JP5437432B2 - Cmosイメージセンサー及びイメージセンサーを形成する方法 - Google Patents
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Description
の界面での光の反射率を最小化し、感度を向上することができるCMOSイメージセンサ
ーに関する。
と1つのフォトダイオードとから構成されている。CMOSイメージセンサーでは、まず
、光がシリコン(Si)のフォトダイオードに入射すると、フォトダイオード中での光電
変換によって電子とホールとが生じ、この電子による電気信号をイメージ信号として伝達
する。
最も理想的であるが、高画質、高解像度の要求に伴ってピクセルの大きさが益々減少し、
ピクセル当りのフォトダイオードが占める面積比率が30%以下に減少するようになって
きている。このために、実際に入射する光の30%以下しかフォトダイオードに入射でき
ないので、各ピクセルの上にマイクロレンズを設けて90%以上の光をフォトダイオード
に収束させている。
り、マイクロレンズを通って入射する光は、複数層の絶縁膜を通過してフォトダイオード
に入射することになる。この過程において、光は100%透過するのではなく、ある程度
反射が生じるが、この反射は隣接する材料間の屈折率の差が大きいほど大きくなる。一般
に、ピクセル構造において最も反射が大きい箇所は、ドープシリコンの一種であるフォト
ダイオード及びSiO2系列の絶縁膜であり、下記の表1に示したように、反射率が15
%程度にも達する。
造における反射率を示す。ここで、Siのフォトダイオードは、屈折率nが3.4で、そ
の上に形成される絶縁膜の屈折率nは1.5である。
率2.1のSiNの反射膜がコートされた構造を採用すると、反射率を略8%に下げるこ
とができる。しかし、そのような構造を採用した場合でも、マイクロレンズと複数層の絶
縁膜との界面での反射率を合せれば、最小でも10%以上の損失をもたらすという問題が
ある。
ォトダイオードとSiO2の絶縁膜との間に、その屈折率がSiのフォトダイオードの屈
折率とSiO2の絶縁膜の屈折率との間にある半反射膜を介在させることによって、反射
率を最小化してマイクロレンズを通って入射する光が最大限にフォトダイオードに到達で
きるCMOSイメージセンサーを提供することに、その目的がある。
た基板と、該基板の上に形成されるSiO2の絶縁膜と、前記基板及び前記絶縁膜の間に
介在する半反射膜と、前記絶縁膜の上に形成され、単位画素を構成する複数の金属配線と
、カラーフィルターと、マイクロレンズとを備えているCMOSイメージセンサーであっ
て、前記半反射膜の屈折率が、前記Siのフォトダイオードの屈折率と前記SiO2の絶
縁膜の屈折率との間の値であることを特徴とするCMOSイメージセンサーを提供するこ
とができる。
いずれか一つの単一膜を用いることができる。ここで、前記半反射膜としてダイヤモンド
の単一膜を用いる場合、該ダイヤモンド単一膜は、屈折率が2.5以上3.4以下であり
、厚さが500Å以上5000Å以下であることができる。また、前記半反射膜としてS
iCの単一膜を用いる場合、該SiC単一膜は、屈折率が2.5以上3.4以下であるこ
とができる。一方、前記半反射膜としてSiNxの単一膜を用いる場合、該SiNx単一
膜は屈折率が1.9以上2.4以下であり、厚さが500Å以上5000Å以下であるこ
とができる。
を有することができる。ここで、SiOxN1−x膜は、屈折率が1.5以上2.1以下
であり、厚さが500Å以上5000Å以下であることができる。
−x膜のいずれか一方の構造を有することができる。ここで、該SiNxC1−x/Si
OxN1−x膜は、屈折率が1.5から3.4まで連続に変化し、厚さが500Å以上5
000Å以下であることができる。
の間に、Siのフォトダイオードの屈折率とSiO2の絶縁膜の屈折率との間の種々の屈
折率を有する半反射膜を介在させることによって、反射率を最小化することができ、マイ
クロレンズを通って入射する光が最大限にフォトダイオードに到達することができる。従
って、本発明を、百万画素以上のCMOSイメージセンサーに適用することによって、高
画質のイメージを具現することができる。
り、図2は、本発明の実施の形態に係るCMOSイメージセンサーにおけるフォトダイオ
ード/半反射膜/絶縁膜の構造を示す断面図である。
イオード(PD)12及び素子分離膜11を備えた基板10と、基板10の上方に形成さ
れる第1の絶縁膜14と、フォトダイオード12及び第1の絶縁膜14の間に介在する半
反射膜13と、第1の絶縁膜14の上に形成される第1の金属配線M1と、第1の金属配
線M1を含めて第1の絶縁膜14の上に形成される第2の絶縁膜15と、第2の絶縁膜1
5の上に形成される第2の金属配線M2と、第2の金属配線M2を含めて第2の絶縁膜1
5の上に形成される第3の絶縁膜16と、第3の絶縁膜16の上に形成される第3の金属
配線M3と、第3の金属配線M3を含めて第3の絶縁膜16の上に形成される第4の絶縁
膜17と、第4の絶縁膜17の上に形成される第4の金属配線M4と、第4の金属配線M
4を含めて第4の絶縁膜16の上に形成される第5の絶縁膜18と、第5の絶縁膜18の
上に形成される赤(R)、緑(G)及び青(B)のカラーフィルター19と、カラーフィ
ルター19全体を覆う平坦化膜20と、平坦化膜20の上に形成されるマイクロレンズ2
1とを備えて構成されている。
縁膜14の屈折率との間の値である。ここで、Siのフォトダイオード12の屈折率は3
.4であり、SiO2の第1の絶縁膜14の屈折率は1.5である。即ち、本実施の形態
に係る半反射膜13の屈折率は、1.5以上3.4以下の間の値である。
いずれか一つの単一膜、(2)SiNx/SiOxN1−xの二重膜(ここで、0<x<
1)、または(3)SiC/SiNx又はSiCx/SiNxC1−x/SiOxN1−
xのいずれか一方の構造の膜(図2参照)を用いることができる。
とすることができる。
(a)ダイヤモンドの単一膜を用いる場合:ダイヤモンド膜は、2.5以上3.4以下の
屈折率及び500Å以上5000Å以下の厚さを有するように形成される。
(b)SiCの単一膜を用いる場合:SiC膜は、屈折率が2.5以上3.4以下になる
ように形成される。
(c)SiNxの単一膜を用いる場合:SiNx膜は、1.9以上2.4以下の屈折率及
び500Å以上5000Å以下の厚さを有するように形成される。
は、1.5以上2.1以下の屈折率及び500Å以上5000Å以下の厚さを有するよう
に形成される。
/SiNxC1−x/SiOxN1−xの膜のいずれか一方の構造を採用する場合((3
)に該当)には、SiCx/SiNxC1−x/SiOxN1−x膜は、1.5から3.
4まで連続に変化する屈折率を有し、且つ500Å以上5000Å以下の厚さを有するよ
うに形成される。
する。ここで、素子分離膜11はLOCOS(Local Oxidation Of
Silicon)法で形成してもよく、トレンチ構造を有していてもよい。
後、イオン注入を行ってSiのフォトダイオード12を形成し、トランジスタのソース/
ドレイン及びセンスノードを形成するためのイオン注入(図示せず)を施す。
全体の上に、半反射膜13及び第1の絶縁膜14を順に形成する。
合)、ダイヤモンド単一膜をプラズマCVD(Chemical Vapor Depo
sition)法で形成する。また、半反射膜13としてSiCの単一膜を用いる場合、
SiC単一膜をCVDまたはPECVD(Plasma Enhanced CVD)法
で形成する。一方、半反射膜13としてSiNxの単一膜を用いる場合(x=1)、Si
Nx単一膜は、1.9以上2.4以下、望ましくは、下記の表2に示したように2.1の
屈折率を有する。
)の場合)、SiOxN1−x膜は、窒素ソース(NH3)及び酸素ソース(TEOSま
たはO2)の比率を時間に応じて連続的に変化させつつ、CVDまたはPECVD法によ
って形成され得る。即ち、SiOxN1−x膜は、xが一定の単一組成の膜、または0<
x<1の範囲においてxが連続に変化する組成の膜である。
iCx/SiNxC1−x/SiOxN1−x膜を用いるが、このうちでSiC/SiN
(x=1の場合)の単一組成膜を用いる場合、下記の表3に示したように、SiCの屈折
率が2.4、SiNの屈折率が2.1である。
2構造である場合、即ち、フォトダイオードがSi、半反射膜がSiC/SiN、第1の
絶縁膜がSiO2である場合における反射率を示している(表3で、nは屈折率である)
。
2参照)、SiOxN1−x膜は、SiC→SiN→SiOxのように、組成が連続して
変化するように反応ガスの量を調節しながら、CVDまたはPECVD法を用いて形成さ
れる。
に、単位画素を構成する第1〜第4の金属配線M1、M2、M3及びM4を形成する。こ
こで、第1〜第4の金属配線M1、M2、M3及びM4は、フォトダイオード12への入
射光を遮蔽しないような位置に配設される。一方、各層の単位画素構成用の第1〜第4金
属配線M1、M2、M3及びM4の間には、電気的な絶縁のための第2〜第5の絶縁膜1
5、16、17及び18の各々を形成する。
19の各々を形成し、各々のカラーフィルター19を覆うように平坦化膜20を形成する
。その後、平坦化膜20の上にマイクロレンズ21を形成する。以上によって、本発明の
実施の形態に係るCMOSイメージセンサーが製造される。
11 素子分離膜
12 フォトダイオード
13 半反射膜
14 第1の絶縁膜
15 第2の絶縁膜
16 第3の絶縁膜
17 第4の絶縁膜
18 第5の絶縁膜
19 カラーフィルター
20 平坦化膜
21 マイクロレンズ
M1 第1の金属配線
M2 第2の金属配線
M3 第3の金属配線
M4 第4の金属配線
Claims (4)
- Siフォトダイオードを含む基板と、
前記基板上に形成されたSiO2絶縁膜と、
前記Siフォトダイオードと前記SiO2絶縁膜との間に介装され、前記Siフォトダイオードの屈折率と前記SiO2絶縁膜の屈折率の間を変化する勾配の屈折率の値を有している反射防止膜と、
個々の単位画素を構成している金属配線と、カラーフィルタと、マイクロレンズと
を備え、
前記反射防止膜が、単一組成のSiC/SiN x および0<x<1の範囲内を連続的に変化する組成を有するSiC x /SiN x C 1−x /SiO x N 1−x で構成されるグループから選択される任意の1つの構造を有するCMOSイメージセンサー。 - 前記SiCx/SiNxC1−x/SiOxN1−x膜が、約1.5〜約3.4の間を連続的に変化する勾配の屈折率の値および約500Å〜約5000Åの厚さを有する請求項1に記載のCMOSイメージセンサー。
- イメージセンサーを形成する方法であって、
基板にSiフォトダイオードを形成するステップと、
前記Siフォトダイオード上に、前記Siフォトダイオードの屈折率とSiO2絶縁膜の屈折率との間を変化する勾配の屈折率を有する反射防止膜を形成するステップと、
前記反射防止膜上に前記SiO2絶縁膜を形成するステップと
を含み、
前記反射防止膜を形成するステップが、単一組成のSiC/SiN x および0<x<1の範囲内を連続的に変化する組成を有するSiC x /SiN x C 1−x /SiO x N 1−x で構成されるグループから選択される構造を形成するステップを含む方法。 - 前記SiCx/SiNxC1−x/SiOxN1−x膜を形成するステップが、約1.5〜約3.4の間を連続的に変化する勾配の屈折率および約500Å〜約5000Åの厚さを有するSiCx/SiNxC1−x/SiOxN1−x膜を形成するステップを含む請求項3に記載の方法。
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