(57)【要約】【課題】  受光部に入射する全ての波長領域の可視光に対して入射光の反射を効果的に抑制し、出力画像の画質が良好で高感度な固体撮像装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】  赤、緑および青光用カラーフィルタ１１ａ、１１ｂおよび１１ｃと、各受光部２と、各受光部２の上方に形成される各シリコン酸化膜６と、各シリコン酸化膜６の上方に形成される各反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃとを備え、各反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃの膜厚を赤、緑および青光の波長領域において反射率が最小になるようにそれぞれ設定する。または、各シリコン酸化膜６の膜厚を赤、緑および青光の波長領域において反射率が最小になるようにそれぞれ設定する。または、各反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃの材料に酸化チタン等を用いる。【選択図】  図１
2005142510.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
画像を撮像する固体撮像装置であって、
入射光を複数の色の成分に分離する光学部材と、
半導体基板内に形成され、前記光学部材を透過した各光をそれぞれ電荷に変換する各前記入射光用受光部と、
各前記受光部の上方にそれぞれ形成され、各前記入射光の各前記受光部の表面での反射を低減する、少なくとも２種類の膜厚が異なる各前記入射光用反射防止膜と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
第１の色の光用の前記反射防止膜の膜厚は、前記第１の色より長波長である第２の色の光用の前記反射防止膜の膜厚より薄い
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
各前記反射防止膜の膜厚は、それぞれ各前記入射光成分の波長領域において反射率が最小になるように設定されている
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
画像を撮像する固体撮像装置であって、
入射光を複数の色の成分に分離する光学部材と、
半導体基板内に形成され、前記光学部材を透過した各光をそれぞれ電荷に変換する各前記入射光用受光部と、
各前記受光部の上方にそれぞれ形成され、少なくとも２種類の膜厚が異なる各前記入射光用シリコン酸化膜と、
各前記シリコン酸化膜の上方にそれぞれ形成され、各前記入射光の各前記受光部の表面での反射を低減する各反射防止膜と
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
第１の色の光用の前記シリコン酸化膜の膜厚は、前記第１の色より長波長である第２の色の光用の前記シリコン酸化膜の膜厚より薄い
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
各前記シリコン酸化膜の膜厚は、それぞれ各前記入射光成分の波長領域において反射率が最小になるように設定されている
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項７】
各前記シリコン酸化膜の膜厚は、５nm以上２５nm以下である
ことを特徴とする請求項４〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
各前記反射防止膜の屈折率の値は、前記半導体基板の屈折率の値と各前記反射防止膜の上層膜の屈折率の値の間にある
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
各前記反射防止膜は、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化セリウム、酸化ハフニウム、酸化モリブデン、酸化スズ、酸化亜鉛、および硫化亜鉛からなる群の中より選ばれる少なくとも１つの物質を含む
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記光学部材は、赤、緑および青色用カラーフィルタである
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
画像を撮像する固体撮像装置であって、
半導体基板内に形成され、入射光を電荷に変換する受光部と、
前記受光部の上方に形成され、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化セリウム、酸化ハフニウム、酸化モリブデン、酸化スズ、酸化亜鉛、および硫化亜鉛からなる群の中より選ばれる少なくとも１つの物質を含む反射防止膜とを備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１２】
固体撮像装置の製造方法であって、
入射光を複数の色の成分に分離する光学部材を形成する工程と、
半導体基板内に前記光学部材を透過した各前記入射光用受光部を形成する工程と、
各前記受光部の上方に、少なくとも２種類の膜厚が異なる各前記入射光用反射防止膜をそれぞれ形成する反射防止膜形成工程と
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記反射防止膜形成工程において、第１の色の光用の前記反射防止膜の膜厚を前記第１の色より長波長である第２の色の光用の前記反射防止膜の膜厚より薄く形成する
ことを特徴とする請求項１２記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記反射防止膜形成工程において、各前記反射防止膜の膜厚をそれぞれ各前記入射光成分の波長領域において反射率が最小になる値に形成する
ことを特徴とする請求項１２記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記反射防止膜形成工程は、エッチング法により前記反射防止膜の膜厚を減らす工程、および、ＣＶＤ法またはスパッタリング法により前記反射防止膜の膜厚を増やす工程の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１２記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
固体撮像装置の製造方法であって、
入射光を複数の色の成分に分離する光学部材を形成する工程と、
半導体基板内に前記光学部材を透過した各前記入射光用用受光部を形成する工程と、
各前記受光部の上方に、少なくとも２種類の膜厚が異なる各前記入射光用シリコン酸化膜をそれぞれ形成するシリコン酸化膜形成工程と
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
前記シリコン酸化膜形成工程において、第１の色の光用の前記シリコン酸化膜の膜厚を、前記第１の色より長波長である第２の色の光用の前記シリコン酸化膜の膜厚より薄く形成する
ことを特徴とする請求項１６記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１８】
前記シリコン酸化膜形成工程において、前記シリコン酸化膜の膜厚をそれぞれ各前記入射光成分の波長領域において反射率が最小になる値に形成する
ことを特徴とする請求項１６記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１９】
前記シリコン酸化膜形成工程は、エッチング法により前記シリコン酸化膜の膜厚を減らす工程、および、ＣＶＤ法またはスパッタリング法により前記シリコン酸化膜の膜厚を増やす工程の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１６記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置およびその製造方法に関するものであり、特に、出力画像の画質及び感度を改善した固体撮像装置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、固体撮像装置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装置の多画素化・小型化が進むに伴い、感度の向上が課題となっている。
一般に、カラーカメラ等に用いられる固体撮像装置の断面図を図７に示す。固体撮像装置２０は、光電変換によって信号電荷を得るための受光部（フォトダイオード）２を形成したシリコン基板１上に絶縁膜３を介して転送電極４が形成され、さらに、層間絶縁膜５、ならびにシリコン酸化膜６、受光部２上方に開口を有する遮光膜８、表面保護膜９、平坦化膜１０、カラーフィルタ１１、およびマイクロレンズ１２が順に積層された構造を有している。受光部２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２とCCD部が一画素を構成している。マイクロレンズ１２で集光された入射可視光は、カラーフィルタ１１により、画素ごとに赤色光（R）、緑色光（G）、および青色光（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。
【０００３】
このような固体撮像装置においては、シリコン酸化膜６、ならびに表面保護膜９や平坦化膜１０として用いられるシリコン酸化膜系材料とシリコン基板１の屈折率の差により、シリコン基板１表面において入射光が反射するために受光部２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る。
この問題を解決するため、受光部２の上方にシリコン窒化膜からなる反射防止膜７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（例えば、特許文献１および特許文献２参照。）。
【特許文献１】特開昭６３−１４４６６号公報
【特許文献２】特開平４−１５２６７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の固体撮像装置２０においては、R用受光部、G用受光部、およびB用受光部のすべてにおいて、特定の波長、例えば550nm付近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７の膜厚が設定されているため、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装置の感度を十分に高めることが困難であるという問題がある。
【０００５】
一例として、従来の固体撮像装置における反射率を測定した結果を図８に示す。従来の固体撮像装置は、R用受光部、G用受光部、およびB用受光部のすべてにおいて、反射防止膜７として膜厚50nmのシリコン窒化膜を使用しているため、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できていない。
また、従来の固体撮像装置において反射防止膜７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る。またシリコン窒化膜は、内在する応力が大きいため、段差部分などにおける応力集中の影響により、画質上の欠陥であるいわゆる白キズが発生し易いという問題があり、反射防止膜７の膜厚が制限されるという課題がある。
【０００６】
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであって、受光部に入射する全ての波長領域の可視光に対して入射光の反射を効果的に抑制し、出力画像の画質が良好で高感度な固体撮像装置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】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る第１の固体撮像装置は、入射光を複数の色の成分に分離する光学部材と、半導体基板内に形成され、前記光学部材を透過した各光をそれぞれ電荷に変換する各前記入射光用受光部と、各前記受光部の上方にそれぞれ形成され、各前記入射光の各前記受光部の表面での反射を低減する、少なくとも２種類の膜厚が異なる各前記入射光用反射防止膜とを備えることを特徴とする。
【０００８】
これにより、光学部材によって分離された複数の色の成分毎に各受光部に入射する光の反射を効果的に低減することができ、固体撮像装置全体として全ての波長領域の可視光に対して入射光の反射を効果的に低減できる。
例えば、カラーフィルタで入射可視光をR、G、Bの３原色に分離する場合、R用受光部の反射防止膜の膜厚は、赤色光の波長領域に対して光の反射率が減少するように設定された構成であり、従来に比べて高感度の撮像信号を得ることができる。同様に、G用受光部は緑色光の波長領域に対して、またB用受光部は青色光の波長領域に対して、それぞれ各色の光の反射率が減少するように反射防止膜の膜厚が異なった値に設定する。これらにより、本発明の固体撮像装置は、従来に比べて高感度の撮像信号を得ることができる。
【０００９】
さらに、第１の色（例えば、青色）の光用の前記反射防止膜の膜厚は、前記第１の色より長波長である第２の色（例えば、緑色、赤色）の光用の前記反射防止膜の膜厚より薄いことを特徴とする。さらに、各前記反射防止膜の膜厚は、それぞれ各前記入射光成分の波長領域において反射率が最小になるように設定されていることを特徴とする。
これらの構成によれば、入射光の反射を更に効果的に抑制することができる。
【００１０】
また、本発明に係る第１の固体撮像装置は、いわゆる白キズ欠陥や暗電流等の画質の観点からは、半導体基板と反射防止膜の間にシリコン酸化膜が形成されていることが好ましい。
この好ましい例によれば、後の工程で行われるエッチング等の影響を受けてシリコン基板内に発生する結晶欠陥を少なくでき、白キズ等の画質の欠陥を発生しにくくできる。
【００１１】
また、本発明に係る第２の固体撮像装置は、入射光を複数の色の成分に分離する光学部材と、半導体基板内に形成され、前記光学部材を透過した各光をそれぞれ電荷に変換する各前記入射光用受光部と、各前記受光部の上方にそれぞれ形成され、少なくとも２種類の膜厚が異なる各前記入射光用シリコン酸化膜と、各前記シリコン酸化膜の上方にそれぞれ形成され、各前記入射光の各前記受光部の表面での反射を低減する各反射防止膜とを備えることを特徴とする。
【００１２】
これにより、反射防止膜の内部応力により白キズなどの画質上の欠陥が発生するという理由から、反射防止膜の膜厚が制限される場合においても、光学部材によって分離された複数の色の成分毎に各受光部に入射する光の反射を効果的に低減することができ、固体撮像装置全体として全ての波長領域の可視光に対して入射光の反射を効果的に低減できる。
例えば、カラーフィルタで入射可視光をR、G、Bの３原色に分離する場合、R用受光部は赤色光の波長領域に対して、G用受光部は緑色光の波長領域に対して、またB用受光部は青色光の波長領域に対して、各色の光の反射率が低減されるシリコン酸化膜の膜厚が設定された構成では、従来に比べて高感度の撮像信号を得ることができる。
【００１３】
さらに、第１の色（例えば、青色）の光用の前記シリコン酸化膜の膜厚は、前記第１の色より長波長である第２の色（例えば、緑色、赤色）の光用の前記シリコン酸化膜の膜厚より薄いことを特徴とする。さらに、各前記シリコン酸化膜の膜厚は、それぞれ各前記入射光成分の波長領域において反射率が最小になるように設定されていることを特徴とする。
これらの構成によれば、入射光の反射を更に効果的に抑制することができる。
【００１４】
さらに、各前記シリコン酸化膜の膜厚は、５nm以上２５nm以下であることを特徴とする。
いわゆる白キズ欠陥や暗電流等の画質の観点からは、半導体基板と反射防止膜の間のシリコン酸化膜の膜厚が５nm以上であることが好ましい。この好ましい例によれば、後の工程で行われるエッチング等の影響を受けてシリコン基板内に発生する結晶欠陥を少なくでき、白キズ等の画質の欠陥を発生しにくくできる。シリコン酸化膜が５nm以下に薄くなると、膜厚ばらつきによる局所的なリーク電流や界面準位による暗電流が増え、画質が劣化する。
【００１５】
一方、反射防止の観点からはシリコン酸化膜は薄い方が好ましく、シリコン酸化膜の膜厚が２５nm以下であることがより好ましい。シリコン酸化膜が厚くなると、シリコン酸化膜と反射防止膜を合わせた実効的な屈折率が小さくなり、反射防止効果が減少する。シリコン酸化膜が２５nm以上に厚くなると、短波長、例えば青色光を受光する受光部において、反射防止効果がほとんどなくなる。
【００１６】
また、本発明に係る第３の固体撮像装置は、半導体基板内に形成され入射光を電荷に変換する受光部と、前記受光部の上方に形成され、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化セリウム、酸化ハフニウム、酸化モリブデン、酸化スズ、酸化亜鉛、および硫化亜鉛からなる群の中より選ばれる少なくとも１つの物質を含む反射防止膜とを備えることを特徴とする。
【００１７】
これにより、反射防止膜の構成物質は、従来使用されていた窒化シリコンに比べて内部応力が小さいので、膜に生じた段差部分などにおける応力集中も小さく、白キズなどの画質上の欠陥を低減することができる。また、水素の透過性が良好であるため、暗電流低減のために必要な基板への水素の供給を十分に行うことができる。
また、反射防止膜としてシリコン窒化膜を使用した場合においては、水素の透過性確保のためその形状について制限があったが、本発明においてはそのような制限を必要としない。よって、反射防止膜の形状を様々に設計することができ、その形状の工夫により、さらなる高感度化や製造プロセスの簡素化などを図ることができるという利点も有する。また、本発明に係る反射防止膜の構成物質は、従来使用されていた窒化シリコンに比べて屈折率が大きいので、シリコン基板表面における入射光の反射をより効果的に抑制することができ、感度の向上を図ることができる。
【００１８】
また、本発明に係る第１の固体撮像装置の製造方法において、前記反射防止膜の形成工程は、エッチング法により前記反射防止膜の膜厚を減らす工程、および、ＣＶＤ法またはスパッタリング法により前記反射防止膜の膜厚を増やす工程の少なくとも一方を含むことを特徴とする。
また、本発明に係る第２の固体撮像装置の製造方法において、前記シリコン酸化膜の形成工程は、エッチング法により前記シリコン酸化膜の膜厚を減らす工程、および、ＣＶＤ法またはスパッタリング法により前記シリコン酸化膜の膜厚を増やす工程の少なくとも一方を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、反射防止膜の膜厚を各受光部に入射する色毎に異なる値に設定することにより、受光する特定の波長付近の光の反射を効果的に低減することができ、固体撮像装置全体として全ての波長領域の可視光に対して入射光の反射を効果的に低減できる。その結果、カラーカメラ等に用いられる固体撮像装置の感度を高めることができる。
また、受光部の上方に形成されたシリコン酸化膜の膜厚を各受光部に入射する色毎に異なる値に設定することにより、反射防止膜の内部応力により白キズなどの画質上の欠陥が発生しやすいという理由から、反射防止膜の膜厚が制限される場合においても、受光する特定の波長付近の光の反射を効果的に低減することができ、全ての波長領域の可視光に対して入射光の反射を効果的に低減できる。
【００２０】
更に、反射防止膜が、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化セリウム、酸化ハフニウム、酸化モリブデン、酸化スズ、酸化亜鉛、硫化亜鉛からなる群より選ばれる少なくとも１つの物質を含む固体撮像装置にすることにより、従来使用されていた窒化シリコンに比べて内部応力が小さくなり、膜に生じた段差部分などにおける応力集中も小さくなり、白キズなどの画質上の欠陥を低減することができる。また、水素の透過性が良好であるため、暗電流低減のために必要な基板への水素の供給を十分に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
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。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。但し、この図は入射光を複数の色の成分に分離する光学部材として入射光の赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）光成分のみをそれぞれ透過させるカラーフィルタを用いた例であり、固体撮像装置を構成するＲＧＢ用それぞれ１個の受光部分のみを示したものであり。通常は図１に示す受光装置が複数個アレイ状に配列されて、固体撮像装置を構成する。なお、図ではRGB用受光部が一列に並んだ状態になっているが、実際の配列は色々な場合があり、例えばRGB用受光部それぞれが分離した状態であってももちろんよい。
【００２２】
図１に示される固体撮像装置３０においては、ｐ型シリコン基板１の基板内上部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は層間絶縁膜５により被覆されている。受光部２の上面を被覆してシリコン酸化膜６が形成されており、シリコン酸化膜６の上層にはシリコン窒化膜からなる反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃがそれぞれＲＧＢ用として形成されている。層間絶縁膜５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８が形成されている。遮光膜８の上面には、シリコン酸化膜系材料からなる表面保護膜９、平坦化膜１０、カラーフィルタ１１、およびマイクロレンズ１２が順に形成されている。
【００２３】
この固体撮像装置３０は、反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃの膜厚が各受光部に入射する光の色毎に異なる値に設定された構造である点を除けば、従来の固体撮像装置と同様の構造である。なお、反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃは受光部２の上部にのみ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７ａ、７ｂおよび７ｃが転送電極４の上層や下層、あるいは遮光膜８の上層まで形成される構造であってももちろんよい。
【００２４】
なお、以上説明した固体撮像装置３０では、反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃの構成物質は従来より使用されている窒化シリコンとしているが、これに限定されず、シリコンとシリコン酸化膜の中間の屈折率を持つ物質（例えば、酸化チタン、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化セリウム、酸化ハフニウム、酸化モリブデン、酸化スズ、酸化亜鉛、硫化亜鉛）であってもよい。
【００２５】
次に、本実施の形態における固体撮像装置の製造方法について、一例を説明する。
先ず、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って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50nmのシリコン酸化膜からなる絶縁膜３を成長させる。次に、CVD法（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を形成する。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とする。ウェットエッチングで受光部２上のシリコン酸化膜６の残膜を20nmに減少させた後、CVD法により膜厚60nmのシリコン窒化膜からなる反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃを基板の全面に成長させる。その後、ウェットエッチングにより受光部２の上方以外の領域のシリコン窒化膜を除去した後、更にウェットエッチングによりG用受光部上のシリコン窒化膜の膜厚を50nm、B用受光部上のシリコン窒化膜の膜厚を40nmに減少させる。
【００２６】
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８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する。さらに、CVD法によって基板全面を膜厚200nmのシリコン酸化膜からなる表面保護膜９で被覆する。その後、周知の技術を用いて、平坦化膜１０、カラーフィルタ１１、マイクロレンズ１２を形成し、固体撮像装置３０を得る。このようにして、R用受光部、G用受光部、およびB用受光部上の反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃの膜厚をそれぞれ、60nm、50nm、および40nmとする。
【００２７】
上記の固体撮像装置３０において、遮光膜８の開口部より入射した光の反射率を測定した結果を図２に示す。
図２と図８の比較から、本実施の形態の固体撮像装置によれば、B用受光部に入射する青色光、およびR用受光部に入射する赤色光に対して、その波長領域の光の反射率を選択的に低減することができるため、固体撮像装置全体として全ての波長領域の可視光に対して、より確実に入射光の反射の低減を図れることがわかる。
【００２８】
なお、上述の製造方法は、CVD法により膜厚60nmのシリコン窒化膜からなる反射防止膜を各受光部２上に形成した後、ウェットエッチングによりG用受光部、ならびにB用受光部上のシリコン窒化膜の膜厚を減少させる製造方法であるが、CVD法より膜厚40nmのシリコン窒化膜からなる反射防止膜を各受光部上に形成した後、CVD法によりR用受光部およびG用受光部上のシリコン窒化膜の膜厚を増やす製造方法であっても同様の結果が得られる。また、反射防止膜の膜厚を減らす方法についてはウェットエッチングとしているが、ドライエッチングであってもよい。さらに、反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃの形成方法、ならびに反射防止膜の膜厚を増やす方法についてはCVD法としているが、スパッタリング法、あるいはその他の方法であってもよい。
【００２９】
また、上述の製造方法では、R用受光部、G用受光部、およびB用受光部上のシリコン窒化膜の膜厚はそれぞれ、60nm、50nm、および40nmであるが、第１の色の光（例えば、青色光）を受光する受光部の上方の反射防止膜の膜厚が、第１の色より長波長である第２の色の光（例えば、緑色光、赤色光）を受光する受光部の上方の反射防止膜の膜厚より薄い構成であれば、効果は同じである。より好ましくは、各受光部に入射する色毎にその光の波長領域において反射率を最小にするように反射防止膜の膜厚を設定することである。これらの構成によれば、入射光の反射を更に効果的に抑制することができる。
【００３０】
また、反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃは受光部２上のみ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７ａ、７ｂおよび７ｃが転送電極４の上層や下層、あるいは遮光膜８の上層まで形成される構造にし、また製造方法を実現しても、受光部２上部の構造が上記構造と同様であれば同様の結果を得ることができる。
以上、説明した固体撮像装置の製造方法では、ウェットエッチングで受光部２上のシリコン酸化膜６を20nmに減少させた後に反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃを形成しているが、受光部２上のシリコン酸化膜６を完全に除去した後に反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃを形成してもよい。また、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６の残厚を5nm〜25nm程度にしてもよい。いわゆる白キズ欠陥や暗電流等の画質の観点からは、シリコン基板１と反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃの間にシリコン酸化膜６が形成されていることが好ましく、シリコン酸化膜６の膜厚が5nm以上であることがより好ましい。
【００３１】
この好ましい例によれば、後の工程で行われるエッチング等の影響を受けてシリコン基板内に発生する結晶欠陥が少なくでき、白キズ等の画質の欠陥を発生しにくくできる。但し、シリコン酸化膜６が5nm以下に薄くなると、膜厚ばらつきによる局所的なリーク電流や界面準位による暗電流が増える。一方、反射防止の観点からはシリコン酸化膜６は薄い方が好ましく、シリコン酸化膜６の膜厚が25nm以下であることがより好ましい。
【００３２】
図３は、ＲＧＢ用の各固体撮像装置において反射防止膜７を膜厚50nmのシリコン窒化膜に固定し、シリコン酸化膜６の残厚をそれぞれ10、20および30nmに変化させて作製した各固体撮像装置における光の反射率を測定した結果である。図からわかるように、シリコン酸化膜６が厚くなると、シリコン酸化膜６と反射防止膜７を合わせた実効的な屈折率が小さくなり、特に、青色光に対する反射防止効果が減少する。
【００３３】
以上説明を行ったように、本実施の形態の構成によれば、受光部２に入射する全ての波長領域の可視光に対して入射光の反射を効果的に抑制することができ、出力画像の画質が良好で高感度の固体撮像装置を得ることができる。
【００３４】
（実施の形態２）
図４は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。この固体撮像装置４０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、R用受光部、G用受光部、およびB用受光部のすべてにおいて、反射防止膜７の膜厚が同じであり、シリコン酸化膜６ａ、６ｂおよび６ｃの膜厚が各受光部２に入射する光の色毎に異なる値に設定される。すなわち、この固体撮像装置４０は、シリコン酸化膜６ａ、６ｂおよび６ｃの膜厚が各受光部２に入射する光の色毎に異なる値に設定された構造である点を除けば、従来の固体撮像装置と同様の構造である。なお、図ではRGB用受光部が一列に並んだ状態になっているが、実際の配列は色々な場合があり、例えばRGB用受光部それぞれが分離した状態であってももちろんよい。
【００３５】
次に、本実施の形態における固体撮像装置の製造方法について、一例を説明する。
イオン注入による受光部２の形成から、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とするまでの工程は、実施の形態１で説明した工程と同様である。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の残厚を20nmに減少させた後、更にウェットエッチングによりG用受光部とB用受光部上のシリコン酸化膜を10nmに減少させる。その後、CVD法により膜厚50nmのシリコン窒化膜からなる反射防止膜７を基板の全面に成長させる。
【００３６】
続いて、ウェットエッチングにより受光部２以外の部分のシリコン窒化膜を除去する。その後、スパッタリング法による遮光膜８の形成からマイクロレンズ１２の形成までの工程は実施の形態１と同様にして、固体撮像装置４０を得る。このようにして、R用受光部、G用受光部、およびB用受光部上のシリコン酸化膜６ａ、６ｂおよび６ｃの膜厚をそれぞれ、20nm、10nm、および10nmとする。
【００３７】
この固体撮像装置４０において、遮光膜８の開口部より入射した光の反射率を測定した結果を図５に示す。図５と図８との比較から、本実施の形態の固体撮像装置によれば、G用受光部に入射する緑色光、およびB用受光部に入射する青色光に対して、その波長領域の光の反射率を選択的に低減することができるため、固体撮像装置全体として全ての波長領域の可視光に対して、より確実に入射光の反射の低減を図れる。
【００３８】
また、暗電流、白キズ不良を測定したところ、実施の形態１の場合と同様の結果となり、この結果から、反射防止膜７の内部応力により白キズなどの画質上の欠陥が発生するという理由から、反射防止膜７の膜厚が制限される場合においても、光学部材によって分離された複数の色の成分毎に各受光部２に入射する光の反射を効果的に低減できることが確認できる。
【００３９】
また、上述の製造方法では、R用受光部、G用受光部、B用受光部上のシリコン酸化膜６ａ、６ｂおよび６ｃの膜厚はそれぞれ、20nm、10nm、10nmであるが、第１の色の光（例えば、青色光）を受光する受光部２の上方の反射防止膜７の膜厚が、第１の色より長波長である第２の色の光（例えば、緑色光、赤色光）を受光する受光部２の上方の反射防止膜７の膜厚より薄い構成であっても、効果は同じである。
【００４０】
より好ましくは、各受光部２に入射する色毎にその光の波長領域において反射率を最小にするようにシリコン酸化膜６ａ、６ｂおよび６ｃの膜厚を設定することである。これらの構成によれば、入射光の反射を更に効果的に抑制することができる。
なお、以上説明した固体撮像装置の製造方法では、ウェットエッチングで受光部２上のシリコン酸化膜を20nmに減少させ、更にG用受光部とB用受光部上のシリコン酸化膜を10nmに減少させた後に反射防止膜７を形成しているが、G用受光部とB用受光部上のシリコン酸化膜を完全に除去した後に反射防止膜７を形成してもよい。
【００４１】
また、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。いわゆる白キズ欠陥や暗電流等の画質の観点からは、シリコン基板１と反射防止膜７の間にシリコン酸化膜が形成されていることが好ましく、シリコン酸化膜６ａ、６ｂおよび６ｃの膜厚が5nm以上であることがより好ましい。
この好ましい例によれば、後の工程で行われるエッチング等の影響を受けてシリコン基板内に発生する結晶欠陥が少なくでき、白キズ等の画質の欠陥を発生しにくくなる。但し、シリコン酸化膜６ａ、６ｂおよび６ｃが5nm以下に薄くなると、膜厚ばらつきによる局所的なリーク電流や界面準位による暗電流が増える。一方、反射防止の観点からはシリコン酸化膜６ａ、６ｂおよび６ｃは薄い方が好ましく、シリコン酸化膜６ａ、６ｂおよび６ｃの膜厚が25nm以下であることがより好ましい。
【００４２】
また、上述の固体撮像装置の製造方法ではシリコン酸化膜６ａ、６ｂおよび６ｃの膜厚を各受光部２に入射する色毎に異なる値に設定する工程が、エッチング法によりシリコン酸化膜の膜厚を減らす工程であるが、CVD法、あるいはスパッタリング法によりシリコン酸化膜の膜厚を増やす工程であったり、その両方を含む製造方法であってもよい。
以上説明を行ったように、本実施の形態の構成によれば、反射防止膜７の内部応力により白キズなどの画質上の欠陥が発生するという理由から、反射防止膜７の膜厚が制限される場合においても、受光部２に入射する全ての波長領域の可視光に対して入射光の反射を効果的に抑制することができ、出力画像の画質が良好で高感度の固体撮像装置を得ることができる。
【００４３】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の構成は、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、受光部２の上方に形成する反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃとして、スパッタリング法によって堆積された酸化チタンを使用している。また、反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃの膜厚は各受光部２に入射する光の色毎に異なる値に設定された点は同じであるが、それらの膜厚の構成は異なる。
【００４４】
次に、本実施の形態における固体撮像装置の製造方法について、一例を説明する。
イオン注入による受光部２の形成から、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とするまでの工程は、実施の形態１で説明した工程と同様である。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６の残厚を20nmに減少させた後、スパッタリング法により膜厚40nmのチタン酸化膜からなる反射防止膜を基板の全面に成長させる。続いて、ウェットエッチングにより受光部２の上方以外の領域のチタン酸化膜を除去した後、更にウェットエッチングによりB用受光部上のチタン酸化膜の膜厚を30nmに減少させる。その後、スパッタリング法による遮光膜８の形成からマイクロレンズ１２の形成までの工程は実施の形態１と同様にして、固体撮像装置を形成する。このようにして、R用受光部、G用受光部、およびB用受光部上の反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃの膜厚をそれぞれ、40nm、40nm、および30nmとする。
【００４５】
この固体撮像装置において、遮光膜８の開口部より入射した光の反射率を測定した結果を図６に示す。図６と図８との比較から、本実施の形態の固体撮像装置によれば、R用受光部に入射する赤色光、G用受光部に入射する緑色光、B用受光部に入射する青色光の全てに対して、その波長領域の光の反射率が低減されている。この結果から、固体撮像装置全体として全ての波長領域の可視光に対して、より確実に入射光の反射の低減を図れることが確認できる。
【００４６】
また、上記の固体撮像装置につ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。シリコン窒化膜よりなる反射防止膜７を備えた従来の固体撮像装置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であるので、本実施の形態に係る固体撮像装置によれば発生する暗電流を約半分にまで低減できる。
【００４７】
更に、シリコン窒化膜よりなる反射防止膜７を備えた従来の固体撮像装置を使用した撮像装置の出力画面においては、100万画素中の10画素に白キズ不良が発生したのに対し、本実施の形態の固体撮像装置を使用した撮像装置においては白キズ不良は認められない。
これらの結果から、従来使用されていた窒化シリコンに比べて内部応力が小さくなり、膜に生じた段差部分などにおける応力集中も小さくなり、白キズなどの画質上の欠陥を低減できることがわかる。また、水素の透過性が良好であるため、暗電流低減のために必要な基板への水素の供給を十分に行うこともできる。
【００４８】
従来は、反射防止膜７としてシリコン窒化膜を使用した場合においては、水素の透過性確保のためその形状について制限があったが、本発明においてはそのような制限を必要としない。よって、反射防止膜７の形状を様々に設計することができ、その形状の工夫により、さらなる高感度化や製造プロセスの簡素化などを図ることができるという利点も有する。
【００４９】
なお、以上説明を行った固体撮像装置の製造方法では、反射防止膜の形成方法はスパッタリング法を用いたがCVD法やその他の方法であってもよい。また、反射防止膜の膜厚を各受光部に入射する色毎に異なる値に設定する工程が、エッチング法により反射防止膜の膜厚を減らす工程であるが、CVD法、あるいはスパッタリング法により前記反射防止膜の膜厚を増やす工程であったり、その両方を含む製造方法であってもよい。
【００５０】
なお、以上、説明した固体撮像装置では、反射防止膜７ａ、７ｂおよび７ｃの構成物質は酸化チタンとしているが、これに限定されず、シリコンとシリコン酸化膜の間の屈折率をもつ物質（例えば、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化インジウム、酸化セリウム、酸化ハフニウム、酸化モリブデン、酸化スズ、酸化亜鉛、硫化亜鉛）であってもよい
なお、入射光を複数の色に分離する方法は、上記の赤、緑、青のカラーフィルタだけなく、シアン、マゼンタ、黄、緑の補色フィルタや、３板式のＣＣＤのようにプリズムで分離するものであっても構わない。
【００５１】
以上説明を行ったように、本実施の形態の構成によれば、反射防止膜の内部応力により白キズなどの画質上の欠陥が発生するという理由から、反射防止膜や受光部上のシリコン酸化膜の膜厚が制限される場合においても、受光部２に入射する全ての波長領域の可視光に対して入射光の反射を効果的に抑制することができ、出力画像の画質が良好で高感度の固体撮像装置を得ることができる。
なお、固体撮像装置は、ＣＣＤ型、ＭＯＳ型のいずれであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明に係る固体撮像装置は、出力画像の画質や感度が要求されるカラーカメラ等に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の光反射率の測定結果を示す図である。
【図３】反射防止膜の下層のシリコン酸化膜の膜厚と光の反射率の関係を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の光反射率の測定結果を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の光反射率の測定結果を示す図である。
【図７】従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【図８】従来の固体撮像装置の光反射率の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
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、６ａ、６ｂ、６ｃ    シリコン酸化膜
７、７ａ、７ｂ、７ｃ    反射防止膜
８    遮光膜
９    表面保護膜
１０    平坦化膜
１１、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ    カラーフィルタ
１２    マイクロレンズ
２０、３０、４０    固体撮像装置
【図１】
2005142510.tif 000003
【図２】
2005142510.tif 000004
【図３】
2005142510.tif 000005
【図４】
2005142510.tif 000006
【図５】
2005142510.tif 000007
【図６】
2005142510.tif 000008
【図７】
2005142510.tif 000009
【図８】
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