JP3079567B2 - Solid-state imaging device - Google Patents
Solid-state imaging deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体基板に形成されたセンサ部上に絶縁
膜が形成され、この絶縁膜上に高屈折率膜が形成された
固体撮像装置に関する。The present invention relates to a solid-state imaging device in which an insulating film is formed on a sensor portion formed on a semiconductor substrate, and a high refractive index film is formed on the insulating film. About.
CCD型の固体撮像装置は、半導体基板の表面に形成さ
れたセンサー部に光が入射し、そのセンサー部で発生し
た信号電荷によって映像信号が得られる構造をなしてい
る。The CCD solid-state imaging device has a structure in which light is incident on a sensor portion formed on the surface of a semiconductor substrate, and a video signal is obtained by signal charges generated in the sensor portion.
ここで、第３図は、従来の固体撮像装置の一例の断面
図であり、シリコン基板１上にシリコン酸化膜２を介し
て形成された転送電極３を有している。一対の転送電極
３の間の基板表面には、センサー部４が形成され、転送
電極３上に形成されるアルミニュウム層からなる遮光層
５は、センサー部４上で開口されている。遮光層５は、
PSG等のシリコン酸化膜からなるパッシベーション膜６
に被覆され、パッシベーション膜６上には、カラーフィ
ルター層７が形成されている。Here, FIG. 3 is a cross-sectional view of an example of a conventional solid-state imaging device, having a transfer electrode 3 formed on a silicon substrate 1 via a silicon oxide film 2. A sensor unit 4 is formed on the surface of the substrate between the pair of transfer electrodes 3, and a light-shielding layer 5 made of an aluminum layer formed on the transfer electrode 3 is opened on the sensor unit 4. The light shielding layer 5
Passivation film 6 made of silicon oxide film such as PSG
And a color filter layer 7 is formed on the passivation film 6.
このパッシベーション膜としては、シリコン酸化膜の
他にシリコン窒化膜で形成したものがある。例えば、特
開昭60−177778号公報には、透明電極である多結晶シリ
コン上にプラズマシリコン窒化膜が形成され、このシリ
コン窒化膜を積層する構造では、多重干渉効果による短
波長感度の増大が見込まれている。As this passivation film, there is a film formed of a silicon nitride film in addition to a silicon oxide film. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. Sho 60-177778 discloses that a plasma silicon nitride film is formed on polycrystalline silicon which is a transparent electrode. Expected.
ところが、第３図に示す構造の固体撮像装置では、シ
リコン基板１の表面での反射によって、入射光の損失が
大きく、十分な感度が得られない。また、フィルター層
の下部にプラズマシリコン窒化膜を形成する例では、シ
リコン窒化膜とその下部のシリコン酸化膜の干渉効果に
よって、分光透過率にはリップルが発生し、カラーフィ
ルターの分光特性が変動し易くなる。However, in the solid-state imaging device having the structure shown in FIG. 3, the loss of incident light is large due to reflection on the surface of the silicon substrate 1, and sufficient sensitivity cannot be obtained. In the case of forming a plasma silicon nitride film below the filter layer, ripples occur in the spectral transmittance due to the interference effect between the silicon nitride film and the silicon oxide film therebelow, and the spectral characteristics of the color filter fluctuate. It will be easier.
そこで、本発明は、フィルターの分光特性が変動する
ような弊害を防止しながら、安定した反射防止を図る固
体撮像装置の提供を目的とする。Accordingly, it is an object of the present invention to provide a solid-state imaging device that stably prevents reflection while preventing an adverse effect that the spectral characteristics of a filter fluctuate.
本発明は、上述した課題を解決するため、半導体基板
に形成されたセンサ部と、このセンサ部の表面に形成さ
れたシリコン酸化膜よりなる絶縁膜と、この絶縁膜上に
形成される上記絶縁膜より屈折率の高いシリコン窒化膜
よりなる高屈折率膜と、この高屈折率膜上に形成される
シリコン系材料よりなるパッシベーション膜と、このパ
ッシベーション膜上に形成されるフィルター層とを備え
る。そして、絶縁膜及び高屈折率膜をその膜厚が、250
Å〜350Åとなるように形成したものである。In order to solve the above-described problems, the present invention provides a sensor unit formed on a semiconductor substrate, an insulating film made of a silicon oxide film formed on a surface of the sensor unit, and an insulating film formed on the insulating film. A high-refractive-index film made of a silicon nitride film having a higher refractive index than the film, a passivation film made of a silicon-based material formed on the high-refractive-index film, and a filter layer formed on the passivation film. Then, the insulating film and the high refractive index film have a thickness of 250
It is formed so as to be Å-350Å.
ここで、パッシベーション膜は、その屈折率が1.46と
され、フィルター層は、その屈折率が1.5〜1.6とされ
る。Here, the passivation film has a refractive index of 1.46, and the filter layer has a refractive index of 1.5 to 1.6.
本発明に係る固体撮像装置は、絶縁膜及び高屈折率膜
を膜厚を250Å〜350Åの薄膜に形成することで、可視光
域の光線に対し比較的平坦な分光特性を有する反射防止
膜として機能させ、基板表面からの反射を防止すること
ができると共に分光特性におけるリップルも防止するこ
とができる。また、この固体撮像装置は、パッシベーシ
ョン膜とフィルター層の屈折率を近似したものすること
で、高屈折率膜から上の干渉効果を抑制することが可能
となり、センサー部の高感度化を図ることができる。The solid-state imaging device according to the present invention is an anti-reflection film having a relatively flat spectral characteristic with respect to light in the visible light region by forming the insulating film and the high-refractive-index film into a thin film having a thickness of 250 ° to 350 °. By functioning, reflection from the substrate surface can be prevented, and ripples in spectral characteristics can also be prevented. In addition, this solid-state imaging device makes it possible to suppress the interference effect above the high refractive index film by approximating the refractive indices of the passivation film and the filter layer, thereby improving the sensitivity of the sensor unit. Can be.
以下、本発明が適用された固体撮像装置について、図
面を参照して説明する。Hereinafter, a solid-state imaging device to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
この固体撮像装置は、第１図に示すように、シリコン
基板11の表面に、光電変換によって信号電荷を得るため
のセンサー部17が形成されている。センサー部17は、例
えば不純物拡散領域からなるフォトダイオードより形成
されている。このシリコン基板11上には、薄膜のシリコ
ン酸化膜12が形成され、このシリコン酸化膜12上には、
高屈折率膜である薄膜のシリコン窒化膜13が形成されて
いる。シリコン酸化膜12は、屈折率が約1.45であり、高
屈折率膜であるシリコン窒化膜13は、屈折率が約20であ
る。In this solid-state imaging device, as shown in FIG. 1, a sensor unit 17 for obtaining signal charges by photoelectric conversion is formed on the surface of a silicon substrate 11. The sensor unit 17 is formed of, for example, a photodiode including an impurity diffusion region. On this silicon substrate 11, a thin silicon oxide film 12 is formed, and on this silicon oxide film 12,
A thin silicon nitride film 13 which is a high refractive index film is formed. The silicon oxide film 12 has a refractive index of about 1.45, and the silicon nitride film 13, which is a high refractive index film, has a refractive index of about 20.
第２図は、センサー部17上の各層を示す図であり、シ
リコン酸化膜12は、膜厚がd2とされ、シリコン窒化膜13
は、膜厚がd3とされる。そして、シリコン酸化膜12の膜
厚d2及びシリコン窒化膜13の膜厚がd3は、それぞれ250
Å〜350Åに形成される。シリコン酸化膜12とシリコン
窒化膜13とは、それぞれ膜厚が250Å〜350Åとなるよう
に薄膜形成することで、可視光領域内で比較的平坦な分
光特性の反射防止膜を得ることができる。例えば、シリ
コン酸化膜12とシリコン窒化膜13の膜厚d2,d3を適切な
値に設定することで、平均して12〜13％程度の反射率に
抑えることができ、従来のシリコン基板で40％程度反射
していたものを、約３分の１に抑えることができる。FIG. 2 is a diagram showing each layer on the sensor section 17. The silicon oxide film 12 has a thickness of d 2 and a silicon nitride film 13.
The thickness is set to d 3. Then, the film thickness of the thickness d 2 and the silicon nitride film 13 is d 3 of the silicon oxide film 12 are each 250
Å ~ 350Å formed. By forming the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 13 as thin films each having a thickness of 250 to 350 degrees, an antireflection film having a relatively flat spectral characteristic in the visible light region can be obtained. For example, by setting the thicknesses d 2 and d 3 of the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 13 to appropriate values, the reflectance can be suppressed to about 12 to 13% on average, and the conventional silicon substrate Can reduce about 40% of the reflection to about one third.
このように反射防止膜として機能するシリコン酸化膜
12及びシリコン窒化膜13上には、転送電極として機能す
るポリシリコン層14が形成されている。このポリシリコ
ン層14は、２層構造とされ、シフトレジスタを構成する
ように２〜４相程度の転送信号が供給される。ポリシリ
コン層14は、シリコン酸化膜15に被覆され、更に入射光
を遮断するための遮光層16に被覆されている。遮光層16
は、アルミニュウム層よりなり、センサー部17上で開口
され、センサー部17上で開口した領域は、シリコン窒化
膜13が臨まされている。Silicon oxide film functioning as antireflection film
On the silicon nitride film 12 and the silicon nitride film 13, a polysilicon layer 14 functioning as a transfer electrode is formed. The polysilicon layer 14 has a two-layer structure, and is supplied with transfer signals of about two to four phases so as to constitute a shift register. The polysilicon layer 14 is covered with a silicon oxide film 15 and further covered with a light shielding layer 16 for blocking incident light. Light shielding layer 16
Is made of an aluminum layer, is opened on the sensor unit 17, and a region opened on the sensor unit 17 is exposed to the silicon nitride film 13.
遮光層16上には、パッシベーション膜18が形成されて
いる。このパッシベーション膜18は、シリコン系のパッ
シベーション膜であるPSG膜よりなり、屈折率は、約1.4
6とされる。このパッシベーション膜18上には、カラー
フィルター層19が形成されている。このカラーフィルタ
ー層19は、平坦化膜19aとフィルター層19bが積層された
構造とされる。カラーフィルター層19の屈折率は、約1.
5〜1.6であり、パッシベーション膜18と同程度に設定さ
れている。このためシリコン窒化膜13上での干渉効果が
緩和されることになり、その結果、固体撮像装置の高感
度化を図ることができる。On the light shielding layer 16, a passivation film 18 is formed. The passivation film 18 is made of a PSG film, which is a silicon-based passivation film, and has a refractive index of about 1.4.
It is 6. On the passivation film 18, a color filter layer 19 is formed. The color filter layer 19 has a structure in which a flattening film 19a and a filter layer 19b are stacked. The refractive index of the color filter layer 19 is about 1.
5 to 1.6, which is set to be substantially the same as that of the passivation film 18. Therefore, the interference effect on the silicon nitride film 13 is reduced, and as a result, the sensitivity of the solid-state imaging device can be increased.
本発明が適用された固体撮像装置は、上述のように、
シリコン酸化膜12とシリコン窒化膜13の膜厚が250Å〜3
50Åとなるように形成されることから、シリコン基板11
の表面での反射を防止することができ、同時にリップル
を抑えた透過率を得ることができる。また、パッシベー
ション膜18とフィルター層19は、屈折率を同程度とする
ことから、界面での干渉を抑制することができる。した
がって、本発明が適用された固体撮像装置では、フレア
やゴーストになる不要な反射が十分に抑えられることに
なり、透過率が改善されるためにセンサー部17の感度を
向上させることができる。The solid-state imaging device to which the present invention is applied, as described above,
The thickness of the silicon oxide film 12 and the silicon nitride film 13 is 250Å to 3
Since it is formed to be 50 mm, the silicon substrate 11
Can be prevented from being reflected on the surface, and at the same time, a transmittance with suppressed ripple can be obtained. Moreover, since the passivation film 18 and the filter layer 19 have the same refractive index, interference at the interface can be suppressed. Therefore, in the solid-state imaging device to which the present invention is applied, unnecessary reflection that causes flare or ghost is sufficiently suppressed, and the transmittance is improved, so that the sensitivity of the sensor unit 17 can be improved.
なお、以上説明した固体撮像装置では、シリコン酸化
膜とシリコン窒化膜は、転送電極の下層に形成される構
造としているが、これに限定されず、シリコン酸化膜及
びシリコン窒化膜が転送電極の上層や遮光層の上層とし
て形成される構造であっても良い。また、シリコン酸化
膜やシリコン窒化膜の上部或いは下部に、反射防止膜の
一部として薄いポリシリコン膜を配設するような構造と
してもよい。In the solid-state imaging device described above, the silicon oxide film and the silicon nitride film have a structure formed below the transfer electrode. However, the present invention is not limited to this. The silicon oxide film and the silicon nitride film may be formed above the transfer electrode. Alternatively, a structure formed as an upper layer of a light shielding layer may be used. Further, a structure in which a thin polysilicon film is provided as a part of an antireflection film above or below a silicon oxide film or a silicon nitride film may be adopted.
本発明に係る固体撮像装置によれば、シリコン酸化膜
よりなる絶縁膜及びシリコン窒化膜よりなる高屈折率膜
を膜厚を250Å〜350Åの薄膜に形成することで、可視光
域の光線に対し比較的平坦な分光特性を有する反射防止
膜として機能させることができる。また、パッシベーシ
ョン膜とフィルター層の屈折率を近似したものとするこ
とで、高屈折率膜以上の干渉効果を抑制することが可能
となる。従って、本発明に係る固体撮像装置は、センサ
ー部での反射を低減することができ、フレアやゴースト
等の現象を抑制することが可能となり、さらに透過率の
向上から、高感度化を実現することができる。According to the solid-state imaging device according to the present invention, the insulating film made of a silicon oxide film and the high-refractive-index film made of a silicon nitride film are formed in a thin film having a thickness of 250 ° to 350 °, so that light in the visible light region can be prevented. It can function as an antireflection film having relatively flat spectral characteristics. Further, by making the refractive indices of the passivation film and the filter layer approximate, it is possible to suppress the interference effect of the high refractive index film or more. Therefore, the solid-state imaging device according to the present invention can reduce reflection at the sensor unit, suppress phenomena such as flare and ghost, and realize higher sensitivity from improvement in transmittance. be able to.
第１図は本発明が適用された固体撮像装置の断面図、第
２図は、センサ部上を拡大した要部拡大図、第３図は、
従来の固体撮像装置の断面図である。 11……シリコン基板、12……シリコン酸化膜、13……シ
リコン窒化膜、14……ポリシリコン層、18……パッシベ
ーション膜、19……カラーフィルター層。1 is a cross-sectional view of a solid-state imaging device to which the present invention is applied, FIG. 2 is an enlarged view of a main part in which a sensor unit is enlarged, and FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a conventional solid-state imaging device. 11 ... silicon substrate, 12 ... silicon oxide film, 13 ... silicon nitride film, 14 ... polysilicon layer, 18 ... passivation film, 19 ... color filter layer.
Claims (2)
る絶縁膜と、 上記絶縁膜上に形成される上記絶縁膜より屈折率の高い
シリコン窒化膜よりなる高屈折率膜と、 上記高屈折率膜上に形成されるシリコン系材料よりなる
パッシベーション膜と、 上記パッシベーション膜上に形成されるフィルター層と
を備え、 上記絶縁膜及び上記高屈折率膜は、膜厚が250Å〜350Å
であることを特徴とする固体撮像装置。A sensor portion formed on a semiconductor substrate; an insulating film formed of a silicon oxide film formed on a surface of the sensor portion; and silicon having a higher refractive index than the insulating film formed on the insulating film. A high-refractive-index film made of a nitride film; a passivation film made of a silicon-based material formed on the high-refractive-index film; and a filter layer formed on the passivation film. The rate film has a thickness of 250Å to 350Å
A solid-state imaging device, characterized in that:
され、上記フィルター層の屈折率は1.5〜1.6とされたこ
とを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein said passivation film has a refractive index of 1.46 and said filter layer has a refractive index of 1.5 to 1.6.
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