JP5736755B2 - 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 - Google Patents
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Description
一般的には、画素部のカラーフィルタ形成時に、カラーフィルタの形成と同時にオプティカルブラックB部へのフレア防止膜を、緑色、赤色、青色フィルタなどを利用して形成している。
本発明は、上記固体撮像装置を備えたカメラなどの電子機器を提供するものである。
1.第1実施の形態(固体撮像装置の構成例と製造方法例)
2.第2実施の形態(固体撮像装置の構成例と製造方法例)
3.第3実施の形態(固体撮像装置の構成例と製造方法例)
4.第4実施の形態(固体撮像装置の構成例と製造方法例)
5.第5実施の形態(固体撮像装置の構成例と製造方法例)
6.第6実施の形態(固体撮像装置の構成例と製造方法例)
7.第7実施の形態(固体撮像装置の構成例)
8.第8実施の形態(固体撮像装置の構成例)
9.第9実施の形態(固体撮像装置の構成例)
10.第10実施の形態(固体撮像装置の構成例)
11.第11実施の形態(電子機器の構成例)
[固体撮像装置の構成例]
図1に、本発明に係る固体撮像装置の第1実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のCMOS固体撮像装置に適用した場合である。第1実施の形態に係る固体撮像装置21は、薄膜化された例えばシリコンの半導体基板22に、光電変換部となるフォトダイオードPDと複数の画素トランジスタとからなる複数の画素26が2次元配列された画素領域23を有する。画素領域23は、有効画素領域24と、有効画素領域24の外側の光学的黒レベルの基準となる画素領域である、いわゆるオプティカルブラック領域25とを有して成る。
図1において、有効画素領域24の第2屈折率層43上に平坦化膜40を形成したが、原理的には、平坦化膜40を省略して、第2屈折率層43上に直接、カラーフィルタ35を形成して構成することもできる。
図2〜図3に、第1実施の形態に係る固体撮像装置21の製造方法例を示す。先ず、詳細図示は省略するも、例えばシリコンの半導体基板22の画素領域23に各画素のフォトダイオードPDを形成すると共に、半導体基板の表面側に各画素の複数の画素トランジスタを形成する。画素は、有効画素領域24及びオプティカルブラック領域25に形成される。次いで、半導体基板22の表面の上部に層間絶縁膜を介して複数層の配線を配置してなる多層配線層を形成する。次いで、多層配線層の表面に支持基板、例えばシリコン基板を接合し、その後、半導体基板22を、裏面側からフォトダイオードPDが臨むように、研削、研磨等により薄膜化する。
前述の屈折率の低い第1屈折率層42を、アクリル系樹脂、シロキサン系樹脂などの樹脂膜で形成する。この樹脂中にフッ素原子を付加したり、中空シリカ微粒子を添加することで更なる低屈折率が可能になる。
第1屈折率にシリコン酸化窒化膜を選択した場合、第2屈折率層43は、成膜条件を変更して、高い屈折率のシリコン酸化窒化膜で形成すればよい。
周期:T=λ/2n
λ:露光波長
n:第1屈折率層42の屈折率
例えば、露光光がi線(波長:365nm)で、第1屈折率層42のシリコン酸化膜の屈折率nを1,47とした場合、界面54での光強度が最低となる第1屈折率層42の膜厚t3は、365/(2×1.47)=124.1nmとなる。
[固体撮像装置の構成例]
図8に、本発明に係る固体撮像装置の第2実施の形態を示す。本発明実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のCMOS固体撮像装置に適用した場合である。第2実施の形態に係る固体撮像装置56は、フォトダイオードPD及び複数の画素トランジスタからなる複数の画素が2次元配列された画素領域23を有する薄膜化された半導体基板22を有する。半導体基板22の表面側には、図示しないが、前述の図1に示すと同様に、多層配線層が形成され、多層配線層に支持基板が接合されている。半導体基板22の裏面上には、絶縁膜34が形成される。
その他の構成は、第1実施の形態で説明したと同様であるので、重複説明を省略する。図8において、図1と対応する部分には同一符号を付して示す。
図9に、第2実施の形態に係る固体撮像装置56の製造方法例を示す。同図は、有効画素領域24の内部集光体の形成のみを示し、オプティカルブラック領域を含むその他の構成の製造工程については、第1実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
[固体撮像装置の構成例]
図10に、本発明に係る固体撮像装置の第3実施の形態を示す。本発明実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のCMOS固体撮像装置に適用した場合である。第3実施の形態に係る固体撮像装置63は、フォトダイオードPD及び複数の画素トランジスタからなる複数の画素が2次元配列された画素領域23を有する薄膜化された半導体基板22を有する。半導体基板22の表面側には、図示しないが、前述の図1に示すと同様に、多層配線層が形成され、多層配線層に支持基板が接合されている。半導体基板22の裏面上には、絶縁膜34が形成される。
その他の構成は、第1実施の形態で説明したと同様であるので、重複説明を省略する。図10において、図1と対応する部分には同一符号を付して示す。
図11に、第3実施の形態に係る固体撮像装置63の製造方法例を示す。同図は、有効画素領域24の内部集光体の形成のみを示し、オプティカルブラック領域を含むその他の構成の製造工程については、第1実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
[固体撮像装置の構成例]
図12に、本発明に係る固体撮像装置の第4実施の形態を示す。本発明実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のCMOS固体撮像装置に適用した場合である。第4実施の形態に係る固体撮像装置67は、第3実施の形態の変形例に相当する。
その他の構成は、第3実施の形態で説明したと同様であるので、図12において、図10と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第4実施の形態の固体撮像装置67の製造方法は、前述の図11Aの工程の後、第2屈折率層64上に第2屈折率層64の樹脂が硬化する温度以下では、熱可塑性(熱流動性)を有した熱硬化性樹脂65と同じ組成系の熱可塑性樹脂層を形成する。そして、この熱可塑性樹脂層の上から例えばエッチバックを行い、第2屈折率層64の表面を平坦化すると共に、表面の金属微粒子58の微小凸状の構造体61を形成する。この工程は図9A〜Cの工程に類似する。その他の構成及び工程は、第3実施の形態で説明したと同様である。
図13に、本発明に係る固体撮像装置の第5実施の形態を示す。本発明実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のCMOS固体撮像装置に適用した場合である。第5実施の形態に係る固体撮像装置69は、フォトダイオードPD及び複数の画素トランジスタからなる複数の画素が2次元配列された画素領域23を有する薄膜化された半導体基板22を有する。半導体基板22の表面側には、図示しないが、前述の図1に示すと同様に、多層配線層が形成され、多層配線層に支持基板が接合されている。半導体基板22の裏面上には、絶縁膜34が形成される。
その他の構成は、第1実施の形態で説明したと同様であるので、図13において、図1と対応する部分には同一符号を付して、重複説明を省略する。
図14に、第5実施の形態に係る固体撮像装置69の製造方法例を示す。同図は、有効画素領域24の層内レンズ及び内部集光体の形成のみを示し、オプティカルブラック領域を含むその他の構成の製造工程については、第1実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
[固体撮像装置の構成例]
図15〜図16に、本発明に係る固体撮像装置の第6実施の形態を示す。本発明実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のCMOS固体撮像装置に適用した場合である。図15は、本実施の形態で適用される緑色、赤色、青色の原色系からなるカラーフィルタ75の平面図である。このカラーフィルタ75は、緑色、赤色、青色をベイヤー配列した構成を有する。図16の有効画素領域24における断面構造は、図15のA―A線上の断面構造である。
図17に、第6実施の形態に係る固体撮像装置77の製造方法例を示す。同図は、有効画素領域24の内部集光体の形成のみを示し、オプティカルブラック領域を含むその他の構成の製造工程については、第1実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
[固体撮像装置の構成例]
図18に、第6実施の形態の変形例に係る固体撮像装置を示す。本変形例に係る固体撮像装置79は、第1屈折率層42を介して凹状部41内に、上面が遮光膜39上の第1屈折率層42の上面と面一となるように、カラーフィルタ75が埋め込まれて構成される。
[固体撮像装置の製造方法例]
図19に、上記変形例に係る固体撮像装置79の製造方法例を示す。本例では、図19A〜Bの工程は、図17A〜Bの工程と同じである。
[固体撮像装置の構成例]
図20に、本発明に係る固体撮像装置の第7実施の形態を示す。本発明実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のCMOS固体撮像装置に適用した場合である。図20は、有効画素領域24における内部集光体の要部のみを示す。第7実施の形態に係る固体撮像装置81は、有効画素領域24における遮光膜39の断面形状を、光の入射方向に向かって(上部から底部に向かって)断面の幅が漸次広くなるテーパー状に形成される。図20では、この断面テーパー状の遮光膜39と、第1屈折率層42と、第2屈折率層43とにより内部集光体が形成される。
[固体撮像装置の構成例]
図21に、本発明に係る固体撮像装置の第8実施の形態を示す。本発明実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のCMOS固体撮像装置に適用した場合である。図21は、有効画素領域24における内部集光体の要部のみ、特に遮光膜39の上面から見た構成を示す。第8実施の形態に係る固体撮像装置81は、有効画素領域24における内部遮光体を構成する遮光膜39の各色画素に対応して開口面積を異ならして構成される。
図23Aの例は、内部集光体を構成する第1屈折率層42と第2屈折率層43の間に第1反射防止層86が形成され、第2屈折率層43の上面に第2反射防止膜87が形成される。第2反射防止膜87上にはカラーフィルタが形成される。屈折率の関係は、第1屈折率層42<第1反射防止膜86<第2屈折率層43である。第1屈折率層42にシリコン酸化膜(屈折率≒1.45程度)を用い、第2屈折率層43にシリコン窒化膜(屈折率≒1.9〜2.0程度)を用いた場合、反射防止膜86には例えばシリコン窒化酸化膜(屈折率≒1.6〜2.0未満程度)を用いるのが好適である。
[固体撮像装置の構成例]
図24に、本発明に係る固体撮像装置の第9実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、表面照射型のCMOS固体撮像装置に適用した場合である。第9実施の形態に係る固体撮像装置91は、画素領域23の半導体基板92にフォトダイオードPDと複数の画素トランジスタからなる単位画素が配列されて成る。半導体基板92の表面側に層間絶縁膜93を介して複数層の配線94を配置した多層配線層95が形成される。最上層の配線95tが遮光膜を兼ねる。
[固体撮像装置の構成例]
図25に、本発明に係る固体撮像装置の第10実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、表面照射型のCCD固体撮像装置に適用した場合である。第10実施の形態に係る固体撮像装置97は、半導体基板98の画素領域に、2次元配列されたフォトダイオードPDと、各フォトダイオード列毎に垂直転送レジスタ101と、水平転送レジスタ(図示せず)と、出力部(図示せず)を有して構成される。垂直転送レジスタ101は、転送チャネル領域上にゲート絶縁膜102を介して転送電極103を形成して形成される。フォトダイオードPD上を除き、絶縁膜104を介して転送電極103を覆うように遮光膜105が形成される。さらに、フォトダイオードPDに対応する上部に屈折率を異にした絶縁膜106及び107により、層内レンズ108が形成される。
オプティカルブラック領域に金属の遮光膜を形成し、この上に第1の屈折率膜を介してフレア防止用膜を形成するときは、フレア防止用膜の密着性が良好になる。
[電位機器の構成例]
上述の本発明に係る固体撮像装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話、あるいは撮像機能を備えた他の機器、などの電子機器に適用することができる。
Claims (17)
- 光入射側の画素領域の有効画素領域上に各画素の光電変換部を囲んで形成し、かつオプティカルブラック領域上に延長して形成した遮光膜と、
前記光電変換部上に対応する領域に前記遮光膜で囲まれて形成された凹状部と、
前記遮光膜及び前記凹状部の表面に形成された相対的に屈折率が低い第1屈折率層と、
前記凹状部内を埋め込むように前記第1屈折率層上に形成された相対的に屈折率が高い第2屈折率層と、
前記オプティカルブラック領域上の前記第1屈折率層上に形成した感光性膜からなるフレア防止用膜とを有し、
前記遮光膜の側壁に設けられる前記第1屈折率層の膜厚は50nm以上200nm未満に設定されており、
前記有効画素領域において、前記遮光膜と前記第1屈折率層と前記第2屈折率層とにより、内部集光体が形成される
固体撮像装置。 - 前記第1屈折率層の表面と前記第2屈折率層の表面とは面一に形成されている
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記フレア防止用膜となる感光性膜の露光時に用いる露光光の波長をλ、前記第1屈折率層の屈折率をnとすると、
前記遮光膜の表面に設けられる前記第1屈折率層の膜厚は、λ/2n以外の値に設定されている
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 - 前記遮光膜が光の入射方向に向かって断面の幅が広くなるテーパー状に形成されている
請求項1乃至3のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 色毎に前記遮光膜の開口幅が異なる
請求項1乃至4のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記第2屈折率層上に該第2屈折率層より屈折率が高い第3屈折率層が形成され、
前記第2屈折率層と前記第3屈折率層により層内レンズが形成される
請求項1乃至5のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記有効画素領域の第2屈折率層上にカラーフィルタを有する
請求項1乃至6のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記第2屈折率層がカラーフィルタで形成されている
請求項1乃至6のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 画素が光電変換部と複数の画素トランジスタで形成され、
前記画素トランジスタが半導体基板の表面側に形成され、
前記光電変換部が半導体基板の表面側から裏面側にわたって形成され、
前記半導体基板の裏面側から光入射される裏面照射型に構成されている
請求項7又は8記載の固体撮像装置。 - 光入射側の画素領域の有効画素領域上に各画素の光電変換部を囲み、かつオプティカルブラック領域上に延長する遮光膜を形成し、前記光電変換部上に対応する領域に前記遮光膜で囲まれた凹状部を形成する工程と、
前記遮光膜及び前記凹状部の表面に相対的に屈折率が低い第1屈折率層を形成する工程と、
前記凹状部内に埋め込むように前記第1屈折率層上に相対的に屈折率が高い第2屈折率層を形成する工程と、
前記オプティカルブラック領域上の前記第1屈折率層上に感光性膜からなるフレア防止用膜を形成する工程とを有し、
前記第1屈折率層は、前記遮光膜の側壁に設けられる前記第1屈折率層の膜厚が50nm以上200nm未満になるように形成し、
前記有効画素領域において、前記遮光膜と前記第1屈折率層と前記第2屈折率層とにより、内部集光体を形成する
固体撮像装置の製造方法。 - 前記遮光膜を、光の入射方向に向かって断面の幅が広くなるテーパー状に形成する
請求項10記載の固体撮像装置の製造方法。 - 色毎に前記遮光膜の開口幅を異ならす
請求項10又は11記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記第2屈折率層上に該第2屈折率層より屈折率が高い第3屈折率層を形成し、
前記第2屈折率層と前記第3屈折率層により層内レンズを形成する工程を有する
請求項10乃至12のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記有効画素領域の第2屈折率層上にカラーフィルタを形成する工程を有する
請求項10乃至13のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記第2屈折率層をカラーフィルタで形成する
請求項10乃至13のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。 - 画素を光電変換部と複数の画素トランジスタで形成し、
前記画素トランジスタを半導体基板の表面側に形成し、
前記光電変換部を半導体基板の表面側から裏面側にわたって形成し、
前記半導体基板の裏面側から光入射する裏面照射型に形成する
請求項14又は15記載の固体撮像装置の製造方法。 - 固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の光電変換部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを備え、
前記固体撮像装置は、請求項1乃至9のいずれかに記載の固体撮像装置で構成される
電子機器。
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