(57)【要約】【課題】  Ｒ、Ｇ、Ｂ各々異なる波長の光であっても、発生するキャリアの数を増やして、高い光電効率を有する半導体装置を提供する。【解決手段】  平面に整列配置され、入射された光の光電変換を行う複数の素子部１１B、１１G、１１Rと、素子部１１B、１１G、１１Rの表面を保護する保護膜１２とを有し、各々の素子部１１B、１１G、１１Rへの光の入射強度が最大となるように、光電変換を行う光の波長に応じて、保護膜１２を各々異なる膜厚に形成した半導体装置。【選択図】  図３
2007227636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面に整列配置され、入射された光の光電変換を行う複数の素子部と、前記素子部の表面を保護する保護膜とを有する半導体装置において、
各々の前記素子部への光の入射強度が最大となるように、光電変換を行う光の波長に応じて、前記保護膜を各々異なる膜厚に形成したことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記保護膜は、１層の保護膜を各々エッチングすることにより、各々異なる膜厚に形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記保護膜は、１層の保護膜又は積層された複数の保護膜により、各々異なる膜厚に形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記光電変換を行う光の波長λとし、前記保護膜の屈折率をｎとし、ｍを任意の整数とする場合、
光電変換を行う光の波長に応じて、前記保護膜の膜厚ｔを、各々、ｔ＝［λ／（２ｎ）］・ｍとしたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項５】
前記光電変換を行う光の波長を、少なくとも、可視光の青、緑、赤の波長域とし、
前記保護膜を屈折率２．０５の窒化珪素膜とする場合、
可視光の青の波長域に対する前記保護膜の厚さを、５２５０Å以上、５５５０Å以下の範囲、望ましくは５４００Åとし、可視光の緑の波長域に対する前記保護膜の厚さを、６３００Å以上、６７００Å以下の範囲、望ましくは６５００Åとし、可視光の赤の波長域に対する前記保護膜の厚さを、８１５０Å以上、８６５０Å以下の範囲、望ましくは８４００Åとすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
平面に整列配置され、入射された光の光電変換を行う複数の素子部と、前記素子部の表面を保護する保護膜とを有する半導体装置において、
各々の前記素子部への光の入射強度が最大となるように、光電変換を行う光の波長に応じて、前記保護膜の膜質を各々異なる屈折率としたことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
前記光電変換を行う光の波長λとし、前記保護膜の膜厚をｔとし、ｍを任意の整数とする場合、
光電変換を行う光の波長に応じて、前記保護膜の屈折率ｎを、各々、ｎ＝［λ／（２ｔ）］・ｍとしたことを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記光電変換を行う光の波長を、少なくとも、可視光の青、緑、赤の波長域とし、
前記保護膜の膜厚を５０００Åとする場合、
可視光の青の波長域に対する前記保護膜の屈折率を、１．７１以上、１．８５以下の範囲、望ましくは１．７８とし、可視光の緑の波長域に対する前記保護膜の屈折率を、１．５２以上、１．６８以下の範囲、望ましくは１．６０、可視光の赤の波長域に対する前記保護膜の屈折率を、１．９４以上、２．１８以下の範囲、望ましくは２．０６とし、
前記保護膜の膜厚を６０００Åとする場合、
可視光の青の波長域に対する前記保護膜の屈折率を、１．７９以上、１．９１以下の範囲、望ましくは１．８５とし、可視光の緑の波長域に対する前記保護膜の屈折率を、１．７０以上、１．８６以下の範囲、望ましくは１．７８、可視光の赤の波長域に対する前記保護膜の屈折率を、１．６３以上、１．８３以下の範囲、望ましくは１．７３とすることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イメージセンサに用いられる半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサは、例えば、１つのフォトダイオードを有するセルを、平面上に複数整列配置したものであり、通常、カラーフィルタやプリズムに入射光を入射して、赤色域（Ｒ域）、緑色域（Ｇ域）、青色域（Ｂ域）各々の波長の光に分光し、分光した光を同じ構造のセルに各々入射することにより、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々の波長の光の入射強度を検出している。又、タイムシェアによりＲ、Ｇ、Ｂ各々の波長の光を同一セルに入射し、そのタイムシェア毎に、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々の波長の光の入射強度を検出するものもある。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１４４９５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１に、一般的なイメージセンサの１つのセルの構成を示す。
図１に示すように、イメージセンサを構成する１つのセル（画素）は、Ｐ型基板１の所定領域に形成されたＮ型ウェル２と、素子間分離のため、Ｎ型ウェル２の上方周縁部に形成されたＬＯＣＯＳ（Local Oxidation of Silicon）法により形成されたフィールド酸化膜３と、Ｎ型ウェル２と電気的接続を取るための高濃度Ｎ型領域４と、フィールド酸化膜３の上層に形成された層間絶縁膜５と、層間絶縁膜５を貫通して形成され、高濃度Ｎ型領域４と接続される配線６と、層間絶縁膜５、配線６の上層に形成され、素子を保護する保護膜７を有するものである。上記構成のセルにおいては、Ｐ型基板１とＮ型ウェル２により、１つのフォトダイオードが形成されており、Ｐ型基板１とＮ型ウェル２との界面近傍に空乏層８が生成される。入射光９が入射された際には、セル内部で吸収された光によりキャリア１０（電子−正孔対）が発生し、主に空乏層８で発生したキャリア１０が、各々Ｐ型領域、Ｎ型領域へ移動することで電流が生じて、光電変換が行われることになる。
【０００５】
一般的に、保護膜７等の透過膜を光が透過する際には、光の透過強度は、保護膜７等の膜厚、光の波長によって相違する。ところが、従来のイメージセンサにおいては、同一構造のセルを用い、同一膜厚、同一膜質の保護膜７等を透過させて、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々異なる波長の光を検出しているため、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々異なる波長の光に対して、必ずしも、最適な透過強度となっていなかった。つまり、保護膜７等の透過膜の膜厚、膜質が、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々異なる波長の光に対して適切な構成ではなかった。その結果、入射されたＲ、Ｇ、Ｂ各々異なる波長の光が、効率よくキャリアを発生させておらず、入射光を効率よく光電変換できていなかった。
【０００６】
例えば、特許文献１においては、保護膜における光の干渉を避けるため、１つの受光素子に対して、厚さを段階的、連続的に変化した保護膜を用いているが、この場合、受光素子の大きさが大きくなると共に、受光素子全面が効率的に機能しておらず、やはり、光電変換の効率がよいものではなかった。特に、現在、デジタルカメラ等の普及に伴い、より高解像度のイメージセンサ、つまり、高画素数のイメージセンサが求められているが、全体の大きさを変更せず、高画素数とするには、１つのセル当たりの面積は小さくせざるを得ず、セル面積は小さくても、高い光電効率を有するものが求められている。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みなされたもので、Ｒ、Ｇ、Ｂ各々異なる波長の光であっても、発生するキャリアの数を増やして、高い光電効率を有する半導体装置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】
【０００８】
上記課題を解決する第１の発明に係る半導体装置は、
平面に整列配置され、入射された光の光電変換を行う複数の素子部と、前記素子部の表面を保護する保護膜とを有する半導体装置において、
各々の前記素子部への光の入射強度が最大となるように、光電変換を行う光の波長に応じて、前記保護膜を各々異なる膜厚に形成したことを特徴とする。
【０００９】
上記課題を解決する第２の発明に係る半導体装置は、
上記第１の発明に記載の半導体装置において、
前記保護膜は、１層の保護膜を各々エッチングすることにより、各々異なる膜厚に形成されたものであることを特徴とする。
【００１０】
上記課題を解決する第３の発明に係る半導体装置は、
上記第１の発明に記載の半導体装置において、
前記保護膜は、１層の保護膜又は積層された複数の保護膜により、各々異なる膜厚に形成されたものであることを特徴とする。
【００１１】
上記課題を解決する第４の発明に係る半導体装置は、
上記第１乃至第３の何れかの発明に記載の半導体装置において、
前記光電変換を行う光の波長λとし、前記保護膜の屈折率をｎとし、ｍを任意の整数とする場合、
光電変換を行う光の波長に応じて、前記保護膜の膜厚ｔを、各々、ｔ＝［λ／（２ｎ）］・ｍとしたことを特徴とする。
【００１２】
上記課題を解決する第５の発明に係る半導体装置は、
上記第１乃至第３の何れかの発明に記載の半導体装置において、
前記光電変換を行う光の波長を、少なくとも、可視光の青、緑、赤の波長域とし、前記保護膜を屈折率２．０５の窒化珪素膜とする場合、
可視光の青の波長域に対する前記保護膜の厚さを、５２５０Å以上、５５５０Å以下の範囲、望ましくは５４００Åとし、可視光の緑の波長域に対する前記保護膜の厚さを、６３００Å以上、６７００Å以下の範囲、望ましくは６５００Åとし、可視光の赤の波長域に対する前記保護膜の厚さを、８１５０Å以上、８６５０Å以下の範囲、望ましくは８４００Åとすることを特徴とする。
【００１３】
上記課題を解決する第６の発明に係る半導体装置は、
平面に整列配置され、入射された光の光電変換を行う複数の素子部と、前記素子部の表面を保護する保護膜とを有する半導体装置において、
各々の前記素子部への光の入射強度が最大となるように、光電変換を行う光の波長に応じて、前記保護膜の膜質を各々異なる屈折率としたことを特徴とする。
【００１４】
上記課題を解決する第７の発明に係る半導体装置は、
上記第６の発明に記載の半導体装置において、
前記光電変換を行う光の波長λとし、前記保護膜の膜厚をｔとし、ｍを任意の整数とする場合、
光電変換を行う光の波長に応じて、前記保護膜の屈折率ｎを、各々、ｎ＝［λ／（２ｔ）］・ｍとしたことを特徴とする。
【００１５】
上記課題を解決する第８の発明に係る半導体装置は、
上記第６の発明に記載の半導体装置において、
前記光電変換を行う光の波長を、少なくとも、可視光の青、緑、赤の波長域とし、
前記保護膜の膜厚を５０００Åとする場合、
可視光の青の波長域に対する前記保護膜の屈折率を、１．７１以上、１．８５以下の範囲、望ましくは１．７８とし、可視光の緑の波長域に対する前記保護膜の屈折率を、１．５２以上、１．６８以下の範囲、望ましくは１．６０、可視光の赤の波長域に対する前記保護膜の屈折率を、１．９４以上、２．１８以下の範囲、望ましくは２．０６とし、
前記保護膜の膜厚を６０００Åとする場合、
可視光の青の波長域に対する前記保護膜の屈折率を、１．７９以上、１．９１以下の範囲、望ましくは１．８５とし、可視光の緑の波長域に対する前記保護膜の屈折率を、１．７０以上、１．８６以下の範囲、望ましくは１．７８、可視光の赤の波長域に対する前記保護膜の屈折率を、１．６３以上、１．８３以下の範囲、望ましくは１．７３とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、各々異なる波長の光に対して、各々異なる最適な膜厚、膜質の保護膜を透過させるので、各々異なる波長の光により各素子部で発生するキャリアの数が増加して、入射した光を高効率で光電変換することができ、その結果、検出感度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明に係る半導体装置は、イメージセンサを構成する各々のセルにおいて、入射された異なる波長の光に対して、各波長の光が最大の透過強度で透過するように、つまり、光電変換を行う素子部に最大の入射強度で入射するように、保護膜等の膜厚、膜質を最適なものとしたものである。
以下、図１〜図５を参照して、本発明に係る半導体装置の実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１８】
本発明に係る半導体装置は、図１に示したイメージセンサのセルと同等の基本的構成を有するものである。
つまり、イメージセンサを構成する１つのセル（画素）として、Ｐ型基板１の所定領域に形成されたＮ型ウェル２と、素子間分離のため、Ｎ型ウェル２の上方周縁部に形成されたフィールド酸化膜３と、Ｎ型ウェル２と電気的接続を行う高濃度Ｎ型領域４と、フィールド酸化膜３の上層に形成された層間絶縁膜５と、層間絶縁膜５を貫通して形成され、高濃度Ｎ型領域４と接続される配線６と、層間絶縁膜５、配線６の上層に形成され、素子を保護する保護膜７を有するものである。なお、Ｐ型、Ｎ型は、上記組み合わせに限定されず、逆の構成としてもよい。
【００１９】
ここで、上記セルのプロセス条件について説明を行う。Ｎ型ウェル２は、Ｐ型基板１に、リン（Ｐ）がイオン注入され、その後の熱拡散工程により、拡散及び活性化されて形成されたものであり、注入量としては、例えば、２×１０12／ｃｍ2である。熱拡散工程を制御して、Ｎ型ウェル２の深さを１μｍとする場合、Ｎ型ウェル２における不純物濃度は、２×１０16／ｃｍ3となる。又、Ｎ型ウェル２の深さを２μｍとする場合、Ｎ型ウェル２における不純物濃度は、１×１０16／ｃｍ3となる。
【００２０】
保護膜７としては、酸化珪素膜（ＳｉＯ2）、窒化酸化珪素膜（ＳｉＯＮ）、窒化珪素膜（Ｓｉ3Ｎ4）等の絶縁膜を用いており、プラズマＣＶＤ装置を用いて成膜する。
酸化珪素膜を用いる場合、プロセス条件は、プラズマ生成用の電磁波として、高周波及び低周波の２種類を用いており、高周波の電磁波は０．６２ｋＷ、低周波の電磁波は０．３８ｋＷの電力を印加している。又、圧力は１．９Ｔｏｒｒ、基板温度は４００℃であり、原料として、珪酸エチル（ＴＥＯＳ；テトラエトキシシラン）を１．８ｍｌ／ｍｉｎ、酸素（Ｏ2）を４．０ｓｌｍ供給し、成膜する膜厚に応じて、プロセス時間を設定している。このプロセスにより成膜された酸化珪素膜の屈折率は、１．４６±０．０１となる。なお、「ｓｌｍ」は、１気圧、０℃における１分間当たりの流量をリットルで表示した単位である。
【００２１】
又、窒化酸化珪素膜を用いる場合、プロセス条件は、プラズマ生成用の電磁波として、高周波及び低周波の２種類を用いており、高周波の電磁波は０．４ｋＷ、低周波の電磁波は０．４ｋＷの電力を印加している。又、圧力は１．９Ｔｏｒｒ、基板温度は４００℃であり、原料として、シラン（ＳｉＨ4）を０．２ｓｌｍ、アンモニア（ＮＨ3）を２．０ｓｌｍ、亜酸化窒素（Ｎ2Ｏ）を１．４ｓｌｍ、窒素（Ｎ2）を５．０ｓｌｍ供給し、成膜する膜厚に応じて、プロセス時間を設定している。このプロセスにより成膜された窒化酸化珪素膜の屈折率は、１．８５±０．０３となる。
【００２２】
又、窒化珪素膜を用いる場合、プロセス条件は、プラズマ生成用として、ＲＦ（１３．５６ＭＨｚ）の電磁波を用いており、０．５８ｋＷの電力を印加している。又、圧力は１．５Ｔｏｒｒ、基板温度は３５０℃であり、原料として、シランを０．８ｓｌｍ、アンモニアを２．０ｓｌｍ供給し、成膜する膜厚に応じて、プロセス時間を設定している。このプロセスにより成膜された窒化珪素膜の屈折率は、２．０５±０．０５となる。
【００２３】
上記構成のセルは、可視光の各波長Ｒ、Ｇ、Ｂを検出するため、各々独立して形成されており、これらが、平面上に複数整列配置されて、イメージセンサを構成している。なお、図示していないが、各セルの上方には、入射光をＲ、Ｇ、Ｂ各波長に分光する分光部材（例えば、カラーフィルタ等）が配置されており、分光部材により分光された各波長の光が、Ｒ、Ｇ、Ｂ用の各セルに各々入射されるようになっている。
【００２４】
本実施例では、Ｒ、Ｇ、Ｂ用の各セルにおいて、各波長の光の透過強度が最大となるように、保護膜７の膜厚を最適な膜厚としている。ここで、図２に、Ｒ、Ｇ、Ｂ各波長の光に対し、保護膜の厚さを変化させたときの信号強度の変化のグラフ、つまり、透過強度に相関する強度の変化のグラフを示して、各波長に対する最適な膜厚を説明する。なお、図２のグラフは、保護膜として、窒化珪素膜を用い、その屈折率として２．０５を用いており、Ｒ、Ｇ、Ｂ各波長は、その中心波長として、Ｒが６９００Å、Ｇが５３５０Å、Ｂが４４５０Åを用いている。又、信号強度は、保護膜の厚さが０（ゼロ）の時の信号強度を１として、その相対変化をプロットしたものである。
【００２５】
一般的に、透過膜の厚さを変化させたとき、透過膜を透過する光の強度の変化は、透過膜内での干渉の作用により、光の波長が半波長ずれる度に強め合い（透過膜による吸収が最小になる）、その強度は、余弦関数で表される周期的な変化をする。そして、強度の変化の周期は、光の波長により各々異なり、Ｒ、Ｇ、Ｂ各波長に対する強度は、図２に示すような変化となる。
【００２６】
通常、保護膜としての機能を確保するためには、少なくとも４０００Å、できれば、５０００Å以上の膜厚が必要であり、これが、保護膜の下限値である。又、保護膜の応力を考慮すると、窒化珪素膜の場合、１５０００〜２００００Å（１．５〜２．０μｍ）が、保護膜の上限値となる。
【００２７】
そこで、５０００Åより大きい膜厚において、Ｂ域光の信号強度が略１となる５４００Åの膜厚におけるＧ域光、Ｒ域光の信号強度に着目すると、Ｇ域光は０．９程度、Ｒ域光は０．８程度の信号強度である。同様に、Ｇ域光の信号強度が略１となる６５００Åの膜厚におけるＢ域光、Ｒ域光の信号強度に着目すると、Ｂ域光は略１であるのに対して、Ｒ域光は０．９程度の信号強度であり、Ｒ域光の信号強度が略１となる８４００Åの膜厚におけるＢ域光、Ｇ域光の信号強度に着目すると、Ｂ域光は０．７程度、Ｇ域光は０．５程度の信号強度である。このように、１つの膜厚において、全ての色域の波長の光に対して、信号強度を略１とすることはなく、このことから、光の波長に応じて、膜厚を変更した方がよいことがわかる。
【００２８】
従って、保護膜として屈折率２．０５の窒化珪素膜を用いる場合には、図２により、保護膜の膜厚を、Ｂ用のセルに対しては、５２５０Å以上、５５５０Å以下の範囲（５４００Å±３％程度）、望ましくは５４００Åとし、Ｇ用のセルに対しては、６３００Å以上、６７００Å以下の範囲（６５００Å±３％程度）、望ましくは６５００Åとし、Ｒ用のセルに対しては、８１５０Å以上、８６５０Å以下の範囲（８４００Å±３％程度）、望ましくは８４００Åとすれば、信号強度の相対値は、０．９以上となる。
【００２９】
次に、各セルにおいて、保護膜を最適な膜厚に形成する形成方法について、図３を用いて説明を行う。なお、図３においては、説明を簡略にするため、素子部を符号１１B、１１G、１１Rで表し、保護膜を符号１１で表して説明を行う。
【００３０】
本実施例においては、各セルで検出する波長域の光に対して、保護膜の膜厚を各々最適なものに形成するため、素子部１１B、１１G、１１Rの形成後、最初に、厚い膜厚で保護膜１２を堆積する。この厚い膜厚の保護膜１２は、素子部１１B、１１G、１１Rで用いる最大の膜厚、例えば、図２を参照すると、素子部１１Rに最適な膜厚ＴRとなる８４００Åを堆積すればよい（図３（ａ）参照）。
【００３１】
次に、素子部１１R領域の保護膜１２がエッチングされないように、この部分をレジスト等でマスクした後、他の素子部１１B、１１Gの領域の保護膜１２をドライエッチング等によりエッチングして、その膜厚を削減させる。このとき、削減する膜厚は、素子部１１Gに最適な膜厚、例えば、図２を参照すると、素子部１１Gに最適な膜厚ＴGである６５００Åとなるように、エッチングを行う（図３（ｂ）参照）。
【００３２】
最後に、素子部１１R、１１G領域の保護膜１２がエッチングされないように、これらの部分をマスクした後、素子部１１B領域の保護膜１２をドライエッチング等によりエッチングして、その膜厚を削減させる。このとき、削減する膜厚は、素子部１１Bに最適な膜厚、例えば、図２を参照すると、素子部１１Bに最適な膜厚ＴBである５４００Åとなるように、エッチングを行う（図３（ｃ）参照）。なお、図３（ｂ）で示す手順と図３（ｃ）で示す手順は、逆の順序であってもよい。
【００３３】
このようにして、異なる波長域を検出する各素子部１１B、１１G、１１Rに対応して、最適な膜厚を有する保護膜が形成されることになる。このような構成を有するセルにおいては、入射光が入射された際、保護膜の干渉の影響をできるだけ低減して、入射光がＰ型基板とＮ型ウェルの界面近傍に生成された空乏層により多く到達することになり、そのため、空乏層でより多くのキャリアが発生することになる。その結果、入射光に対して、高効率の光電変換を達成することが可能となり、検出感度を向上させることができる。
【００３４】
なお、本実施例においては、１層の保護膜を予め形成しておき、その１層の保護膜の膜厚を削ることにより、各セルの保護膜を最適な膜厚に形成しているが、複層の保護膜を予め形成しておき、複層の保護膜の何れか一方又は両方の膜厚を削ることにより、各セルの保護膜を最適な膜厚に形成してしてもよい。
【実施例２】
【００３５】
本実施例の半導体装置は、実施例１と同様に、各セルにおいて、保護膜の膜厚を各々最適な異なる膜厚としたものである。但し、本実施例では、異なる膜厚の保護膜の形成方法が実施例１と相違するものであり、この形成方法について、図４を用いて説明を行う。なお、図４においても、説明を簡略にするため、素子部を符号１１B、１１G、１１Rで表し、保護膜を符号１３〜１５で表して説明を行う。
【００３６】
本実施例においては、各セルが検出する波長域の光に対して、保護膜の膜厚を各々最適なものに形成するため、素子部１１B、１１G、１１Rの形成後、最初に、所定膜厚Ｔ1で保護膜１３を全面に堆積する。所定膜厚Ｔ1の保護膜１３は、素子部１１Bで用いる膜厚、例えば、図２を参照すると、素子部１１Bに最適な膜厚５４００Åを堆積すればよい（図４（ａ）参照）。
【００３７】
次に、素子部１１B以外の領域、つまり、素子部１１G、素子部１１Rの領域に、所定膜厚Ｔ2で保護膜１４を保護膜１３上に積層する。ここでは、保護膜１３の膜厚Ｔ1と保護膜１４の膜厚Ｔ2の和が、素子部１１Gで用いる膜厚、例えば、図２を参照すると、素子部１１Gに最適な膜厚６５００Åとなるように、保護膜１４を積層すればよい（図４（ｂ）参照）。
【００３８】
最後に、素子部１１B、素子部１１G以外の領域、つまり、素子部１１Rの領域のみに、所定膜厚Ｔ3で保護膜１５を保護膜１４上に積層する。ここでは、保護膜１３の膜厚Ｔ1、保護膜１４の膜厚Ｔ2及び保護膜１５の膜厚Ｔ3の和が、素子部１１Rで用いる膜厚、例えば、図２を参照すると、素子部１１Rに最適な膜厚８４００Åとなるように、保護膜１５を積層すればよい（図４（ｃ）参照）。
【００３９】
このようにして、実施例１と同様に、異なる波長域を検出する各素子部１１B、１１G、１１Rに対応して、最適な膜厚を有する保護膜が形成されることになる。このような構成を有するセルにおいては、入射光が入射された際、保護膜の干渉の影響をできるだけ低減して、入射光がＰ型基板とＮ型ウェルの界面近傍に生成された空乏層により多く到達することになり、そのため、空乏層近傍でより多くのキャリアが発生することになる。その結果、入射光に対して、高効率の光電変換を達成することが可能となり、検出感度を向上させることができる。
【実施例３】
【００４０】
本実施例の半導体装置は、実施例１、２とは異なり、保護膜の膜厚ではなく、各セルが検出する波長域の光に対して、保護膜の膜質を各々最適なものに形成したものである。この形成方法について、図５を用いて説明を行う。なお、図５においても、説明を簡略にするため、素子部を符号１１B、１１G、１１Rで表し、保護膜を符号１６で表して説明を行う。
【００４１】
本実施例においては、各セルが検出する波長域の光に対して、保護膜の膜質を各々最適なものに形成するため、素子部１１B、１１G、１１Rの形成後、所定膜厚の保護膜１６を堆積した後、素子部１１B、１１G、１１Rに応じて、保護膜１６に所定量、所定種のイオンを注入することにより、保護膜１６の膜質、例えば、屈折率等の光学的特性を最適なものとするものである。本実施例の場合、イオン注入を行う素子部の順序はなく、どのような順序で行っても構わないが、ここでは、一例として、素子部１１B、１１G、１１Rの順序で説明を行う。
【００４２】
最初に、素子部１１G、１１R領域の保護膜１６がイオン注入されないように、この部分をレジスト１７でマスクした後、素子部１１Bの領域の保護膜１６に、所定量、所定種のイオン１８を注入する。このとき、イオン種として、例えば、保護膜１６が酸化珪素膜（ＳｉＯ2）であれば、珪素（Ｓｉ）又は酸素（Ｏ）を用い、保護膜１６が窒化酸化珪素膜（ＳｉＯＮ）であれば、珪素（Ｓｉ）又は酸素（Ｏ）又は窒素（Ｎ）を用い、保護膜１６が窒化珪素膜（Ｓｉ3Ｎ4）であれば、珪素（Ｓｉ）又は窒素（Ｎ）を用いる。又、注入量としては、所望の光学的特性、つまり、所定膜厚の保護膜１６において、Ｂ域光の信号強度（透過強度）が最大となるような屈折率特性を有する膜質となる注入量とする（図５（ａ）参照）。
【００４３】
次に、レジスト１７を除去し、素子部１１B、１１Rの領域の保護膜１６がイオン注入されないように、この部分をレジスト１９でマスクした後、素子部１１Gの領域の保護膜１６に、所定量、所定種のイオン２０を注入する。このときも、イオン種として、例えば、保護膜１６が酸化珪素膜であれば、珪素又は酸素を用い、保護膜１６が窒化酸化珪素膜であれば、珪素又は酸素又は窒素を用い、保護膜１６が窒化珪素膜であれば、珪素又は窒素を用いる。又、注入量としても、所望の光学的特性、つまり、所定膜厚の保護膜１６において、Ｇ域光の信号強度（透過強度）が最大となるような屈折率特性を有する膜質となる注入量とする（図５（ｂ）参照）。
【００４４】
最後に、レジスト１９を除去し、素子部１１B、１１Gの領域の保護膜１６がイオン注入されないように、この部分をレジスト２１でマスクした後、素子部１１Rの領域の保護膜１６に、所定量、所定種のイオン２２を注入する。このときも、イオン種として、例えば、保護膜１６が酸化珪素膜であれば、珪素又は酸素を用い、保護膜１６が窒化酸化珪素膜であれば、珪素又は酸素又は窒素を用い、保護膜１６が窒化珪素膜であれば、珪素又は窒素を用いる。又、注入量としても、所望の光学的特性、つまり、所定膜厚の保護膜１６において、Ｒ域光の信号強度（透過強度）が最大となるような屈折率特性を有する膜質となる注入量とする（図５（ｃ）参照）。
【００４５】
そして、レジスト２１を削除すると、図５（ｄ）に示すように、各波長を検出する素子部１１B、１１G、１１Rに応じて、最適な光学特性の領域ＡB、ＡG、ＡRを有する保護膜１６が形成されることになる。このような構成を有するセルにおいては、入射光が入射された際、保護膜の干渉の影響をできるだけ低減して、入射光がＰ型基板とＮ型ウェルの界面近傍に生成された空乏層に到達することになり、そのため、空乏層でより多くのキャリアが発生することになる。その結果、入射光に対して、高効率の光電変換を達成することが可能となり、検出感度を向上させることができる。
【００４６】
一般的に、透過膜の膜厚を一定としても、透過膜の屈折率を変化させると、透過膜を透過する光の強度の変化は、透過膜内での干渉の作用により、光の波長が半波長ずれる度に強め合い、その強度は、余弦関数で表される周期的な変化をする。そして、強度の変化の周期は、光の波長により各々異なり、Ｒ、Ｇ、Ｂ各波長に対する強度は、図６、７に示すような変化となる。なお、図６、７においては、最大強度を１として、その相対的変化を図示した。
【００４７】
具体的には、信号強度の相対値は、保護膜の膜厚をｔ、光の膜中の波長をＬとすると、ＣＯＳ（２π×ｔ／（Ｌ／２））に比例する。保護膜の屈折率をｎ、光の空気中の波長をλとすると、Ｌ＝λ／ｎであり、信号強度の相対値は、ＣＯＳ（２π×２ｎｔ／λ）に比例することになる。そして、（２ｎｔ／λ）が整数になるとき、信号強度の相対値は最大値をとるため、ｍを任意の整数とすると、保護膜の屈折率ｎは、ｎ＝［λ／（２ｔ）］・ｍにより求められる。従って、この式を用いて、光電変換を行う光の波長に応じて、所望の屈折率特性を求めればよい。なお、上記計算過程において、保護膜の膜厚ｔについて求めると、膜厚ｔは、ｔ＝［λ／（２ｎ）］・ｍにより求めることができ、実施例１、２において、この式を用いて、光電変換を行う光の波長に応じて、所望の膜厚を求めるようにしてもよい。
【００４８】
光電変換を行う光の波長を、可視光の青、緑、赤の波長域とし、保護膜の膜厚を５０００Åとする場合には、図６に示すように、可視光の青の波長域（中心波長４４５０Å）に対する保護膜の屈折率を、１．７１以上、１．８５以下の範囲、望ましくは１．７８とし、可視光の緑の波長域（中心波長５３５０Å）に対する保護膜の屈折率を、１．５２以上、１．６８以下の範囲、望ましくは１．６０とし、可視光の赤の波長域（中心波長６９００Å）に対する保護膜の屈折率を、１．９４以上、２．１８以下の範囲、望ましくは２．０６とすれば、信号強度の相対値は、０．９以上となる。
【００４９】
又、保護膜の膜厚を６０００Åとする場合には、図７に示すように、可視光の青の波長域（中心波長４４５０Å）に対する保護膜の屈折率を、１．７９以上、１．９１以下の範囲、望ましくは１．８５とし、可視光の緑の波長域（中心波長５３５０Å）に対する保護膜の屈折率を、１．７０以上、１．８６以下の範囲、望ましくは１．７８とし、可視光の赤の波長域（中心波長６９００Å）に対する保護膜の屈折率を、１．６３以上、１．８３以下の範囲、望ましくは１．７３とすれば、信号強度の相対値は、０．９以上となる。
【００５０】
なお、本実施例においては、保護膜にイオン注入を行うことで、保護膜の膜質を、各セルに最適な膜質としているが、上述したプラズマＣＶＤ装置における保護膜のプロセス条件において、原料の供給比等を変更することによって、保護膜の成膜時に、各セルに最適な膜質の保護膜を成膜するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】イメージセンサの１つのセルの構成を示す図である。
【図２】Ｒ、Ｇ、Ｂ各波長の光に対し、保護膜の厚さを変化させたときの信号強度の変化を示すグラフである。
【図３】本発明に係る半導体装置の形成方法の一例（実施例１）を説明する図である。
【図４】本発明に係る半導体装置の形成方法の他の一例（実施例２）を説明する図である。
【図５】本発明に係る半導体装置の形成方法の他の一例（実施例３）を説明する図である。
【図６】Ｒ、Ｇ、Ｂ各波長の光に対し、保護膜（膜厚５０００Å）の屈折率を変化させたときの信号強度の変化を示すグラフである。
【図７】Ｒ、Ｇ、Ｂ各波長の光に対し、保護膜（膜厚６０００Å）の屈折率を変化させたときの信号強度の変化を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５２】
１    Ｐ型基板
２    Ｎ型ウェル
３    フィールド酸化膜
４    高濃度Ｎ型領域
５    層間絶縁膜
６    配線
７、１２、１３、１４、１５、１６  保護膜
８    空乏層
９    入射光
１０  キャリア
１１R、１１G、１１B  素子部
１７、１９、２１  レジスト
１８、２０、２２  イオン
【図１】
2007227636.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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