられるなら、絶縁膜7は除去した方がよい。
In short, a silicon oxide film (SiO 2 film) having a thickness of 30 nm or less or a silicon oxynitride film (SiON film) containing more oxygen than nitrogen is formed as an insulating
シリコンカーバイド膜8上には平坦化または密着性を上げる平坦化層9を形成する。これはアクリル系などの材料をスピンコートにて形成してもよいし、平坦化層9として酸化シリコン膜(SiO2膜)または酸窒化シリコン膜(SiON膜)などを堆積させるようにしてもよい。
A
以上の説明をさらに整理して説明する。 The above description will be further organized and described.
本実施形態1の固体撮像素子1では、屈折率の高いシリコン界面での反射を低減するために、高屈折率(2.65)のシリコンカーバイド膜8をシリコン基板のPウェル層2の裏面上に形成し、膜厚を多重干渉効果が最適にするため、シリコンカーバイド膜8の反射率が、入射光の特定波長の、膜厚に応じた周期の極小値となる膜厚にて形成する。そのとき望ましくは、シリコンカーバイド膜8のIII族またはV族の不純物のドープを抑え、不純物濃度を0を超え1×1017cm−3未満または以下とする。III族(13族)の元素で代表的なものはホウ素BやアルミニュウムAlなどである。V族(15族)の元素で代表的なものは窒素NやリンPなどである。これらの元素がシリコンカーバイド膜8内に入ると不純物準位が形成され、光が吸収されてしまう。このため可能ならノンドープが望ましい。特に、混入しやすい窒素Nの濃度のコントロールが重要である。この結果、本実施形態1によって反射率を低減し、シリコンカーバイド膜8での光吸収を抑えて受光感度の高い固体撮像素子1を得ることができる。
In the solid-
また、好ましくは、反射率を低減し光吸収を抑えるために、シリコンカーバイド膜8の膜厚は30nm以上100nm以下の厚さに形成することにより反射率が極小となる。また、好ましくは第1透明絶縁膜としてのシリコンカーバイド膜8と半導体基板の間に0を超え30nm以下の酸化シリコン膜または窒素より酸素の含有量の多い酸窒化シリコン膜からなる絶縁膜7を形成することにより、シリコン界面に生じる界面準位の密度を下げ、暗電流の発生が抑制でき、受光感度向上と両立できる。
Preferably, the
以上により、本実施形態1によれば、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部3が2次元状に配設された固体撮像素子1において、複数の受光部3のそれぞれの直上を含む上方に、反射防止用のシリコンカーバイド膜8が第1透明絶縁膜として形成されている。これによって、反射防止用の高屈折率(2.65)のシリコンカーバイド膜8により入射光の反射と光吸収が抑えられて各受光部3に至る光量が増加することから高受光感度とすることができる。
As described above, according to the first embodiment, in the solid-
(実施形態2)
上記実施形態1では、各受光部3の上方に反射防止用の高屈折率のシリコンカーバイド膜8が設けられた場合について説明したが、本実施形態2では、シリコンカーバイド膜8の代わりに、後述のシリコンカーバイド膜8Aおよびその上の窒化シリコンまたは酸窒化シリコン膜13を設けて屈折率を順次変化させて反射防止を図る場合について説明する。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the case where the high-refractive-index
図2は、本発明の実施形態2における固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図2では、図1の構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing an example of the configuration of the main part of a solid-state imaging device according to
図2において、本実施形態2の固体撮像素子1Aは、シリコン基板のPウェル層2の表面側に、入射光を光電変換して撮像する複数のフォトダイオードとしての複数の受光部3が2次元状でマトリクス状に配設されている。隣接する各受光部3間のPウェル層2の表面上には、絶縁膜4を介して各画素の電荷読出用の回路素子を含む配線回路5が配設されている。各配線回路5上を埋め込むように層間絶縁膜6が配設されている。
In FIG. 2, the solid-
Pウェル層2の裏面側には、絶縁膜7を介して反射防止および光透過用のシリコンカーバイド膜8A(SiC膜)が形成され、その上に窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13が形成されている。シリコンカーバイド膜8Aと窒化シリコンまたは酸窒化シリコン膜13との合計の膜厚は30nm以上100nm以下の厚さに形成される。したがって、本実施形態2のシリコンカーバイド膜8Aの膜厚は、上記実施形態1のシリコンカーバイド膜8の膜厚に比べて薄く構成することができる。要するに、上記実施形態1のシリコンカーバイド膜8の膜厚の30nm以上100nm以下の厚さのうちの一部を窒化シリコンまたは酸窒化シリコン膜13に充てることができる。シリコンカーバイド膜8Aと窒化シリコンまたは酸窒化シリコン膜13との合計膜厚は、上記実施形態1のシリコンカーバイド膜8の膜厚に比べて厚くなることはない。
On the back side of the
その上に平坦化膜9を介して所定色配列(例えばベイヤ配列)のカラーフィルタ10、さらに、その上に平坦化膜11を介して、各受光部3に対して入射光を集光させるマイクロレンズ12を各受光部3毎に対応して形成している。
Further, a
シリコンカーバイド膜8A(SiC膜)は、屈折率が2.65で、その厚さを反射防止用に調整して形成されている。シリコンカーバイド膜8Aの屈折率2.65は、窒化シリコン膜(SiN膜)の2.0や酸窒化シリコン膜(SiON)の1.95程度と比べて圧倒的に屈折率が高い。
The
シリコンカーバイド膜8A上でシリコンカーバイド膜8Aに接する状態で窒化シリコン膜(SiN膜)または酸窒化シリコン膜13(SiON膜)が形成されている。これによって、下から上に、屈折率の高いシリコン、シリコンカーバイド、窒化シリコン膜または酸窒化シリコンの各膜材料の順番に形成されている。これによって、窒化シリコン膜の屈折率2.0または酸窒化シリコン膜の屈折率1.95からシリコンカーバイド膜8Aの屈折率2.65を介してシリコン基板の屈折率4.0に屈折率が順次軽減されて変化する。この屈折率変化が急峻なところで起こる界面反射を抑えることができて、シリコンカーバイド膜8Aおよび窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13によってシリコン基板への光透過性を向上させることができる。要するに、上下の各層で屈折率変化が大きいほど反射光が増えて光透過性が悪化することになる。
A silicon nitride film (SiN film) or a silicon oxynitride film 13 (SiON film) is formed on the
以上により、本実施形態2によれば、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部3が2次元状に配設された固体撮像素子1Aにおいて、複数の受光部3のそれぞれの直上を含む上方に、反射防止用のシリコンカーバイド膜8Aが第1透明絶縁膜として形成され シリコンカーバイド膜8A上に接触するように窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13を形成し、シリコンカーバイド膜8Aと、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13の合計の膜厚が30nm以上100nm以下の厚さに形成されている。これによって、シリコン基板までの屈折率をさらに細かく段階的に変えることができて、より反射を抑制して高受光感度とすることができる。
As described above, according to the second embodiment, in the solid-
(実施形態3)
上記実施形態1では、各受光部3の上方に反射防止用の高屈折率のシリコンカーバイド膜8が設けられた場合について説明し、上記実施形態2では、各受光部3の上方にシリコンカーバイド膜8Aおよびその上の窒化シリコンまたは酸窒化シリコン膜13を設けて屈折率を順次変化させて反射防止を図る場合について説明し、本実施形態3では、各受光部3の上方にシリコンカーバイド膜8Bまたは、シリコンカーバイド膜8Bおよびその上の窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13を合わせた膜を形成し、その形成された膜上に酸化シリコン膜または窒素より酸素の含有量の多い酸窒化シリコン膜の後述の第2透明絶縁膜14を応力緩和用に形成し、第2透明絶縁膜14上に窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜の後述の第3透明絶縁膜13を形成する場合について説明する。
(Embodiment 3)
In the first embodiment, a case where a high-refractive-index
図3は、本発明の実施形態3における固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。図4(a)は、図3の固体撮像素子における中央の受光画素領域とその周辺の遮光画素領域の境界部分の縦断面図、図4(b)は、図4(a)の境界部分における変形例を示す縦断面図である。図4(a)および図4(b)では、遮光金属膜にて遮光画素を形成する際の膜構成の事例を示している。図4(b)では遮光膜である金属層15のエッチングによる形状形成時にその直下の応力緩和用の第2透明絶縁膜14が削られて第2透明絶縁膜14Aに薄くなっている。なお、図3および図4では、図1の構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。
FIG. 3 is a vertical cross-sectional view schematically showing an exemplary configuration of a main part of a solid-state imaging device according to
図3および図4(a)において、本実施形態3の固体撮像素子1Bは、シリコン基板のPウェル層2の表面側に、入射光を光電変換して撮像する複数のフォトダイオードとしての複数の受光部3が2次元状でマトリクス状に配設されている。隣接する各受光部3間のPウェル層2の表面上には、絶縁膜4を介して各画素の電荷読出用の回路素子を含む配線回路5が配設されている。各配線回路5上を埋め込むように層間絶縁膜6が配設されている。
3 and 4A, the solid-
Pウェル層2の裏面側には、絶縁膜7を介して反射防止用のシリコンカーバイド膜8B(SiC膜)を第1透明絶縁膜として形成し、その上に、酸化シリコン膜(SiO2膜)または窒素より酸素の含有量の多い酸窒化シリコン膜(SiON膜)の応力緩和層としての第2透明絶縁膜14を形成し、さらにその上に窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13を第3透明絶縁膜として形成し、シリコンカーバイド膜8Bと窒化シリコンまたは酸窒化シリコン膜13との合計の膜厚は30nm以上100nm以下の厚さに形成する。
A
その上に平坦化膜9を介して所定色配列(例えばベイヤ配列)のカラーフィルタ10、さらに、その上に平坦化膜11を介して、各受光部3に対して入射光を集光させるマイクロレンズ12を各受光部3毎に対応して形成している。
Further, a
上記の通り、シリコンカーバイド膜8Bと窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13は光反射防止機能を最適化して光透過性を最適化し、これによって受光感度を最適化する膜厚で形成される。
As described above, the
ところが、その膜厚では、シリコン(Si)の持つ引張応力を緩和し、シリコン基板への金属コンタミネーションを抑制することができない可能性がある。特に、図4(a)に示す受光画素領域の周辺の遮光画素領域に金属層15を形成することからシリコン基板に引張応力が発生する。そこで、本実施形態3では、それらを解決するために応力緩和層として、シリコンカーバイド膜8Bと窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13の間に、酸化シリコン膜(SiO2膜)または窒素より酸素の含有量の多い酸窒化シリコン膜(SiON膜)の第2透明絶縁膜14を形成している。
However, with this film thickness, there is a possibility that the tensile stress of silicon (Si) can be relaxed and metal contamination to the silicon substrate cannot be suppressed. In particular, since the
このように、第1透明絶縁膜としてのシリコンカーバイド膜8B上に酸化シリコン膜または窒素より酸素の含有量の多い酸窒化シリコン膜の第2透明絶縁膜14を積層している。その上に第3透明絶縁膜として窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13を形成している。これによって、第1透明絶縁膜であるシリコンカーバイド膜8Bの多重反射の最適化の効果を確実に維持し、かつマイクロレンズ12と半導体基板のPウェル層2間の距離を必要以上に延ばすことを防ぎ、受光感度の劣化や混色を防ぐことができる。このとき、応力緩衝用の第2透明絶縁膜14の膜厚は十分な膜厚が必要であり、その膜厚が20nmではシリコンカーバイド膜8Bと窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13の間の距離が近すぎて反射が起こるのと応力緩和効果も少ないことから、その膜厚を30nm以上500nm以下、好ましくは30nm以上200nm以下とし、ここでは70nmにて応力緩衝用の第2透明絶縁膜14を形成している。応力緩衝用の第2透明絶縁膜14が500nmを超えると、応力緩衝効果はあるものの、膜厚が厚い分だけ光透過性が悪化する。要するに、金属層15,16の反る方向に対して、酸化シリコン膜(SiO2膜)または窒素より酸素の含有量の多い酸窒化シリコン膜(SiON膜)の第2透明絶縁膜14は逆方向に反るので互いに相殺される方向に作用する。また、金属層15,16の反る方向に対して、第1透明絶縁膜としてのシリコンカーバイド膜8Bも逆方向に反るので互いに相殺される方向に作用する。
As described above, the second transparent insulating
さらに、応力緩衝用の第2透明絶縁膜14上に窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13の第3透明絶縁膜を積層する。これによって、シリコン基板の持つ引張応力を緩和し、シリコン基板への金属コンタミネーションを抑制することが可能になる。ここで、引張応力の最適化のために、固体撮像素子1B毎に調整する必要がある。このとき、多重干渉効果が第2透明絶縁膜14を介することにより上下の膜の半導体基板への影響が弱まるため、第3透明絶縁膜としての窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13の膜厚を自由に設定しても、受光感度への影響を抑えることができる。なお、好ましくは第3透明絶縁膜としての窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13の膜厚を30nm以上500nm以下にすることにより、引張応力の緩和や金属コンタミネーションの抑制効果が得られ、かつマイクロレンズ12とシリコン基板間の距離を必要以上に延ばすことを防ぎ、受光感度や混色の劣化を防ぐことができる。第3透明絶縁膜としての窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13の膜厚が30nmよりも小さければ歪防止効果が期待できない。ここでは200nmにて第3透明絶縁膜としての窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13を形成している。この200nmの場合、引張応力の緩和や金属コンタミネーションの抑制効果は十分である。第3透明絶縁膜としての窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13の膜厚が500nmを超えるとそれ以上の膜厚は必要がない。要するに、金属層15,16の反りの方向に対して、第3透明絶縁膜としての窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13は逆方向に反るので互いに相殺される。
Further, a third transparent insulating film of a silicon nitride film or a
なお、本実施形態3では、、シリコンカーバイド膜8B上に第2透明絶縁膜14を形成し、第2透明絶縁膜14上に第3透明絶縁膜として窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13を形成したが、これに限らず、各受光部3の上方にシリコンカーバイド膜8Aを形成し、シリコンカーバイド膜8A上に窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13を形成し、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13上に応力緩和用の第2透明絶縁膜14を形成し、第2透明絶縁膜14上に第3透明絶縁膜として窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13を形成してもよい。これによっても、シリコン基板の持つ引張応力を第2透明絶縁膜14により緩和し、シリコン基板への金属コンタミネーションを抑制することが可能になる。これを次の図5に示している。
In the third embodiment, the second transparent insulating
図5は、本発明の実施形態3における固体撮像素子の変形例を模式的に示す縦断面図である。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view schematically showing a modification of the solid-state imaging device according to
図5において、本実施形態3の固体撮像素子1Cは、各受光部3の上方にシリコンカーバイド膜8Cを形成している。このシリコンカーバイド膜8C上に窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13aが形成されている。この窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13a上に応力緩和用の第2透明絶縁膜14が形成されている。さらに、第2透明絶縁膜14上に第3透明絶縁膜13bとして窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜が形成されている。
In FIG. 5, in the solid-
以上により、本実施形態3のように、反射と吸収の感度のロスが最小になるように、シリコンカーバイド膜8Bまたは、シリコンカーバイド膜8Cとその上の窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13aを合わせた膜の厚みを最適化し光入射効率を高め、かつその上に応力緩和用の第2透明絶縁膜14を積層することにより、第1透明絶縁膜(シリコンカーバイド膜8Bまたは8C)の多重反射の最適化の効果を維持することができる。さらにその上に第3透明絶縁膜13bを積層し、膜厚を調整することで、シリコン基板の持つ引張応力を緩和し、シリコン基板への金属コンタミネーションを抑制することを可能とする。この結果、本実施形態3の固体撮像素子1Bまたは1Cは、入射光の反射と吸収を更に抑えて受光感度を高めつつ、暗電流や白点欠陥の発生を防止することができる。
As described above, as in the third embodiment, the
この場合にも、第2透明絶縁膜14の膜厚を30nm以上500nm以下、好ましくは、30nm以上200nm以下にすることで、第1透明絶縁膜(シリコンカーバイド膜8C)の多重反射の最適化の効果を確実に維持し、かつマイクロレンズ12とシリコン基板間の距離を必要以上に延ばすことを防ぎ、受光感度や混色の劣化を防ぐことができる。
Also in this case, the thickness of the second transparent insulating
また、第3透明絶縁膜13bの膜厚を30nm以上500nm以下、好ましくは、30nm以上200nm以下にすることで、シリコン基板の持つ引張応力を緩和し、シリコン基板への金属コンタミネーションを抑制することを可能とする。ここで、引張応力の最適化のために、膜は固体撮像素子1Bまたは1C毎に適切な膜厚があるが、第2透明絶縁膜14があるため、第3透明絶縁膜13bの膜厚を自由に設定しても、受光感度への影響を抑えることができる。
Further, by setting the thickness of the third transparent insulating
ここで、第3透明絶縁膜13bは膜厚を調整するとき、暗電流または白点欠陥を最小化するように膜厚を調整するが、他の膜、例えば第1透明絶縁膜(シリコンカーバイド膜8Bまたは8C)や第2透明絶縁膜14、カラーフィルタ10やマイクロレンズ12などの応力も当然考慮しなければならない。
Here, when the thickness of the third transparent insulating
(実施形態4)
上記実施形態3では、図4(a)のように受光画素領域の周辺の遮光画素領域に遮光用の金属層15を形成することからシリコン基板に引張応力が発生するが、それを応力緩和層として酸化シリコン膜(SiO2膜)または窒素より酸素の含有量の多い酸窒化シリコン膜(SiON膜)の第2透明絶縁膜14を形成する場合について説明したが、本実施形態4では、混色防止用の金属膜にて金属層を形成する際の応力緩和の膜構成の場合について説明する。
(Embodiment 4)
In the third embodiment, since the light shielding
図6は、本発明の実施形態4における固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図6では、図1の構成部材と同一の作用効果を奏する部材には同一の符号を付して説明する。
FIG. 6 is a vertical cross-sectional view schematically illustrating an exemplary configuration of a main part of a solid-state imaging device according to
図6において、本実施形態4の固体撮像素子1Eは、Pウェル2の裏面上に絶縁膜7を介して反射防止用のシリコンカーバイド膜8E(SiC膜)を第1透明絶縁膜として形成し、その上に、酸化シリコン膜(SiO2膜)または窒素より酸素の含有量の多い酸窒化シリコン膜(SiON膜)の応力緩和層としての第2透明絶縁膜14を形成し、さらにその上の画素境界部に混色低減用の金属層16が形成されている。第2透明絶縁膜14および金属層16上に窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13が形成されている。
In FIG. 6, the solid-
その上に平坦化膜9を介して所定色配列(例えばベイヤ配列)のカラーフィルタ10、さらに、その上に平坦化膜11を介して、各受光部3に対して入射光を集光させるマイクロレンズ12を各受光部3毎に対応して形成している。
Further, a
なお、本実施形態4では、特に説明していないが、シリコンカーバイド膜8Eとこの上の窒化シリコン膜(SiN膜)または酸窒化シリコン膜(SiON膜)13の透明絶縁膜の上またはその間に、応力緩和用の第2透明絶縁膜14を介して混色低減用の金属層16が形成されていればよい。前述した図4(a)では遮光用の金属層15が応力緩和用の第2透明絶縁膜14と窒化シリコン膜(SiN膜)または酸窒化シリコン膜(SiON膜)13間に形成されている。そうすることで、シリコンカーバイド膜8Eまたは、シリコンカーバイド膜8Eとその上の窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13、または、透明絶縁膜により、金属層からのコンタミネーションを抑えることができる。このとき、第2透明絶縁膜14上の光の入射側に遮光用の金属層15または混色低減用の金属層16を形成すると、第2透明絶縁膜14で遮光用の金属層15または金属層16によるシリコン基板側のストレスを緩和することができる。
Although not specifically described in the fourth embodiment, the
第3透明絶縁膜としての窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13を遮光画素の暗電流もしくは白点欠陥を最適化する膜厚で形成する。金属層は大きな応力を持つ膜であることが知られているが、金属層で生じる大きな応力をこの第3透明絶縁膜を重ねて形成することにより調整することもでき、応力起因の暗電流または白点欠陥を最適化することができる。
A silicon nitride film or a
また、好ましくは、遮光用の金属層15または混色低減用の金属層16のある領域のシリコンカーバイド膜8Bまたは8E、または、シリコンカーバイド膜8Eと窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜を合わせた膜、または、応力緩和用の第2透明絶縁膜14またはその上の第3透明絶縁膜としての窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13となる領域の膜厚を、それ以外の遮光用の金属層15または混色低減用の金属層16のない領域の膜厚に対して変えることもできる。例えば、金属膜によるストレスをより緩和したり、混色低減用の金属層16からのコンタミネーションを適切に抑制するためには、応力緩和用の第2透明絶縁膜14を金属層16がある領域にて、それ以外の光が入射する領域よりも厚く形成するように調整することもできる。これを図7に示している。また同様に、図4(b)では、遮光用の金属層15のエッチングによる形状形成時にその直下の応力緩和用の第2透明絶縁膜14が削られて第2透明絶縁膜14Aに薄くなっている。
Preferably, the
図7は、図6の金属層16のエッチングによる形状形成時にその直下の応力緩和用の第2透明絶縁膜14が削られて薄い第2透明絶縁膜14Fになっている場合を示す本実施形態4の固体撮像素子の変形例の縦断面図である。
FIG. 7 shows the present embodiment in which the second transparent insulating
図7において、本実施形態4の変形例の固体撮像素子は、混色低減用の金属層16のある領域の応力緩和用の第2透明絶縁膜14Fの膜厚と、それ以外の光入射用の領域の応力緩和用の第2透明絶縁膜14Fの膜厚とが異なっている。混色低減用の金属層16のある領域の応力緩和用の第2透明絶縁膜14Fの膜厚の方が、それ以外の光入射用の領域の応力緩和用の第2透明絶縁膜14Fの膜厚よりも厚く構成されている。要するに、金属層16のエッチングによる形状形成時にその直下の応力緩和用の第2透明絶縁膜が削られて薄い第2透明絶縁膜14Fになっている。
In FIG. 7, the solid-state imaging device according to the modified example of the fourth embodiment has a thickness of the second transparent insulating
光の侵入を防止するために、遮光金属膜として、遮光用の金属層15や混色低減用の金属層16は半導体基板に近いほうが望ましい。しかし、少なくともシリコンカーバイド膜8Eまたは8F上、またはシリコンカーバイド膜8Eまたは8Fとその上の窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜とを合わせた膜上に応力緩和用の第2透明絶縁膜14または14Fを形成することで、応力緩和用の第2透明絶縁膜14または14Fによってシリコン基板の引張応力の緩和や金属コンタミネーションを抑えることができ、暗電流や白点欠陥をより抑制できる。さらに、第2透明絶縁膜14または14F上に第3透明絶縁膜としての窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜を形成すると、遮光用の金属層15や金属膜16のストレスを更に緩和し、暗電流や白点欠陥をより抑制できる。さらに、本実施形態4の第3透明絶縁膜上に、応力緩和用の第2透明絶縁膜14または14Fを形成してもよい。図6および図7には第2透明絶縁膜14または14F上に第3透明絶縁膜としての窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜を形成してもよい。
In order to prevent light from entering, it is desirable that the light shielding
以上により、本実施形態4によれば、入射光の反射と吸収を更に抑えた高感度な固体撮像素子1Eまたは1Fを得ることができる。
As described above, according to the fourth embodiment, it is possible to obtain a highly sensitive solid-
なお、本実施形態4で前述したが、上記実施形態1に加えて遮光用の金属層15または混色低減用の金属層16のある領域のシリコンカーバイド膜8Bまたは8E、またはシリコンカーバイド膜8Bまたは8Eとその上の窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜を合わせた膜、または第2透明絶縁膜14、または第3透明絶縁膜の膜厚となる領域の膜厚を変えた事例を図7に示している。受光感度を最適にしつつより引張応力の緩和や金属コンタミネーションを抑えるためには、図7に示したように第1透明絶縁膜(シリコンカーバイド膜8Bまたは8E)または第2透明絶縁膜14、または第3透明絶縁膜としての窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜の膜厚を変え、遮光用の金属層15や金属層16がある場所により厚く形成することが望ましい。一方、混色防止の観点からは金属層16がある場所をより薄く形成することが望ましいので調整が必要である。
As described above in the fourth embodiment, in addition to the first embodiment, the
なお、本実施形態1〜4では、半導体基板の第1面(表面)側に受光部3から信号電荷を読み出すための配線回路5を有し、半導体基板の第2面(裏面)側から入射された光を光電変換する裏面照射型固体撮像素子について説明したが、本発明の上記実施形態1〜4の反射防止機能は表面照射型固体撮像素子であっても適用でき、また、本発明の上記実施形態1〜4の反射防止機能はCMOS型固体撮像素子であってもCCD型固体撮像素子であっても適用することができる。
In the first to fourth embodiments, the
CMOS型固体撮像素子は、複数の画素部のそれぞれに、画素部毎に光電変換部として受光部が設けられ、受光部に隣接して、受光部からの信号電荷が電荷電圧変換部に電荷転送するための電荷転送トランジスタと、受光部毎に電荷転送トランジスタにより電荷電圧変換部に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅されて画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路とを有している。 In the CMOS type solid-state imaging device, a light receiving portion is provided as a photoelectric conversion portion for each pixel portion in each of the plurality of pixel portions, and a signal charge from the light receiving portion is transferred to the charge voltage conversion portion adjacent to the light receiving portion. And the charge transfer transistor for performing the signal conversion and the signal charge transferred by the charge transfer transistor to the charge voltage conversion unit for each light receiving unit is converted into a voltage, amplified in accordance with the converted voltage, and read out as an imaging signal for each pixel unit Read circuit.
CCD型固体撮像素子は、複数の画素部のそれぞれに、画素部毎に光電変換部として受光部が設けられ、受光部に隣接して、受光部からの信号電荷を所定方向に電荷転送するための電荷転送部および、この上に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するためのゲート電極およびその上の金属遮光膜が配置されている。 In the CCD type solid-state imaging device, a light receiving portion is provided as a photoelectric conversion portion for each pixel portion in each of the plurality of pixel portions, and adjacent to the light receiving portion, signal charges from the light receiving portion are transferred in a predetermined direction. And a gate electrode for controlling the charge transfer of the read signal charge and a metal light shielding film thereon.
なお、上記実施形態3,4では特に詳細には説明しなかったが、シリコンカーバイド膜上または、シリコンカーバイド膜およびその上の窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13または13a上、または、酸化シリコン膜または酸窒化シリコン膜の第2透明絶縁膜14上、または、窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜13または13bの第3透明絶縁膜上、または第2透明絶縁膜14および第3透明絶縁膜の間に、遮光用または混色低減用の金属層15,16が形成されていればよい。これらの各膜は、金属層15,16の反りの方向に対して逆方向に反るのでシリコン基板に対する応力が緩和される方向に作用する。
Although not described in detail in the third and fourth embodiments, the silicon carbide film, the silicon carbide film and the silicon nitride film or the
なお、入射時の反射と吸収を抑えた高感度な固体撮像素子1Eまたは1F、並びにこのような固体撮像素子1Eまたは1Fを搭載した電子情報機器を得ることができる。これを次の実施形態5にて説明する。
It is possible to obtain a highly sensitive solid-
(実施形態5)
図8は、本発明の実施形態5として、本発明の実施形態1〜4の固体撮像素子1、1A〜1C、1Eまたは1Fを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
(Embodiment 5)
FIG. 8 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of an electronic information device using the solid-
図8において、本実施形態3の電子情報機器90は、上記実施形態1〜4の固体撮像素子1、1A〜1C、1Eまたは1Fからの撮像信号に対して所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置91と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部92と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部93と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部94と、この固体撮像装置91からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部95とを有している。なお、この電子情報機器90として、これに限らず、固体撮像装置91の他に、メモリ部92と、表示部93と、通信部94と、プリンタなどの画像出力部95とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
In FIG. 8, the
この電子情報機器90としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置(PDA)などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
As described above, the
したがって、本実施形態3によれば、この固体撮像装置91からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部95により良好にプリントアウト(印刷)したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部92に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
Therefore, according to the third embodiment, based on the color image signal from the solid-
以上のように、本発明の好ましい実施形態1〜5を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態1〜5に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態1〜5の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable Embodiment 1-5 of this invention, this invention should not be limited and limited to this Embodiment 1-5. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の半導体素子で構成されたCMOSイメージセンサやCCDイメージセンサなどの固体撮像素子および、この固体撮像素子を、画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、複数の受光部のそれぞれの直上を含む上方に、反射防止用の高屈折率(2.65)のシリコンカーバイド膜が設けられていることにより入射光の反射と吸収を更に抑えた高感度な固体撮像素子を得ることができる。このように、光の入射時の反射と吸収を抑えた高感度な固体撮像素子およびこのような固体撮像素子を搭載した電子情報機器が提供できる。 The present invention relates to a solid-state image pickup device such as a CMOS image sensor or a CCD image sensor configured by a plurality of semiconductor elements that photoelectrically convert image light from a subject and pick up an image, and an imaging unit using the solid-state image pickup device as an image input device. In the field of electronic information devices such as digital cameras such as digital video cameras and digital still cameras used in the above, image input cameras such as surveillance cameras, scanner devices, facsimile devices, television telephone devices, and mobile phone devices with cameras, A high-sensitivity solid that further suppresses reflection and absorption of incident light by providing a silicon carbide film having a high refractive index (2.65) for anti-reflection above the light receiving portion and directly above it. An image sensor can be obtained. Thus, it is possible to provide a highly sensitive solid-state imaging device that suppresses reflection and absorption at the time of incidence of light and an electronic information device equipped with such a solid-state imaging device.
1、1A〜1C、1E、1F 固体撮像素子
2 シリコン基板のPウェル層
3 受光部3(フォトダイオード)
4 絶縁膜
5 配線回路
6 層間絶縁膜
7 絶縁膜
8、8A〜8C、8E、8F 反射防止用のシリコンカーバイド膜(SiC膜)
9 平坦化膜
10 カラーフィルタ
11 平坦化膜
12 マイクロレンズ
13、13a 窒化シリコンまたは酸窒化シリコン膜
13b 第3透明絶縁膜(窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜)
14、14F 第2透明絶縁膜(酸化シリコン膜または酸窒化シリコン膜)
15 遮光用の金属層
16 混色低減用の金属層
90 電子情報機器
91 固体撮像装置
92 メモリ部
93 表示部
94 通信部
95 画像出力部
DESCRIPTION OF
4 Insulating
9 Flattening
14, 14F Second transparent insulating film (silicon oxide film or silicon oxynitride film)
DESCRIPTION OF
Claims (17)
その形成された膜上に酸化シリコン膜または窒素より酸素の含有量の多い酸窒化シリコンの第2透明絶縁膜が形成され、
該第2透明絶縁膜上に窒化シリコン膜または酸窒化シリコン膜の第3透明絶縁膜が形成されている請求項1に記載の固体撮像素子。 The silicon carbide film is formed, or a film formed by combining the silicon carbide film and the silicon nitride film or silicon oxynitride film thereon,
A silicon oxide film or a second transparent insulating film of silicon oxynitride having a higher oxygen content than nitrogen is formed on the formed film,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a third transparent insulating film of a silicon nitride film or a silicon oxynitride film is formed on the second transparent insulating film.
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