(57)【要約】  【課題】  反射防止膜による反射防止効果を実質的に損なうことなく、暗電流を低減するために必要な基板への水素の供給が効果的に行われ、出力画像の画質が良好で高感度の固体撮像素子を提供する。  【解決手段】  半導体基板１と、半導体基板内に形成された複数の受光部２と、受光部の上方に形成された反射防止膜６とを備え、反射防止膜は、各受光部の上方の一部に開口６ａを有する。【選択図】  図１
2005033110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、前記半導体基板内に形成された複数の受光部と、前記受光部の上方に形成された反射防止膜とを備えた固体撮像素子において、前記反射防止膜は、前記各受光部の上方の一部に開口を有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
半導体基板と、前記半導体基板内に形成された複数の受光部と、前記受光部の上方に形成された反射防止膜と、入射光に含まれる複数の色の成分毎に各々前記各受光部に入射させる光学部材とを備えた固体撮像素子において、前記反射防止膜は、少なくとも１つの色を受光する前記受光部の上方の一部あるいは全部に前記開口を有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
第１の波長の光を受光する受光部の上方の前記反射防止膜は、その一部あるいは全部に前記開口を有し、前記第１の波長より長波長である第２の波長の光を受光する受光部の上方の前記反射防止膜は、前記開口を有さない請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記反射防止膜の前記開口は、前記受光部の上部外周部に配置されている請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記反射防止膜の材質はシリコン窒化膜である請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
半導体基板内に受光部を形成する工程と、前記受光部の上方に反射防止膜を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法において、前記反射防止膜を形成する工程は、前記受光部上方に位置する反射防止膜の一部をエッチング法によって除去する工程、または前記受光部上方の一部を除いた領域に反射防止膜を形成する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
半導体基板内に受光部を形成する工程と、前記受光部の上方に反射防止膜を形成する工程と、入射光に含まれる複数の色の成分毎に各々前記各受光部に入射させる光学部材を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法において、前記反射防止膜を形成する工程は、少なくとも１つの色を受光する前記受光部の上方に位置する前記反射防止膜の一部あるいは全部をエッチング法によって除去する工程、または、少なくとも１つの色を受光する前記受光部の上方の一部あるいは全部を除いた領域に前記反射防止膜を形成する工程を含むことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像素子に関するものであり、さらに詳しくは、出力画像の画質、及び感度を改善した固体撮像素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、固体撮像素子としては信号電荷の読み出しにＣＣＤ（電荷結合素子）を使用したものが主流となっている。そして、高解像度化と光学システム系の小型化を図るため固体撮像素子の高画素化・小型化が進むに伴い、感度の向上が課題となっている。
【０００３】
一般に、カラーカメラ等に用いられる固体撮像素子は、光電変換によって信号電荷を得るための受光部を形成したシリコン基板上に、絶縁膜を介して転送電極が形成され、さらに、層間絶縁膜、受光部上方に開口を有する遮光膜、表面保護膜、平坦化膜、カラーフィルター、マイクロレンズが順に積層された構造を有している。受光部はＣＣＤ部と交互に並ぶように二次元的に配置されており、一対の受光部とＣＣＤ部が一画素を構成している。マイクロレンズで集光された入射可視光は、カラーフィルターにより、画素ごとに赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）の３原色に分離される。分離された赤色光はＲ用受光部に入射され、緑色光はＧ用受光部に入射され、青色光はＢ用受光部に入射される。
【０００４】
このような固体撮像素子においては、層間絶縁膜として使用されるシリコン酸化膜とシリコン基板の屈折率の差により、シリコン基板表面において入射光が反射するためにフォトダイオードまで到達する光が損失し、感度の低下を招くという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するため、シリコン基板と層間絶縁膜との間にシリコン窒化膜からなる反射防止膜を設けることにより、多重干渉効果を利用して入射光の反射を低減し、感度の向上を図ることが提案されている（特許文献１、特許文献２参照）。
【０００６】
ところが、従来の固体撮像素子において反射防止膜として使用されるシリコン窒化膜は、結晶構造が緻密であるために水素の透過性が悪く、暗電流を低減するために必要な基板への水素の供給が阻害されて、画質の向上を十分に図ることが困難であるという問題があった。この問題を解決するため、シリコン基板上の絶縁膜をＬＰＣＶＤ法（Low pressure chemical vapor deposition）によるシリコン酸化膜で形成し、転送電極上の反射防止膜の一部を取り除くことが提案されている（特許文献３参照）。
【特許文献１】特開平４−１５２６７４号公報
【特許文献２】特開平４−２０６５７１号公報
【特許文献３】特開２０００−１２８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献３における固体撮像素子のように転送電極上の反射防止膜の一部を取り除く場合、シリコン基板上の絶縁膜として使用される膜は水素透過性の良い膜でないと、画質の向上を十分に図ることが困難であるという問題があった。
【０００８】
また、従来の固体撮像素子においては、Ｒ用受光部、Ｇ用受光部、Ｂ用受光部のすべてにおいて同じ膜厚であり、従って、反射防止膜の膜厚が特定の波長に対して最も反射率が低減される設定になっている。そのため、全ての波長領域の可視光に対して入射光の反射を十分に低減することはできず、カラーカメラ等に用いられる固体撮像素子の感度を十分に高めることは困難であった。
【０００９】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであって、反射防止膜による反射防止効果を実質的に損なうことなく、暗電流を低減するために必要な基板への水素の供給が効果的に行われ、出力画像の画質が良好で高感度の固体撮像素子、及びその製造方法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】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明の固体撮像素子は、半導体基板と、前記半導体基板内に形成された複数の受光部と、前記受光部の上方に形成された反射防止膜とを備え、前記反射防止膜は、前記各受光部の上方の一部に開口を有する。
【００１１】
本発明の他の構成の固体撮像素子は、半導体基板と、前記半導体基板内に形成された複数の受光部と、前記受光部の上方に形成された反射防止膜と、入射光に含まれる複数の色の成分毎に各々前記各受光部に入射させる光学部材とを備える。前記反射防止膜は、少なくとも１つの色を受光する前記受光部の上方の一部あるいは全部に前記開口を有する。
【００１２】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板内に受光部を形成する工程と、前記受光部の上方に反射防止膜を形成する工程とを含み、前記反射防止膜を形成する工程は、前記受光部上方に位置する反射防止膜の一部をエッチング法によって除去する工程、または前記受光部上方の一部を除いた領域に反射防止膜を形成する工程を含む。
【００１３】
本発明の他の構成の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板内に受光部を形成する工程と、前記受光部の上方に反射防止膜を形成する工程と、入射光に含まれる複数の色の成分毎に各々前記各受光部に入射させる光学部材を形成する工程とを含む。前記反射防止膜を形成する工程は、少なくとも１つの色を受光する前記受光部の上方に位置する前記反射防止膜の一部あるいは全部をエッチング法によって除去する工程、または、少なくとも１つの色を受光する前記受光部の上方の一部あるいは全部を除いた領域に前記反射防止膜を形成する工程を含む。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の固体撮像素子によれば、反射防止膜が、受光部の上方の一部に開口を有することにより、暗電流を低減するために必要な基板への水素の供給を効果的に行うことができ、従来に比べて高画質の撮像信号を得ることができる。しかも、反射防止膜の一部における反射防止効果が失われるのみであるため、受光部への入射光に対する反射防止効果を実質的に損なうことなく、従来に比べて高画質の撮像信号を得ることができる。
【００１５】
本発明の他の構成の固体撮像素子によれば、反射防止膜が、少なくとも１つの色を受光する前記受光部の上方の一部あるいは全部に前記開口を有する構成であることにより、反射防止効果の低下による感度低下を回避するために反射防止膜への開口形成が制限される場合においても、実質的な感度低下を発生させずに、画質の向上を十分に図ることができる。例えば、反射防止膜の厚さが、赤色用受光部、緑色用受光部、青色用受光部のすべてに対して一様であって、赤色光から緑色光の波長領域に対して最も反射率が低減される反射防止膜の膜厚に設定される場合、青色用受光部の上方の反射防止膜に開口があっても実質的な感度低下は発生しない。
【００１６】
本発明の固体撮像素子の製造方法によれば、上記構成の固体撮像素子を容易に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明の固体撮像素子において好ましくは、第１の波長の光を受光する受光部の上方の反射防止膜は、その一部あるいは全部に開口を有し、第１の波長より長波長である第２の波長の光を受光する受光部の上方の反射防止膜は、開口を有さない構成とする。この構成によれば、例えば、赤色光と緑色光の波長領域に対して最も反射率が低減される反射防止膜の膜厚を設定した場合、青色光に対する反射率は反射防止膜がない場合とほとんど変化がないため、反射防止膜に開口が存在することによる感度低下の問題を最小限に抑制することができる。
【００１８】
以上のいずれかの構成の固体撮像素子において、好ましくは、反射防止膜の開口は、受光部の上部外周部に配置される。反射防止膜が形成されていない部分が受光部の周辺部である場合、反射防止効果の低下による感度低下の問題はほとんどない。その結果、カラーカメラ等に用いられる固体撮像素子の感度を低下させることなく画質の向上を図ることができる。
【００１９】
反射防止膜の材質はシリコン窒化膜とすることができる。また、反射防止の観点からは反射防止膜の開口部分は小さい方が好ましい。更に、受光部の形状が多角形の場合、反射防止膜の開口部分は角部に配置されることが好ましい。一方、いわゆる白キズ欠陥や暗電流等の画質の観点からは、特定の色の光、好ましくは青色光を受光する受光部の全面において反射防止膜が形成されていない構成とする。この構成によれば、暗電流を低減するために必要な基板への水素の供給が阻害されないため、画質の向上を十分に図ることができる。
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における固体撮像素子の構成を示す。図１（ａ）は断面図、（ｂ）はその要部を示す平面図である。但し、この図は、固体撮像素子を構成する１個の受光部のみを示したものであり、通常は、図１に示す受光素子が複数個アレイ状に配列されて、固体撮像素子を構成する。
【００２２】
図１（ａ）において、１はｐ型シリコン基板であり、その上部基板内にフォトダイオードである受光部２が形成されている。ｐ型シリコン基板１上面の、受光部２以外の領域に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜３が形成されている。絶縁膜３上に転送電極４が形成され、転送電極４はシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜５により被覆されている。受光部２および層間絶縁膜５の上面を被覆して、シリコン窒化膜からなる反射防止膜６が形成されている。但し反射防止膜６は、図１（ｂ）に示される平面形状から判るように、受光部２の周辺部に開口６ａが設けられている。なお図１（ｂ）は、反射防止膜６の平面形状を示すのみで、他の要素は図示が省略されている。
【００２３】
反射防止膜６の上面には、受光部２の上方が開口領域となったアルミニウムからなる遮光膜７が形成されている。遮光膜７の上面には、シリコン酸化膜からなる表面保護膜８、平坦化膜９、カラーフィルター１０、およびマイクロレンズ１１が形成されている。
【００２４】
この固体撮像素子は、反射防止膜６が受光部２上と転送電極４の上層に形成された構造であり、受光部２の上方の反射防止膜６に開口６ａが設けられて、反射防止膜６が存在しない箇所がある点を除けば、従来の固体撮像素子と同様の構造である。この固体撮像素子について遮光膜７の開口領域より入射した光の反射率を測定した結果、従来の固体撮像素子における反射率の測定結果と同様であった。
【００２５】
この構造によれば、暗電流を低減するために必要な基板１への水素の供給を効果的に行うことができ、従来に比べて高画質の撮像信号を得ることができる。また、反射防止膜６が形成されていない部分が受光部２の周辺部であるため、反射防止効果の低下による感度低下の問題はほとんど伴わずに、画質の向上を十分に図ることができる。
【００２６】
本実施の形態の固体撮像素子において発生する暗電流を測定したところ、60℃の温度条件下で0.5ｍＶであった。従来の固体撮像素子の場合に発生する暗電流をその他の条件を同一にして測定したところ、1.0ｍＶであり、本実施の形態の固体撮像素子の構造により、発生する暗電流を約半分にまで低減できることが確認できた。
【００２７】
次に、本実施の形態における固体撮像素子の製造方法について、一実施例に基づいて説明する。
【００２８】
まず、ｐ型シリコン基板１にｎ型不純物をイオン注入することによりフォトダイオードである受光部２を形成し、熱酸化によって膜厚が50ｎｍのシリコン酸化膜からなる絶縁膜３を成長させた。
【００２９】
次に、ＣＶＤ（気相成長法）によって膜厚200ｎｍのポリシリコン膜を成長させ、ドライエッチングにより転送電極４を形成した。その後、熱酸化によって転送電極４をシリコン酸化膜で被覆し、層間絶縁膜５とした。次にウェットエッチングにより受光部２上のシリコン酸化膜を除去した後、スパッタリング法により膜厚60ｎｍのシリコン窒化膜からなる反射防止膜６を基板の全面に成長させた。その後、ドライエッチングにより受光部２の周辺部の上方のシリコン窒化膜を除去して開口６ａを形成した。続いて、スパッタリング法によりアルミニウムからなる膜厚400ｎｍの遮光膜７を形成し、ドライエッチングにより受光部２の上方に開口領域を形成した。
【００３０】
さらに、減圧ＣＶＤによって基板１全面を膜厚200ｎｍのシリコン酸化膜からなる表面保護膜８で被覆した。その後、周知の技術を用いて、平坦化膜９、カラーフィルター１０、マイクロレンズ１１を形成し、固体撮像素子を得た。
【００３１】
なお、反射防止膜６に対する開口６ａの形成は、上述の工程のように全面にシリコン窒化膜を形成した後、ドライエッチングにより一部を除去するのではなく、受光部２上方の一部にだけ反射防止膜６を形成するようにしてもよい。
【００３２】
また、上述の製造方法では、ウェットエッチングにより受光部２上のシリコン酸化膜を完全に除去した後に、反射防止膜６を形成しているが、ウェットエッチングの時間を調整することによりシリコン酸化膜の残厚を5ｎｍ〜25ｎｍ程度にしてもよい。
【００３３】
また、反射防止膜６は受光部２上と転送電極４の上層に形成される構造としているが、これに限定されず、反射防止膜６が転送電極４の下層、あるいは遮光膜７の上層まで形成される構造であってもよい。
【００３４】
以上のとおり、本実施の形態の構成によれば、反射防止効果を損なうことなく、暗電流を低減するために必要な基板への水素の供給を効果的に行うことができ、高感度で、高画質を得ることが可能である。
【００３５】
（実施の形態２）
実施の形態２における固体撮像素子の構成は、次の点を除いて、図１に示した実施の形態１の場合と同様である。すなわち、本実施の形態においては、シリコン窒化膜からなる反射防止膜６の膜厚が、赤色光と緑色光の波長領域に対して最も反射率が低減されるような厚さに設定される。そして、ドライエッチングによる受光部２の周辺部の上方に形成されたシリコン窒化膜の除去を、Ｂ（青色）用受光部に対してのみ実施し、Ｒ（赤色）用受光部、Ｇ（緑色）用受光部の上方のシリコン窒化膜は除去しない。
【００３６】
この固体撮像素子において、遮光膜７の開口領域より入射した光の反射率を測定した結果、Ｒ用受光部、及びＧ用受光部に入射する光に対して、より確実に入射光の反射の低減を図れることを確認できた。Ｂ用受光部に対しては、第１の実施形態の場合と同様の結果となった。また、暗電流を測定したところ、第１の実施形態の場合と同様の結果であった。
【００３７】
この構成の意味は次のとおりである。つまり、赤色光と緑色光の波長領域に対して最も反射率が低減される反射防止膜の膜厚に設定した場合、青色光に対する反射率は反射防止膜がない場合とほとんど変化がない。従って、Ｂ用受光部では、反射防止膜が形成されていないことによる感度低下の問題を最小限に抑制することができる。
【００３８】
以上のように本実施の形態の構成によれば、反射防止効果を損なうことなく、暗電流を低減するために必要な基板への水素の供給を効果的に行うことができ、高感度で、高画質を得ることが可能である。
【００３９】
（実施の形態３）
実施の形態３における固体撮像素子の構成は、次の点を除いて、図１に示した実施の形態１の場合と同様である。すなわち、本実施形態においては、シリコン窒化膜からなる反射防止膜６の膜厚が、赤色光と緑色光の波長領域に対して最も反射率が低減されるような厚さに設定される。そして、ドライエッチングによる受光部２の上方のシリコン窒化膜の除去を、Ｂ（青色）用受光部の上方全面に対して実施し、Ｒ（赤色）用受光部、Ｇ（緑色）用受光部の上方のシリコン窒化膜は除去しない。
【００４０】
この固体撮像素子についても、暗電流を測定したところ、60℃の温度条件下で0.3ｍＶであった。実施の形態１および２の固体撮像素子の場合に発生する暗電流は0.5ｍＶであり、本実施例の固体撮像素子によれば発生する暗電流を更に低減できることを確認できた。
【００４１】
また、反射率を測定した結果、Ｒ用受光部、及びＧ用受光部に入射する光に対して、実施の形態１および２の場合と同様の結果となった。Ｂ用受光部に対しても、青色のカラーフィルターを透過する波長領域の平均の反射率は、実施の形態１および２との差は認められなかった。
【００４２】
この構成の意味は次のとおりである。つまり、赤色光と緑色光の波長領域に対して最も反射率が低減される反射防止膜の膜厚に設定した場合、青色光に対する反射率は反射防止膜がない場合とほとんど変化がない。従って、反射防止膜が形成されていないことによる感度低下の問題を最小限に抑制することができる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態の構成によれば、反射防止効果を損なうことなく、暗電流を低減するために必要な基板への水素の供給を効果的に行うことができ、高感度で、高画質を得ることが可能である。
【００４４】
なお、実施の形態２および３においては窒化膜の膜厚を赤色光と緑色光の波長領域に対して最も反射率が低減されるような厚さに設定したが、これに対して、例えば緑色光と青色光の波長領域に対して最も反射率が低減されるような厚さに設定し、受光部２の周辺部の上方のシリコン窒化膜の除去をＲ（赤色）用受光部に対してのみ実施する等、反射防止膜の特性に合わせて設計することは可能である。
【００４５】
また、反射防止の観点からは反射防止膜の開口の面積は小さい方が好ましく、受光部の周辺部に配置されることがより好ましい。
【００４６】
また、受光部の形状が多角形の場合、反射防止膜の開口は角部に配置されることが好ましい。
【００４７】
本実施の形態における固体撮像素子は、いわゆる白キズ欠陥や暗電流等の画質の観点からは、特定の色の光、好ましくは青色光を受光する受光部の全面において反射防止膜が形成されていないことが好ましい。それにより、暗電流を低減するために必要な基板への水素の供給が阻害されないため、画質の向上を十分に図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明の固体撮像素子は、反射防止膜による反射防止効果を実質的に損なうことなく、暗電流を低減するために必要な基板への水素の供給が効果的に行われ、出力画像の画質が良好で高感度であり、カラーカメラ等への適用に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態における固体撮像素子の構成を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）はその要部を示す平面図
【符号の説明】
【００５０】
１  シリコン基板
２  受光部
３  絶縁膜
４  転送電極
５  層間絶縁膜
６  反射防止膜
６ａ  開口
７  遮光膜
８  表面保護膜
９  平坦化膜
１０  カラーフィルター
１１  マイクロレンズ
【図１】
2005033110.tif 000003