(57)【要約】【課題】受光領域を覆う絶縁膜の透過率を向上させる技術を提供することを目的とする。【解決手段】複数の受光領域を備える固体撮像装置が提供される。複数の受光領域のそれぞれの上に、赤色、青色、及び緑色の何れかの光を透過するカラーフィルタが形成されており、赤色又は青色の光を透過するのカラーフィルタが形成されている受光領域の上には、当該受光領域と当該カラーフィルタとの間に、第１の光透過膜、第１の反射防止膜、第２の光透過膜、第２の反射防止膜、及び第３の光透過膜が順に形成されており、緑色の光を透過するカラーフィルタが形成されている受光領域の上には、当該受光領域と当該カラーフィルタとの間に、第１の光透過膜、第１の反射防止膜、第２の光透過膜、及び第３の光透過膜が順に形成されており、第１及び第２の反射防止膜の屈折率は、第１乃至第３の光透過膜の何れの屈折率よりも高いことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光領域を備える固体撮像装置であって、
前記複数の受光領域のそれぞれの上に、赤色、青色、及び緑色の何れかの光を透過するカラーフィルタが形成されており、
赤色又は青色の光を透過するのカラーフィルタが形成されている受光領域の上には、当該受光領域と当該カラーフィルタとの間に、第１の光透過膜、第１の反射防止膜、第２の光透過膜、第２の反射防止膜、及び第３の光透過膜が順に形成されており、
緑色の光を透過するカラーフィルタが形成されている受光領域の上には、当該受光領域と当該カラーフィルタとの間に、第１の光透過膜、第１の反射防止膜、第２の光透過膜、及び第３の光透過膜が順に形成されており、
前記第１及び第２の反射防止膜の屈折率は、前記第１の光透過膜、前記第２の光透過膜、及び前記第３の光透過膜の何れの屈折率よりも高いことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１及び第２の反射防止膜は窒化シリコンにより形成されており、前記第１の光透過膜、前記第２の光透過膜、及び前記第３の光透過膜は酸化シリコンにより形成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。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置によって得られた信号を処理する信号処理部と
を備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳを利用した固体撮像装置では、入射光を電気信号へ変換する受光領域まで光を透過できるように、受光領域を覆う絶縁膜が透明膜で形成されている。入射光は、例えば屈折率が約１の空気中から屈折率が約１．４６の酸化膜を透過し、さらに屈折率が約３〜５のシリコンである受光領域へ入射する。このように透明膜を光が透過する際に、屈折率が低い物質から高い物質へ光が入射することにより、屈折率の差異に応じて界面で反射が生じ、その結果として受光領域への光の入射効率が悪化する。微細化された固体撮像装置においては受光領域に入射される光量が減少してしまうことは特に問題となる。これに対して、特許文献１に記載された技術では、受光領域への入射効率を改善するために、シリコンとシリコン酸化膜との中間の屈折率を有するシリコン窒化膜を酸化膜上に積層して光の反射を低減している。また、特許文献２に記載された技術では、固体撮像装置における感度の向上を目的として、受光領域直上の光透過膜に孔部を形成し、この孔部内に酸化シリコンを充填して導波路を形成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２２８４２５号公報
【特許文献２】特開２００４−２２１５３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載された技術では、入射光の波長を考慮せず、すべての受光領域に対して同一の構成となっているため、十分に透過率の向上を図れていない。また、特許文献２に記載された技術でも、やはり入射光の波長が考慮されていない。そこで本発明は、受光領域を覆う絶縁膜の透過率を向上させる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態では、複数の受光領域を備える固体撮像装置であって、前記複数の受光領域のそれぞれの上に、赤色、青色、及び緑色の何れかの光を透過するカラーフィルタが形成されており、赤色又は青色の光を透過するのカラーフィルタが形成されている受光領域の上には、当該受光領域と当該カラーフィルタとの間に、第１の光透過膜、第１の反射防止膜、第２の光透過膜、第２の反射防止膜、及び第３の光透過膜が順に形成されており、緑色の光を透過するカラーフィルタが形成されている受光領域の上には、当該受光領域と当該カラーフィルタとの間に、第１の光透過膜、第１の反射防止膜、第２の光透過膜、及び第３の光透過膜が順に形成されており、前記第１及び第２の反射防止膜の屈折率は、前記第１乃至第３の光透過膜の何れの屈折率よりも高いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、受光領域を覆う絶縁膜の透過率を向上させる技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態の固体撮像装置１００の断面図を説明する図。
【図２】入射光の波長と透過率との関係を説明するグラフ。
【図３】本発明の実施形態の固体撮像装置１００の製造方法を説明する図。
【図４】本発明の実施形態の撮像装置の概略構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付の図面を参照して、以下に本発明の実施形態を説明する。図１は本発明の実施形態に係る例示的な固体撮像装置１００の断面図の一部である。固体撮像装置１００において、シリコン等で形成された半導体基板１０１に、入射した光を光電変換する受光領域１０２ａ、１０２ｂが形成されている。受光領域１０２ａは青色の画素用であり、受光領域１０２ｂは緑色の画素用である。赤色の画素用の受光領域は受光領域１０２ａと同様の構造であるため、図示しない。固体撮像装置１００への入射光は、青色を透過するカラーフィルタ１１１ａにより青色の成分が受光領域１０２ａにおいて受光され、緑色を透過するカラーフィルタ１１１ｂにより緑色の成分が受光領域１０２ｂにおいて受光される。図示していないが、赤色を透過するカラーフィルタにより赤色の成分が赤色の画素用の受光領域において受光される。半導体基板１０１上にゲート絶縁膜を介してゲート電極１０６が形成されている。受光領域１０２ａ、１０２ｂ及びゲート電極１０６の上には、光透過膜１０３を介して反射防止膜１０４が形成されている。受光領域ａにおいて、反射防止膜１０４の上には、光透過膜１０３を介してさらに反射防止膜１０５が形成されている。図示しないが、赤色の画素用の受光領域の上にも同様に反射防止膜１０５が形成されている。一方、受光領域１０２ｂにおける反射防止膜１０４の上には反射防止膜１０５は形成されていない。ゲート電極の上には、ビア１０８を介して接続された配線１０７、１０９が形成されている。図１では配線は２層にわたって形成されているが、何層であってもかまわない。配線１０７、１０９は例えばアルミニウム等で形成され、ビア１０８は例えばタングステンで形成される。
【０００９】
光透過膜１０３の上には、パッシベーション膜１１０、平坦化膜１１４、カラーフィルタ１１１ａ、１１１ｂ、平坦化膜１１５、及びマイクロレンズ１１３が順に形成されている。パッシベーション膜１１０は例えばシリコン窒化膜であり、水分等の浸入を防止する。カラーフィルタ１１１ａ、１１１ｂは特定の波長の入射光のみを透過させるためのフィルタである。受光領域１０２ａの上には青色の光を透過するカラーフィルタ１１１ａが形成されている。受光領域１０２ｂの上には緑色の光を透過するカラーフィルタ１１１ｂが形成されている。図示しないが、赤色の画素用の受光領域の上には赤色の光を透過するカラーフィルタが形成されている。平坦化膜１１５は例えば有機材料で形成される。マイクロレンズ１１３は入射光を受光領域１０２ａ、１０２ｂに集光する。
【００１０】
本実施形態において、反射防止膜１０４、１０５は、光透過膜１０３よりも屈折率が高い材料で形成される。例えば、反射防止膜１０４、１０５は屈折率が２．０である窒化シリコンで形成され、光透過膜１０３は屈折率が１．４６である酸化シリコンで形成される。
【００１１】
周囲を取り囲む光透過膜よりも屈折率が高い反射防止膜を１層に形成した場合と２層に形成した場合における、入射光の波長と透過率との関係を図２を用いて説明する。グラフ２０１は反射防止膜を２層に形成した場合における入射光の波長と透過率との関係を表したものであり、グラフ２０２は反射防止膜を１層に形成した場合における入射光の波長と透過率との関係を表したものである。入射光の透過率は、各膜の膜厚と屈折率とに基づいて、理論的に算出される。そこで、グラフ２０１及びグラフ２０２の作成に当たって、光透過膜には屈折率が１．４６のシリコン酸化膜を用い、反射防止膜には屈折率が２．０のシリコン窒化膜を用いた。さらに、グラフ２０１において、各膜の膜厚は、基板と第１の反射防止膜との間の光透過膜を１５ｎｍ、第１の反射防止膜を５０ｎｍ、第１の反射防止膜と第２の反射防止膜との間の光透過膜を１８０ｎｍ、及び第２の反射防止膜を２００ｎｍとした。一方、グラフ２０２において、各膜の膜厚は、基板と第１の反射防止膜との間の光透過膜を１５ｎｍ、第１の反射防止膜を５０ｎｍ、及び第１の反射防止膜の上の光透過膜を３８０ｎｍとした。
【００１２】
グラフ２０１、２０２を比較すると、波長が４５０ｎｍである青色の入射光と波長が６５０ｎｍである赤色の入射光では、反射防止膜を２層に形成した場合の透過率の方が高いことがわかる。一方、波長が５００ｎｍである緑色の入射光では、反射防止膜を１層に形成した場合の透過率の方が高いことがわかる。そこで、本実施形態の固体撮像装置１００では、青色の画素用の受光領域１０２ａ及び赤色の画素用の受光領域（不図示）の上に２層の反射防止膜１０４、１０５を形成し、緑色の画素用の受光領域１０２ｂの上に１層の反射防止膜１０４を形成する。反射防止膜１０４、１０５が窒化シリコンで形成され且つ光透過膜が酸化シリコンで形成される場合には、反射防止膜１０５の膜厚が１８０ｎｍ以上２２０ｎｍ以下であることが望ましい。また、反射防止膜１０４と反射防止膜１０５との間の光透過膜の膜圧が１６０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが望ましい。
【００１３】
続いて、図３を用いて固体撮像装置１００の製造方法を説明する。図３（ａ）に示すように、半導体基板１０１にフォトダイオード等の受光領域１０２ａ、１０２ｂを形成する。受光領域１０２ａ、１０２ｂは既存の方法を用いて形成されればよい。次に、半導体基板１０１の上に、各トランジスタのゲート絶縁膜及びゲート電極１０６を形成する。次に、受光領域１０２ａ、１０２ｂ及びゲート電極１０６の上にシリコン酸化膜等の光透過膜１０３ａ（第１の光透過膜）を形成し、さらにその上にシリコン窒化膜等の反射防止膜１０４を形成する。反射防止膜１０４は、受光領域１０２ａ、１０２ｂを覆い、ゲート電極１０６にかかるようにエッチングされる。ここで、反射防止膜１０４は、対応する受光領域１０２ａ及び１０２ｂに応じて、異なる膜厚を有している。この反射防止膜１０４の膜厚は、エッチングによって調整することが出来る。反射防止膜１０４は受光領域１０２ａ及び１０２ｂにて等しい膜厚であってもよい。さらに、その上からシリコン酸化膜等の光透過膜１０３ｂ（第２の光透過膜）を形成する。
【００１４】
続いて、図３（ｂ）に示すように、光透過膜１０３ｂが目標の膜厚となるまでを化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）等により研磨する。前述の通り、光透過膜１０３ｂの膜厚は受光領域上において１６０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが望ましい。その上に、シリコン窒化膜等の反射防止膜１０５を化学気相成長法（ＣＶＤ）等を用いて形成する。反射防止膜１０５を成膜する際の条件は、例えば設定温度を４００℃、圧力を４．５Ｔｏｒｒ、ＲＦ電力を５６０Ｗ、ＳｉＨ４流量を２１５ｓｃｃｍ、ＮＨ３流量を７０ｓｃｃｍ、Ｎ２流量を３０００ｓｃｃｍとし、３秒間で２００ｎｍの膜厚に形成する。そして、反射防止膜１０５に対して露光処理、エッチングを行い、青色用又は赤色用の受光領域１０２ａの上には反射防止膜１０５を残しつつ、緑色用の受光領域１０２ｂの上からは反射防止膜１０５を除去する。
【００１５】
続いて、図３（ｃ）に示すように、反射防止膜１０５を覆ってシリコン酸化膜等の光透過膜１０３ｃ（第３の光透過膜）を成膜して、ＣＭＰによりこの光透過膜１０３ｃを平坦化する。次に、レジストを塗布した後に露光して、光透過膜１０３ｃをエッチングにより除去することで、コンタクトホールを形成する。Ｔｉ、ＴｉＮ等でタングステンの拡散を抑制する拡散抑制膜を形成した後に、コンタクトホールにタングステン等を埋め込んで、コンタクトが形成される（不図示）。次に、平坦化された光透過膜１０３ｃの上に、アルミニウム等の配線層を物理気相成長法（ＰＶＤ）により形成し、配線層に対して露光処理、エッチングを行って配線１０７を形成する。
【００１６】
続いて、図３（ｄ）に示すように、シリコン酸化膜等の光透過膜１０３ｄを成膜した後にＣＭＰによりこれを平坦化にする。次に、レジストを塗布した後に露光して、光透過膜１０３ｄをエッチングにより除去することで、ビアホールを形成する。Ｔｉ、ＴｉＮ等でタングステンの拡散を抑制する拡散抑制膜を形成した後に、ビアホールにタングステン等を埋め込んで、ビア１０８が形成される。さらに、ＣＭＰを行ってビア１０８以外のタングステンを除去する。次に、アルミニウム等で配線１０９を形成して、その上にシリコン酸化膜等の光透過膜を形成してＣＭＰにより平坦化する。その後に、シリコン窒化膜などのパッシベーション膜１１０、有機材料等の平坦化膜１１４を形成する。
【００１７】
次に図１に示すようにカラーフィルタ１１１，１１１ａを形成する。例えば、カラーフィルタの塗布した上にレジストを塗布して、露光、エッチングを行って不要部分を取り去ることで各色のカラーフィルタを形成する。さらにその上に平坦化膜１１５とマイクロレンズ１１３とを形成する。
【００１８】
本実施形態の固体撮像装置１００は、青色及び赤色のカラーフィルタを有する受光領域上に２層の反射防止膜が形成され、緑色のカラーフィルタを有する受光領域上に１層の反射防止膜が形成されている。これにより、受光領域を覆う絶縁膜の透過率が向上する。
【００１９】
本実施形態において、反射防止膜１０４はゲート電極１０６にかからなくてもよい。しかし、ゲート電極１０６上に反射防止膜１０４の端部がかかることによって、反射防止膜１０４を形成するエッチング時の受光領域へのダメージを低減することが可能である。
【００２０】
＜その他の実施形態＞
図４は、本発明の好適な実施形態の撮像装置（カメラ）の概略構成を示す図である。撮像装置４００は、上記の実施形態の固体撮像素子に代表される固体撮像装置４０４を備える。
【００２１】
被写体の光学像は、レンズ４０２によって固体撮像装置４０４の撮像面に結像する。レンズ４０２の外側には、レンズ４０２のプロテクト機能とメインスイッチを兼ねるバリア４０１が設けられうる。レンズ４０２には、それから出射される光の光量を調節するための絞り４０３が設けられうる。固体撮像装置４０４から複数チャンネルで出力される撮像信号は、撮像信号処理回路４０５によって各種の補正、クランプ等の処理が施される。撮像信号処理回路４０５から複数チャンネルで出力される撮像信号は、Ａ／Ｄ変換器４０６でアナログ−ディジタル変換される。Ａ／Ｄ変換器４０６から出力される画像データは、信号処理部４０７によって各種の補正、データ圧縮などがなされる。固体撮像装置４０４、撮像信号処理回路４０５、Ａ／Ｄ変換器４０６及び信号処理部４０７は、タイミング発生部４０８が発生するタイミング信号にしたがって動作する。
【００２２】
ブロック４０５〜４０８は、固体撮像装置４０４と同一チップ上に形成されてもよい。撮像装置４００の各ブロックは、全体制御・演算部４０９によって制御される。撮像装置４００は、その他、画像データを一時的に記憶するためのメモリ部４１０、記録媒体への画像の記録又は読み出しのための記録媒体制御インターフェース（Ｉ／Ｆ）部４１１を備える。記録媒体４１２は、半導体メモリ等を含んで構成され、着脱が可能である。撮像装置４００は、外部コンピュータ等と通信するための外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）部４１３を備えてもよい。
【００２３】
次に、図４に示す撮像装置４００の動作について説明する。バリア４０１のオープンに応じて、メイン電源、コントロール系の電源、Ａ／Ｄ変換器４０６等の撮像系回路の電源が順にオンする。その後、露光量を制御するために、全体制御・演算部４０９が絞り４０３を開放にする。固体撮像装置４０４から出力された信号は、撮像信号処理回路４０５をスルーしてＡ／Ｄ変換器４０６へ提供される。Ａ／Ｄ変換器４０６は、その信号をＡ／Ｄ変換して信号処理部４０７に出力する。信号処理部４０７は、そのデータを処理して全体制御・演算部４０９に提供し、全体制御・演算部４０９において露出量を決定する演算を行う。全体制御・演算部４０９は、決定した露出量に基づいて絞り４０３を制御する。
【００２４】
次に、全体制御・演算部４０９は、固体撮像装置４０４から出力され信号処理部４０７で処理された信号にから高周波成分を取り出して、高周波成分に基づいて被写体までの距離を演算する。その後、レンズ４０２を駆動して、合焦か否かを判断する。合焦していないと判断したときは、再びレンズ４０２を駆動し、距離を演算する。
【００２５】
そして、合焦が確認された後に本露光が始まる。露光が終了すると、固体撮像装置４０４から出力された撮像信号は、撮像信号処理回路４０５において補正等がされ、Ａ／Ｄ変換器４０６でＡ／Ｄ変換され、信号処理部４０７で処理される。信号処理部４０７で処理された画像データは、全体制御・演算部４０９によりメモリ部４１０に蓄積される。
【００２６】
その後、メモリ部４１０に蓄積された画像データは、全体制御・演算部４０９の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部４１１を介して記録媒体４１２に記録される。また、画像データは、外部Ｉ／Ｆ部４１３を通してコンピュータ等に提供されて処理されうる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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