JP6054069B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像装置に関する。
互いに対向する第一主面と第二主面とを有し、第一主面側に複数の光感応領域が設けられた半導体基板と、互いに対向する第三主面と第四主面とを有し、第三主面が第一主面と対向するように半導体基板上に配置された絶縁膜と、を備えた固体撮像装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された固体撮像装置では、半導体基板の第一主面が、光感応領域に対応する領域に凹凸面を有し、絶縁膜の第三主面が、光感応領域に対応する領域に、第一主面の凹凸面に対応する凹凸面を有している。
特開２０１１−１２４５２２号公報
本発明は、感度のばらつきを低減でき且つ感度を安定化することが可能な固体撮像装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、調査研究の結果、以下のような事実を新たに見出した。
固体撮像装置の製造過程上での様々な要因により、複数の光感応領域にわたって絶縁膜の厚みを均一に形成することは難しい。すなわち、絶縁膜の厚みが、光感応領域毎で異なってしまう懼れがある。光感応領域毎で絶縁膜の厚みが異なっていると、固体撮像装置に入射した光の絶縁膜での透過率が光感応領域毎で異なってしまい、感度にばらつきが生じる。また、絶縁膜の膜厚によっては、固体撮像装置（絶縁膜）に入射した光と半導体基板の表面で反射した光との干渉の影響が強くなってしまう。光の干渉の影響が強くなると、感度特性の波打ちが大きくなり、感度が安定し難い。
まず、本発明者らは、感度のばらつきを低減でき且つ感度を安定化し得る構成について鋭意研究を行った。
その結果、本発明者らは、半導体基板の第一主面（半導体基板の光入射面）が、各光感応領域に対応する領域に凹凸面を有し、絶縁膜の第三主面（第一主面に対向する面）が、第一主面の凹凸面に対応する凹凸面を有し、絶縁膜の第四主面が平坦である構成の採用により、感度のばらつきを低減でき且つ感度を安定化し得ることに想到するに至った。これは、絶縁膜の膜厚が、各光感応領域に対応する領域内で、凹凸面の形状に対応して変化していることにより、絶縁膜全体での膜厚変化の影響を吸収して抑制していることに起因する。
一方で、本発明者らは、凹凸面の形状によっては、新たな問題点が生じることも見出した。絶縁膜は、反射防止膜としても機能するが、凹凸面の形状によっては、反射率の波長特性にばらつきが生じてしまう。凹凸面が、最深部に位置する第一平坦面と、頂部に位置する第二平坦面と、第一平坦面と第二平坦面とを連結する傾斜面と、からなる場合（凹凸面の高さ（深さ）が段階的に変化する場合）、第一平坦面と第二平坦面とで形成される段差の高さを所望の値に設定することで、所定波長の光の反射率が低減される。したがって、所定波長からずれた波長の光が入射した場合には、反射率の低減効果は得られ難い。
所定波長からずれた波長の光が傾斜面の所定の位置に入射すれば、反射率の低減効果を得ることが可能である。しかしながら、傾斜面とされた領域が限られていることから、反射率の低減効果は極めて限定的である。
そこで、本発明者らは、反射率の波長特性のばらつきを低減し得る構成について更に鋭意研究を行い、本発明を想到するに至った。すなわち、凹凸面の高さ（深さ）が、段階的に変化するのではなく、連続的に変化する構成を採用することにより、半導体基板の第一主面での反射光が、幅広い波長範囲の光に対して満遍なく打ち消し合い、反射率の波長特性のばらつきを低減できる。
本発明に係る固体撮像装置は、互いに対向する第一主面と第二主面とを有し、第一主面側に複数の光感応領域が設けられた半導体基板と、互いに対向する第三主面と第四主面とを有し、第三主面が第一主面と対向するように半導体基板上に配置された絶縁膜と、を備え、半導体基板の第一主面における各光感応領域に対応する領域の、半導体基板の厚み方向に平行な断面が、凹曲線と凸曲線とが交互に連続してなる波形状であり、絶縁膜の第三主面における各光感応領域に対応する領域の、絶縁膜の厚み方向に平行な断面が、第一主面に対応して凹曲線と凸曲線とが交互に連続してなる波形状であり、絶縁膜の第四主面が平坦であることを特徴とする。
本発明に係る固体撮像装置では、絶縁膜の第四主面が平坦であるのに対し、絶縁膜の第三主面における各光感応領域に対応する領域の、絶縁膜の厚み方向に平行な断面が、第一主面に対応して凹曲線と凸曲線とが交互に連続してなる波形状である。したがって、絶縁膜の膜厚が、各光感応領域に対応する領域内で、絶縁膜の第三主面の形状に対応して変化する。これにより、絶縁膜全体での膜厚変化の影響を吸収して抑制され、感度のばらつきを低減できると共に、感度を安定化することができる。
本発明では、半導体基板の第一主面における各光感応領域に対応する領域の、半導体基板の厚み方向に平行な断面が、凹曲線と凸曲線とが交互に連続してなる波形状である。このため、第一主面における各光感応領域に対応する領域全体にわたって、上記波形状とされた第一主面の高さ（深さ）が連続的に変化する。したがって、幅広い波長範囲において、反射率の波長特性のばらつきを低減できる。
絶縁膜は、酸化膜を介して半導体基板上に配置されていてもよい。また、半導体基板には、半導体基板と異なる導電型を有する複数の半導体領域が第一主面側に配置されており、各光感応領域は、半導体基板と半導体領域とで形成されるｐｎ接合により構成されていてもよい。
本発明によれば、感度のばらつきを低減でき且つ感度を安定化することが可能な固体撮像装置を提供することができる。
本実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。 図１におけるII−II線に沿った断面構成を説明するための図である。 図２におけるIII−III線に沿った断面構成を説明するための図である。 半導体基板のみを抜き出して示す説明図である。 層間絶縁膜のみを抜き出して示す説明図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造過程を示す図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造過程を示す図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造過程を示す図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造過程を示す図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造過程を示す図である。 本実施形態に係る固体撮像装置の製造過程を示す図である。 実施例１における、波長（ｎｍ）と量子効率（Ｑ.Ｅ.）（％）との関係を示すグラフである。 比較例１における、波長（ｎｍ）と量子効率（Ｑ.Ｅ.）（％）との関係を示すグラフである。 各波長における量子効率のばらつきを示すグラフである。 比較例３における、凹凸面の形状を説明するための図である。 実施例２での各サンプル１〜３における、波長（ｎｍ）と反射率（％）との関係を示すグラフである。 比較例２での各サンプル４〜６における、波長（ｎｍ）と反射率（％）との関係を示すグラフである。 比較例３での各サンプル７〜９における、波長（ｎｍ）と反射率（％）との関係を示すグラフである。 各波長における反射率のばらつき（最大値と最小値との差）を示すグラフである。 本実施形態の変形例に係る固体撮像装置を説明するための図である。 本実施形態の変形例に係る固体撮像装置を説明するための図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
まず、図１〜図３を参照して、本実施形態に係る固体撮像装置の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す図である。図２は、図１におけるII−II線に沿った断面構成を説明するための図である。図３は、図２におけるIII−III線に沿った断面構成を説明するための図である。
固体撮像装置１は、図１に示されるように、複数の光感応領域３と、複数の転送ゲート部５と、複数のアンチブルーミングゲート部７と、複数のアンチブルーミングドレイン部９と、シフトレジスタ部１１と、を備えている。本実施形態の固体撮像装置１は、表面入射型のＩＬ（Interline transfer）−ＣＣＤイメージセンサであり、一つの光感応領域３が、一つの画素を構成している。
各光感応領域３は、光の入射に感応して、入射光強度に応じた電荷を発生する。すなわち、光感応領域３は、光電変換部として機能する。本実施形態では、光感応領域３の平面形状は、二つの長辺と二つの短辺とによって形作られる略矩形状を成している。複数の光感応領域３は、光感応領域３の長辺方向に沿う第一方向に交差する第二方向（光感応領域３の短辺方向に沿う方向）に沿うように併置されて、一次元方向にアレイ状に配置されている。光感応領域３の形状は、上述した略矩形状に限られない。
各光感応領域３に対して、当該光感応領域３を光感応領域３の短辺方向に沿う方向に挟むようにして、アイソレーション領域１３が配置されている。アイソレーション領域１３は、光感応領域３の長辺に隣接して、光感応領域３の長辺方向に沿う方向に伸びている。アイソレーション領域１３は、アイソレーション領域１３を挟んで隣り合う一対の光感応領域３を電気的に分離する。
各転送ゲート部５は、光感応領域３にそれぞれ対応し且つ光感応領域３の平面形状を成す一方の短辺側に配置されている。すなわち、複数の転送ゲート部５は、光感応領域３の平面形状を成す一方の短辺側に、上記第二方向に併置されている。転送ゲート部５は、光感応領域３にて発生した電荷を取得し、取得した電荷を信号電荷として第一方向に転送する。隣り合う転送ゲート部５の間には、アイソレーション領域１３が配置されており、転送ゲート部５間における電気的な分離を実現している。
各アンチブルーミングゲート部７は、光感応領域３にそれぞれ対応し且つ光感応領域３の平面形状を成す他方の短辺側に配置されている。すなわち、複数のアンチブルーミングゲート部７は、光感応領域３の平面形状を成す他方の短辺側に、上記第二方向に併置されている。アンチブルーミングゲート部７は、光感応領域３にて発生した電荷を取得し、取得した電荷を不要電荷として第一方向に転送する。隣り合うアンチブルーミングゲート部７の間には、アイソレーション領域１３が配置されており、アンチブルーミングゲート部７間における電気的な分離を実現している。
各アンチブルーミングドレイン部９は、アンチブルーミングゲート部７にそれぞれ対応し且つアンチブルーミングゲート部７と第一方向に隣接して配置されている。すなわち、複数のアンチブルーミングドレイン部９は、光感応領域３の平面形状を成す他方の短辺側に、上記第二方向に併置されている。アンチブルーミングドレイン部９は、所定の固定電位に接続されており、対応するアンチブルーミングゲート部７から転送された不要電荷を排出する。
シフトレジスタ部１１は、複数の転送ゲート部５に対して、各転送ゲート部５と第一方向に隣接して配置されている。シフトレジスタ部１１は、転送ゲート部５からそれぞれ転送された信号電荷を受け取り、上記第二方向に転送して、読出しアンプ部１５に順次出力する。シフトレジスタ部１１から出力された信号電荷は、読出しアンプ部１５によって電圧に変換され、第二方向に配置された光感応領域３毎の電圧として固体撮像装置１の外部に出力される。
複数の光感応領域３を除く、複数の転送ゲート部５と、複数のアンチブルーミングゲート部７と、複数のアンチブルーミングドレイン部９と、シフトレジスタ部１１と、の上方には、遮光膜ＬＳが配置されている。遮光膜ＬＳは、転送ゲート部５、アンチブルーミングゲート部７、アンチブルーミングドレイン部９、及びシフトレジスタ部１１が配置された領域を覆っており、当該領域に光が入射するのを防止している。これにより、上記領域に入射した光による不要電荷の発生を防止することができる。
複数の光感応領域３と、複数の転送ゲート部５と、複数のアンチブルーミングゲート部７と、複数のアンチブルーミングドレイン部９と、シフトレジスタ部１１は、図２及び図３に示されるように、半導体基板２０に形成されている。
半導体基板２０は、互いに対向する主面２０ａと主面２０ｂとを有している。本実施形態では、主面２０ａが半導体基板２０の光入射面である。半導体基板２０は、主面２０ｂ側に位置するｐ＋型の第一基板領域２１と、主面２０ａ側に位置するｐ型の第二基板領域２３と、を含んでいる。第二基板領域２３は、第一基板領域２１よりも不純物濃度が低い。半導体基板２０は、たとえば、ｐ型の半導体基板上に、当該半導体基板よりも不純物濃度が低いｐ−型のエピタキシャル層を成長させることにより得ることができる。
半導体基板２０は、主面２０ａ側に設けられた、ｎ型半導体領域３１、ｎ−型半導体領域３３，３５、ｐ＋型半導体領域３７，３９、及びｎ＋型半導体領域４１を含んでいる。本実施形態では、半導体基板２０は、Ｓｉからなる。半導体基板２０がＳｉからなる場合には、ｐ型不純物としてはＢなどの３族元素が用いられ、ｎ型不純物としては、Ｎ、Ｐ又はＡｓなどの５族元素が用いられる。ｎ−型半導体領域３３，３５は、ｎ型半導体領域３１よりも不純物濃度が低く、ｎ＋型半導体領域４１は、ｎ型半導体領域３１よりも不純物濃度が高い。ｐ＋型半導体領域３７，３９は、第二基板領域２３よりも不純物濃度が高い。
第二基板領域２３とｎ型半導体領域３１とはｐｎ接合を形成しており、ｎ型半導体領域３１により、光の入射により電荷を発生する光感応領域３が構成される。すなわち、第二基板領域２３とｎ型半導体領域３１とで、埋め込み型のフォトダイオードが構成されている。ｎ型半導体領域３１は、平面視で、二つの長辺と二つの短辺とによって形作られる略矩形状を成している。複数のｎ型半導体領域３１が、上記第二方向に沿うように併置されて、一次元方向にアレイ状に配置されている。各ｎ型半導体領域３１は、ｎ型半導体領域３１の短辺方向に沿う方向に併置されている。
ｎ−型半導体領域３３に対して、転送電極５１，５３が配置されている。転送電極５３は、転送電極５１と第一方向に隣接して配置されている。転送電極５１，５３は、たとえば、ポリシリコン膜からなり、酸化膜４３を介してｎ−型半導体領域３３上に形成されている。ｎ−型半導体領域３３は、ｎ型半導体領域３１の平面形状を成す一方の短辺側に配置されている。酸化膜４３は、たとえばシリコン酸化膜からなる。
転送電極５１，５３には、制御回路（図示せず）から転送信号がそれぞれ与えられる。転送電極５１と転送電極５１下のｎ−型半導体領域３３とによって、転送ゲート部５が構成される。転送電極５３と転送電極５３下のｎ−型半導体領域３３とによって、シフトレジスタ部１１が構成される。
ｎ−型半導体領域３５に対して、転送電極５５が配置されている。転送電極５５は、たとえば、ポリシリコン膜からなり、酸化膜４３を介してｎ−型半導体領域３５上に形成されている。ｎ−型半導体領域３５は、ｎ型半導体領域３１の平面形状を成す他方の短辺側に配置されている。転送電極５５には、制御回路（図示せず）から転送信号がそれぞれ与えられる。転送電極５５と及び転送電極５５下のｎ−型半導体領域３５によって、アンチブルーミングゲート部７が構成される。
ｐ＋型半導体領域３７は、ｎ型半導体領域３１の長辺側に配置されている。ｐ＋型半導体領域３７は、ｎ型半導体領域３１に隣接して、ｎ型半導体領域３１の長辺方向に沿う方向に伸びている。ｐ＋型半導体領域３７により、アイソレーション領域１３が構成される。ｐ＋型半導体領域３９は、ｎ型半導体領域３１の表面側に配置されている。ｐ＋型半導体領域３９は、たとえば接地電位に接続され、正孔が充満した状態にある。したがって、ｐ＋型半導体領域３９により、半導体基板２０の表面（主面２０ａ）近傍での暗電流の発生が抑制される。
ｎ＋型半導体領域４１は、転送電極５５下のｎ−型半導体領域３５に隣接して配置されている。ｎ＋型半導体領域４１により、アンチブルーミングドレイン部９が構成される。
固体撮像装置１は、図２及び図３に示されるように、層間絶縁膜６１，６３と表面保護膜６５を備えている。
層間絶縁膜６１は、転送電極５１，５３，５５と酸化膜４３とを覆うように、半導体基板２０上に配置されている。層間絶縁膜６１は、互いに対向する主面６１ａと主面６１ｂとを有する。層間絶縁膜６１の主面６１ａは、酸化膜４３を介して、半導体基板２０の主面２０ａに対向している。すなわち、層間絶縁膜６１は、酸化膜４３を介して主面６１ａが半導体基板２０の主面２０ａに対向するように、半導体基板２０上に配置されている。層間絶縁膜６１は、たとえばＢＰＳＧ（Boro-phospho silicate glass）からなる。層間絶縁膜６１は、反射防止膜（ＡＲ膜）としても機能する。
層間絶縁膜６１には、配線７１が形成されている。配線７１は、層間絶縁膜６１に形成されたスルーホールを通して、転送電極５１，５３，５５及びｎ＋型半導体領域４１に接続されている。
層間絶縁膜６３は、層間絶縁膜６１と配線７１とを覆うように、層間絶縁膜６１上に配置されている。層間絶縁膜６１におけるｎ型半導体領域３１（光感応領域３）に対応する領域には、層間絶縁膜６３は形成されていない。したがって、層間絶縁膜６１におけるｎ型半導体領域３１（光感応領域３）に対応する領域は、光学的に露出している。層間絶縁膜６３は、たとえばシリコン酸化膜からなる。
遮光膜ＬＳは、層間絶縁膜６３を覆うように、層間絶縁膜６３上に配置されている。遮光膜ＬＳは、たとえばアルミニウムなどの金属からなる。表面保護膜６５は、遮光膜ＬＳを覆うように、遮光膜ＬＳ上に配置されている。表面保護膜６５は、たとえばシリコン窒化膜からなる。
固体撮像装置１では、図４にも示されるように、半導体基板２０の主面２０ａにおける各光感応領域３に対応する領域Ｒ１が、凹凸面を有している。図４は、半導体基板２０のみを抜き出して示す説明図である。領域Ｒ１の半導体基板２０の厚み方向に平行な断面は、凹曲線と凸曲線とが交互に連続してなる波形状である。本実施形態では、第二方向（光感応領域３の短辺方向に沿う方向）に平行で且つ厚み方向に平行な断面において、領域Ｒ１は波形状である。したがって、凹凸面の山部及び谷部は、第一方向（光感応領域３の長辺方向に沿う方向）に伸びている。
領域Ｒ１の凹凸面の高さ（深さ）は、第二方向に沿って、連続的に且つ周期的に変化している。すなわち、領域Ｒ１の凹凸面は、平坦面を有していない。領域Ｒ１の凹凸面の凹凸パターンは、各光感応領域３において同一である。ここで同一とは、数学的に厳密な同一ではなく、実質的な同一を意味し、形状の寸法誤差又は高さ（深さ）の誤差などが±１０％以内であれば、パターンが同一であるとする。凹凸面の上記断面において、山部の頂点と谷部の最深点との距離Ｄ１は、たとえば０．０３〜１μｍである。隣接する頂点間の距離及び隣接する最深点間の距離Ｄ２は、たとえば１〜１０μｍである。
固体撮像装置１では、図５にも示されるように、層間絶縁膜６１の主面６１ａにおける各光感応領域３に対応する領域Ｒ２も、凹凸面を有している。図５は、層間絶縁膜６１のみを抜き出して示す説明図である。領域Ｒ２の層間絶縁膜６１の厚み方向に平行な断面は、領域Ｒ１の凹凸面に対応して、凹曲線と凸曲線とが交互に連続してなる波形状である。本実施形態では、第二方向に平行で且つ厚み方向に平行な断面において、領域Ｒ２は波形状である。したがって、領域Ｒ２においても、凹凸面の山部及び谷部は、第一方向に伸びている。
領域Ｒ２の凹凸面の高さ（深さ）も、領域Ｒ２の凹凸面の高さ（深さ）と同じく、第二方向に沿って、連続的に且つ周期的に変化している。すなわち、領域Ｒ２の凹凸面は、平坦面を有していない。領域Ｒ２の凹凸面の凹凸パターンは、各光感応領域３において同一である。ここで同一とは、数学的に厳密な同一ではなく、実質的な同一を意味し、形状の寸法誤差又は高さ（深さ）の誤差などが±１０％以内であれば、パターンが同一であるとする。凹凸面の上記断面において、山部の頂点と谷部の最深点との距離Ｄ３は、たとえば０．０３〜１μｍである。隣接する頂点間の距離及び隣接する最深点間の距離Ｄ４は、たとえば１〜１０μｍである。
層間絶縁膜６１の主面６１ｂは、平坦である。したがって、層間絶縁膜６１の厚みは、第二方向に平行で且つ厚み方向に平行な断面において、第二方向に沿って、連続的に且つ周期的に変化している。層間絶縁膜６１の最大厚みＴｍａｘは、たとえば０．１〜５μｍであり、層間絶縁膜６１の最小厚みＴｍｉｎは、たとえば０．１〜５μｍである。層間絶縁膜６１の平均厚みは、たとえば０．０１〜５μｍである。最大厚みＴｍａｘと最小厚みＴｍｉｎとの距離が、上記距離Ｄ３の範囲である。
続いて、図６〜図１１を参照して、上述した固体撮像装置１の製造過程を説明する。図６〜図１１は、本実施形態に係る固体撮像装置の製造過程を示す図である。
まず、半導体基板２０を用意する（図６（ａ）参照）。そして、半導体基板２０の表面を熱酸化し、ＳｉＯ２からなる絶縁膜８１を形成する（図６（ｂ）参照）。続いて、絶縁膜８１の上に、スパッタ法などによりＳｉＮＸからなる絶縁膜８３を形成し、その後、フォトレジストを用いて、複数の開口を有するように絶縁膜８３をパターニングする（図６（ｂ）参照）。これにより、開口直下の絶縁膜８１が外部に露出する。
次に、絶縁膜８３をマスクとして、絶縁膜８１の表面を選択酸化する（図７（ａ）参照）。絶縁膜８３が形成されている領域では酸化が進行せず、絶縁膜８３が形成されていない領域（開口が形成されている領域）では選択的に酸化が進行する。これにより、絶縁膜８１における選択酸化された部分の厚みが増加する。続いて、絶縁膜８１と絶縁膜８３とを、エッチングによりそれぞれ除去する（図７（ｂ）参照）。これにより、半導体基板２０の光入射面（主面２０ａ）となる領域が、凹凸面を有する。
ＳｉＮＸのエッチング液としては高温の燐酸を用いることができ、ＳｉＯ２のエッチング液としては弗酸を用いることができる。ＳｉＮＸは、ＣＦ４などを用いたドライエッチングで除去することも可能である。下地側にＳｉＯ２を使用しているため、多くの開口をＳｉＮＸからなる絶縁膜８３に形成しておけば、絶縁膜８１をウェットエッチングする際に絶縁層８３はリフトオフして除去される。
次に、半導体基板２０の表面を熱酸化し、酸化膜４３を形成する（図８（ａ）参照）。酸化膜４３は、半導体基板２０の凹凸面に対応した波形状を呈する。続いて、酸化膜４３における半導体基板２０の凹凸面に対応する領域上に、絶縁膜８５を形成し、パターニングする（図８（ａ）参照）。絶縁膜８５は、たとえばＳｉＮＸからなる。その後、半導体基板２０の表面にｐ型の不純物をイオン注入法又は拡散法を用いて添加し、ｐ＋型半導体領域３７（アイソレーション領域１３）を形成する（図８（ｂ）参照）。
次に、絶縁膜８５をマスクとして、酸化膜４３を選択酸化する（図９（ａ）参照）。これにより、酸化膜４３における絶縁膜８５から露出する領域が選択的に成長する。続いて、絶縁膜８５を除去する（図９（ｂ）参照）。
次に、酸化膜４３を介して、半導体基板２０（第二基板領域２３）に、イオン注入法を用いてｎ型の不純物を添加してｎ−型半導体領域３３，３５（不図示）を形成した後、酸化膜４３上に転送電極５１，５３，５５など（不図示）を形成する。その後、イオン注入法を用いてｎ型の不純物を添加してｎ型半導体領域３１を形成すると共に、イオン注入法を用いてｐ型の不純物を添加してｐ＋型半導体領域３９を形成する（図１０（ａ）参照）。その後、転送電極５１，５３，５５など（不図示）の上に層間絶縁膜６１を形成する（図１０（ｂ）参照）。層間絶縁膜６１における酸化膜４３に接する面は、酸化膜４３の形状、すなわち半導体基板２０の凹凸面に対応した凹凸面を有する。
図１０（ｂ）に示されるように、層間絶縁膜６１は、その表面が、半導体基板２０の凹凸面に対応して、凹凸面を有している。そこで、リフロー又はＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）などにより、層間絶縁膜６１の表面を平坦化する（図１１参照）。これにより、層間絶縁膜６１の主面６１ｂが、平坦となる。その後、配線７１、層間絶縁膜６３、遮光膜ＬＳ、及び表面保護膜６５を所望の位置に形成する。
これらの過程により、固体撮像装置１が得られる。
以上のように、本実施形態では、層間絶縁膜６１の主面６１ｂが平坦であるのに対し、層間絶縁膜６１の主面６１ａは、各光感応領域３に対応する領域Ｒ２において、半導体基板２０の主面２０ａにおける領域Ｒ１が有する凹凸面に対応した凹凸面を有する。領域Ｒ２の凹凸面は、層間絶縁膜６１の厚み方向に平行な断面で、凹曲線と凸曲線とが交互に連続してなる波形状である。したがって、層間絶縁膜６１の膜厚が、上記領域Ｒ２内で、領域Ｒ２の凹凸面の形状に対応して変化する。これにより、層間絶縁膜６１全体での膜厚変化の影響を吸収して抑制され、感度のばらつきを低減できると共に、感度を安定化することができる。
半導体基板２０の主面２０ａにおける領域Ｒ１が有する凹凸面は、半導体基板２０の厚み方向に平行な断面で、凹曲線と凸曲線とが交互に連続してなる波形状である。このため、領域Ｒ１全体にわたって、波形状とされた凹凸面の高さ（深さ）が連続的に変化する。したがって、幅広い波長範囲において、反射率の波長特性のばらつきを低減できる。
ここで、固体撮像装置１において感度のばらつきを低減でき且つ感度を安定化し得る効果を、比較例１との比較結果に基づいて説明する。実施例１として、上述した実施形態の固体撮像装置１を用いた。比較例１として、実施例１（図３参照）における半導体基板２０の主面２０ａ及び層間絶縁膜６１の主面６１ａが平坦とされた固体撮像装置を作製した。比較例１に係る固体撮像装置は、半導体基板２０の主面２０ａ及び層間絶縁膜６１の主面６１ａが平坦である点を除いて、固体撮像装置１と同じ構成である。
実施例１として用いた固体撮像装置１では、層間絶縁膜６１の最大厚みＴｍａｘは、６３０ｎｍに設定され、層間絶縁膜６１の最小厚みＴｍｉｎは、５３０ｎｍに設定され、層間絶縁膜６１の平均厚みは、５８０ｎｍに設定されている。すなわち、領域Ｒ２の凹凸面における、山部の頂点と谷部の最深点との距離Ｄ３は、１００ｎｍである。比較例１に係る固体撮像装置では、層間絶縁膜６１の厚みが５８０ｎｍに設定されている。
実施例１及び比較例１の感度特性を測定した。ここでは、実施例１と比較例１とにおいて、所定の位置にある複数の光感応領域での量子効率の波長特性をそれぞれ測定した。具体的には、５つの光感応領域それぞれでの量子効率の波長特性を測定した。測定結果を、図１２〜図１４に示す。図１２は、実施例１における、波長（ｎｍ）と量子効率（Ｑ.Ｅ.）（％）との関係を示すグラフである。図１３は、比較例１における、波長（ｎｍ）と量子効率（Ｑ.Ｅ.）（％）との関係を示すグラフである。図１４は、各波長における量子効率のばらつき（最大値と最小値との差）を示すグラフである。
図１２〜図１４から分かるように、実施例１は、比較例１に比して、感度のばらつきが低減されている。具体的には、実施例１における感度のばらつきの最大値は、１２％であるのに対し、比較例１における感度のばらつきの最大値は、２４％である。また、図１２と図１３との対比から、実施例１は、比較例１に比して、感度特性の波打ちが少なく、感度特性の安定化が図られている。
次に、固体撮像装置１において反射率の波長特性のばらつきを低減し得る効果を、比較例２及び３との比較結果に基づいて説明する。ここでは、シミュレーションによって、実施例２並びに比較例２及び３の反射率の波長特性を求めた。実施例２のシミュレーションでは、上述した実施形態の固体撮像装置１と同じ構成を採用した。比較例２のシミュレーションでは、実施例２（図３参照）における半導体基板２０の主面２０ａ及び層間絶縁膜６１の主面６１ａが平坦とされた構成を採用した。比較例３のシミュレーションでは、上述した凹凸面の形状が異なる構成を採用した。具体的には、比較例３での構成は、図１５に示されるように、凹凸面が、最深部に位置する第一平坦面Ｆ１と、頂部に位置する第二平坦面Ｆ２と、第一平坦面Ｆ１と第二平坦面Ｆ２とを連結する傾斜面Ｆ３と、からなる点を除いて、実施例２での構成と同じである。
実施例２では、シミュレーションモデルとしてサンプル１〜３を採用し、比較例３では、シミュレーションモデルとしてサンプル７〜９を採用した。サンプル１及び７では、層間絶縁膜６１の最大厚みＴｍａｘが５４５ｎｍに設定され、層間絶縁膜６１の最小厚みが４５５ｎｍに設定され、層間絶縁膜６１の平均厚みが５００ｎｍに設定されている。サンプル２及び８では、層間絶縁膜６１の最大厚みＴｍａｘが５２０ｎｍに設定され、層間絶縁膜６１の最小厚みが４３０ｎｍに設定され、層間絶縁膜６１の平均厚みが４７５ｎｍに設定されている。サンプル３及び９では、層間絶縁膜６１の最大厚みＴｍａｘが５７０ｎｍに設定され、層間絶縁膜６１の最小厚みが４８０ｎｍに設定され、層間絶縁膜６１の平均厚みが５２５ｎｍに設定されている。サンプル１〜３及び７〜９では、層間絶縁膜６１の平均厚みが、５００ｎｍ±２５ｎｍ（層間絶縁膜６１の平均厚みの５％）の範囲でばらついている。サンプル１〜３及び７〜９において、凹凸面における山部の頂点と谷部の最深点との距離は、９０ｎｍである。
比較例２では、シミュレーションモデルとしてサンプル４〜６を採用した。サンプル４では、層間絶縁膜６１の厚みが５００ｎｍに設定されている。サンプル５では、層間絶縁膜６１の厚みが４７５ｎｍに設定されている。サンプル６では、層間絶縁膜６１の厚みが５２５ｎｍに設定されている。すなわち、サンプル４〜６では、層間絶縁膜６１の厚みが、５００ｎｍ±２５ｎｍ（層間絶縁膜６１の厚みの５％）の範囲でばらついている。
シミュレーション結果を、図１６〜図１９に示す。図１６は、実施例２での各サンプル１〜３における、波長（ｎｍ）と反射率（％）との関係を示すグラフである。図１７は、比較例２での各サンプル４〜６における、波長（ｎｍ）と反射率（％）との関係を示すグラフである。図１８は、比較例３での各サンプル７〜９における、波長（ｎｍ）と反射率（％）との関係を示すグラフである。図１９は、各波長における反射率のばらつき（最大値と最小値との差）を示すグラフである。
図１６〜図１７から分かるように、実施例２は、比較例２及び３に比して、反射率の波長特性のばらつきが低減されている。具体的には、実施例２における反射率のばらつきの最大値は、１１％であるのに対し、比較例２における反射率のばらつきの最大値は、２８％であり、比較例３における反射率のばらつきの最大値は、１９％である。
以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
領域Ｒ１及び領域Ｒ２の凹凸面の形状は、上述した形状に限られない。図２０に示されるように、領域Ｒ１及び領域Ｒ２の凹凸面は、第一方向（光感応領域３の長辺方向に沿う方向）に平行で且つ厚み方向に平行な断面において、波形状であってもよい。図２１に示されるように、領域Ｒ１及び領域Ｒ２の凹凸面は、第一方向に平行で且つ厚み方向に平行な断面と第二方向に平行で且つ厚み方向に平行な断面とにおいて、波形状であってもよい。図２０及び図２１は本実施形態の変形例に係る固体撮像装置を説明するための図であり、各（ａ）は半導体基板のみを抜き出して示す説明図であり、各（ｂ）は層間絶縁膜のみを抜き出して示す説明図である。
ｐ型及びｎ型の各導電型は、上述したものとは逆になるよう入れ替えられていてもよい。
本発明は、ＣＭＯＳイメージセンサなどの、フォトダイオードを受光部とするイメージセンサにも適用できる。
１…固体撮像装置、３…光感応領域、２０…半導体基板、２０ａ，２０ｂ…主面、３１…ｎ型半導体領域、４３…酸化膜、６１…層間絶縁膜、６１ａ，６１ｂ…主面。

Claims (3)

  1. 互いに対向する第一主面と第二主面とを有し、前記第一主面側に複数の光感応領域が設けられた半導体基板と、
    互いに対向する第三主面と第四主面とを有し、前記第三主面が前記半導体基板の光入射面である前記第一主面と対向するように前記半導体基板上に配置された反射防止膜である絶縁膜と、を備え、
    前記半導体基板の前記第一主面における各前記光感応領域に対応する領域の、前記半導体基板の厚み方向に平行な断面が、凹曲線と凸曲線とが交互に連続してなる波形状であり、
    前記絶縁膜の前記第三主面における各前記光感応領域に対応する領域の、前記絶縁膜の厚み方向に平行な断面が、前記第一主面に対応して凹曲線と凸曲線とが交互に連続してなる波形状であり、
    前記絶縁膜の前記第四主面が平坦であることを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記絶縁膜は、酸化膜を介して前記半導体基板上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記半導体基板には、前記半導体基板と異なる導電型を有する複数の半導体領域が前記第一主面側に配置されており、
    各前記光感応領域は、前記半導体基板と前記半導体領域とで形成されるｐｎ接合により構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
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