(57)【要約】【課題】本発明の課題は、反射防止膜を有する固体撮像装置において、従来例より少ない製造工程で光電変換部における量子効率の低下を防止する固体撮像装置およびその製造方法を提案することにある。【解決手段】半導体基板上に２次元配列状に形成された複数の光電変換素子と、これらの光電変換素子が形成された半導体基板上に形成される酸化膜と、この酸化膜上に形成される反射防止膜と、この反射防止膜上において、前記各光電変換素子に対応して形成される透過波長が異なる第１乃至第３のカラーフィルタを具備し、これらのカラーフィルタのうち、第１、第２のカラーフィルタ下に形成される反射防止膜は膜厚が等しい第１の反射防止膜からなり、第３のカラーフィルタ下に形成される反射防止膜は前記第１の反射防止膜よりも厚く形成される第２の反射防止膜からなることを特徴とする固体撮像装置。【選択図】図２
2009105150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に２次元配列状に形成された複数の光電変換素子と、
これらの光電変換素子が形成された半導体基板上に形成される酸化膜と、
この酸化膜上に形成される反射防止膜と、
この反射防止膜上において、前記各光電変換素子に対応して形成される透過波長が異なる第１乃至第３のカラーフィルタを具備し、
これらのカラーフィルタのうち、第１、第２のカラーフィルタ下に形成される反射防止膜は膜厚が等しい第１の反射防止膜からなり、第３のカラーフィルタ下に形成される反射防止膜は前記第１の反射防止膜よりも厚く形成される第２の反射防止膜からなることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１の反射防止膜と前記第２の反射防止膜は、同じ材料、かつ、同じ製造工程で形成され、膜厚のみ異な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】
前記反射防止膜は、シリコン窒化膜であ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４】
半導体基板上に複数の光電変換素子を２次元配列状に形成する工程と、
これらの光電変換素子が形成された半導体基板上に酸化膜を形成する工程と、
この酸化膜上の第１、第２のカラーフィルタ形成予定領域下には膜厚が等しい第１の反射防止膜を形成し、この酸化膜上の第３のカラーフィルタ形成予定領域下には前記第１の反射防止膜よりも厚い第２の反射防止膜を形成する工程と、
前記第１及び第２の反射防止膜上において、前記各光電変換素子に対応して、透過波長が異なる前記第１至乃第３のカラーフィルタを形成する工程とを有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記第１および第２の反射防止膜を形成する工程は、
シリコン窒化膜を前記酸化膜上に均一に形成する工程と、
前記第３のカラーフィルタ形成予定領域下に形成された前記シリコン窒化膜上にフォトレジストを形成する工程と、
このフォトレジストを介して前記シリコン窒化膜を露光する工程と、
前記露光する工程により露光された領域をエッチングする工程とを有することを特徴とする請求項４に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、特に光電変換部の上に形成される反射防止膜の構造およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に固体撮像装置を構成する画素は、半導体基板上にＰ型又はＮ型のウェルが形成され、このウェルに、これと極性が異なる不純物拡散領域が埋め込み形成され、これらＰＮ接合によって光電変換部を形成している。この光電変換部が形成された半導体基板上には屈折率１．４〜１．５の酸化膜が形成され、この酸化膜上には屈折率がおよそ３．５のシリコン窒化膜からなる反射防止膜が形成されている。この反射防止膜上には透過波長が異なる光フィルタが各光電変換部に対応して形成され、次いでマイクロレンズが各光フィルタ上に形成されている。
【０００３】
このような固体撮像装置において、近年の素子の微細化に伴い、光電変換部に入射する光に対する量子効率の低下が懸念されている。このような量子効率の低下は、反射防止膜での入射光に対する反射率が高いことが要因となっている。例えばシリコン窒化膜からなる反射防止膜の反射率は、入射光に対しておよそ３０％程度である。ここで量子効率とは、光電気変換部に入射する光子数に対して発生する光電流キャリア数の比で表される。
【０００４】
また、反射防止膜の反射率には波長依存性がある。従って、各カラーフィルタの下に形成される反射防止膜の反射率は異なるため、量子効率に差が生じる。
【０００５】
すなわち、反射防止膜をカラーフィルタの種類に関わらず均一な膜厚に形成すると、異なるカラーフィルタの下に形成される反射防止膜毎の反射率が最小ではないため、固体撮像装置全体として量子効率が低下し、さらには各色毎に反射率が異なるために色ムラの要因となる。
【０００６】
そこで上記の問題を解決する手段として、各色毎の反射防止膜に対する反射率が最小になるように反射防止膜の膜厚を制御することで、量子効率の低下および色ムラを防止する構造が知られている。（特許文献１）
しかし、このような構造を有する固体撮像装置を形成するためには、反射防止膜を各色毎に異なる膜厚で形成しなければならない。従って、従来よりも多くの製造工程が必要となるため、生産コストの面で問題がある。
【特許文献１】特開２００５−１４２５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の課題は、反射防止膜を有する固体撮像装置において、従来例より少ない製造工程で光電変換部における量子効率の低下を防止する固体撮像装置およびその製造方法を提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による固体撮像装置は、半導体基板上に２次元配列状に形成された複数の光電変換素子と、これらの光電変換素子が形成された半導体基板上に形成される酸化膜と、この酸化膜上に形成される反射防止膜と、この反射防止膜上において、前記各光電変換素子に対応して形成される透過波長が異なる第１乃至第３のカラーフィルタを具備し、これらのカラーフィルタのうち、第１、第２のカラーフィルタ下に形成される反射防止膜は膜厚が等しい第１の反射防止膜からなり、第３のカラーフィルタ下に形成される反射防止膜は前記第１の反射防止膜よりも厚く形成される第２の反射防止膜からなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明による固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上に複数の光電変換素子を２次元配列状に形成する工程と、これらの光電変換素子が形成された半導体基板上に酸化膜を形成する工程と、この酸化膜上に反射防止膜を形成する工程と、前記第１及び第２の反射防止膜上において、前記各光電変換素子に対応して、透過波長が異なる前記第１至乃第３のカラーフィルタを形成する工程とを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来例よりも少ない製造工程で量子効率の低下が防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の固体撮像装置の実施形態を図１〜図７を用いて説明する。
【００１２】
図１は、本実施形態による固体撮像装置の光電変換部を示す上面図である。また、図２(a)は、図１に示す破線Ａ−Ａ’に沿った断面図であり、同図(b)は、破線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図である。
【００１３】
この例におけるカラーフィルタは、緑色光を透過する緑色カラーフィルタ１１、赤色光を透過する赤色カラーフィルタ１２、青色光を透過する青色カラーフィルタ１３の３種類を用いており、各カラーフィルタ１１，１２，１３は、ベイヤー配列形成されている。また、緑色カラーフィルタ１１および赤色カラーフィルタ１２下に形成される第１の反射防止膜１５の膜厚は、青色カラーフィルタ１３下に形成される第２の反射防止膜１４の膜厚より薄く形成された構造である。
【００１４】
図１および図２に示す固体撮像装置は、半導体基板１６上に２次元配列状に光電変換素子１７が形成されている。これらの光電変換素子１７が形成された半導体基板１６上には、シリコン酸化膜１８が形成されており、このシリコン酸化膜１８上にはシリコン窒化膜からなる第１および第２の反射防止膜１４、１５が形成されている。これらの反射防止膜１４，１５上には、第１の平坦化層１９を介し、各光電変換素子１７に対応して市松状に緑色カラーフィルタ１１が形成され、この緑色カラーフィルタ１１の形成されない箇所には、青色カラーフィルタ１３または赤色カラーフィルタ１２が形成されている。そしてこれら各カラーフィルタ１１、１２、１３上には、第２の平坦化層２０を介してマイクロレンズ２１が形成されている。
【００１５】
次に、本実施形態である図１および図２に示す固体撮像装置の製造工程を、図３〜図７を用いて説明する。なお、図３〜図６における各図の(a)および(b)は、図２(a)および(b)に対応した断面図を示す。
【００１６】
まず、図３に示すように、光電変換素子１７が形成された半導体基板１６上に、屈折率１．４〜１．５のシリコン酸化膜１８を１〜１０ｎｍの厚さで形成し、続いてCVD (Chemical Vapor Deposition) 法で屈折率３．５のシリコン窒化膜２２を１００ｎｍの厚さで均一に形成する。
【００１７】
次に、図４に示すように、シリコン窒化膜２２上の、後にこのシリコン窒化膜２２の上に青色カラーフィルタ１３が形成される箇所だけを覆うようにフォトレジスト２３を形成し、露光を行う。
【００１８】
次に、図５に示すように、露光されたシリコン窒化膜２２に対してイオンエッチングを行う。この工程によって反射防止膜の膜厚に差が生じ、エッチングされた部分は第１の反射防止膜１５、エッチングされなかった部分は第２の反射防止膜１４となる。
【００１９】
次に、図６に示すように、フォトレジスト２３を除去する。
【００２０】
最後に、第１の平坦化層１９、各カラーフィルタ１１、１２、１３、第２の平坦化層２０の順に形成し、次いでマイクロレンズ２１を形成することで、図１および図２に示すような固体撮像装置が得られる。
【００２１】
ここで形成された第１および第２の反射防止膜１４，１５の膜厚は、反射防止膜１４，１５の膜厚によって変化する透過率の波長依存性を示す図７から決定される。すなわち、例えばこれら反射防止膜１４，１５の膜厚を５５ｎｍとした場合、緑色波長および赤色波長の透過率はほぼ同じおよそ９５％である。これに対して青色波長の透過率はおよそ８０％であり、この透過率の差が色ムラや量子効率の低下の要因となっている。本実施例においては、青色波長の透過率が他の２色の透過率に一致するように膜厚を制御しており、７０ｎｍ以上の膜厚にすればほぼ同じ透過率が実現できる。
【００２２】
このように、本実施形態においては、青色カラーフィルタ１３下の第２の反射防止膜１４の膜厚のみを、他のカラーフィルタ１１，１２下に配置される第１の反射防止膜１５の膜厚よりも厚く形成している。このようにカラーフィルタ１１，１２，１３下に形成される反射防止膜１４，１５の透過率を等しくすることで、色ムラがなく、かつ量子効率が高い固体撮像装置が得られる。ここで、本実施形態においては、シリコン酸化膜１８の屈折率は１．０以上であり、その膜厚は１ｎｍ〜１０ｎｍの範囲内で形成し、第１および第２の反射防止膜１４，１５は屈折率２．０以上であり、その膜厚は４０ｎｍ〜７０ｎｍの範囲で形成することで、量子効率の高い固体撮像装置が得られる。
【００２３】
なお、本実施形態における反射防止膜１４，１５の膜厚は、上記に限るものではなく、発明の趣旨を逸脱しない限りで自由に設定できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本実施形態による固体撮像装置の光電変換部を示す上面図である。
【図２】本実施形態による固体撮像装置の光電変換部を示す断面図であり、同図（a）は図１に示す破線Ａ−Ａ’に沿った断面図であり、同図（b）は図１に示す破線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図である。
【図３】本実施形態による固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図４】本実施形態による固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図５】本実施形態による固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図６】本実施形態による固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図７】シリコン窒化膜の各膜厚による透過率の波長依存性を示す図である。
【符号の説明】
【００２５】
１１：緑色カラーフィルタ、１２：赤色カラーフィルタ、１３：青色カラーフィルタ、１４：第２の反射防止膜、１５：第１の反射防止膜、１６：半導体基板、１７：光電変換素子、１８：シリコン酸化膜、１９：第１の平坦化層、２０：第２の平坦化層、２１：マイクロレンズ、２２：シリコン窒化膜、２３：フォトレジスト。
【図１】
2009105150.tif 000003
【図２】
2009105150.tif 000004
【図３】
2009105150.tif 000005
【図４】
2009105150.tif 000006
【図５】
2009105150.tif 000007
【図６】
2009105150.tif 000008
【図７】
2009105150.tif 000009