JP5402083B2 - 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 - Google Patents
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Description
また、本発明は、かかる固体撮像装置を備えたカメラ等を含む電子機器を提供するものである。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、感度特性を向上し、画像むらの発生を抑えることができる固体撮像装置を製造することができる。
本発明に係る電子機器によれば、固体撮像装置において、感度特性が向上し、画像むらの発生が抑えられるので、高画質、高品質の電子機器を提供することができる。
1.第1の実施の形態(固体撮像装置の構成及び製造方法の例)
2.第2の実施の形態(固体撮像装置の構成例)
3.第3の実施の形態(固体撮像装置の構成例)
4.第4の実施の形態(固体撮像装置の構成例及び製造方法の例)
5.第5の実施の形態(固体撮像装置の構成例及び製造方法の例)
6.第6の実施の形態(固体撮像装置の構成例)
7.第7の実施の形態(固体撮像装置の構成例)
8.第8の実施の形態(電子機器の構成例)
[固体撮像装置の構成例]
図1〜図2に、本発明に係る固体撮像装置をCCD固体撮像装置に適用した第1実施の形態を示す。図1はCCD固体撮像装置の撮像領域の要部の平面図、図2は図1のA−A線上の断面図である。
このように形成することで、各高さでのコア幅に対して埋め込み性がありながら、最も高い屈折率で埋め込まれた構造となり、コア層27全体の実効的な屈折率を高く出来るため、高い感度特性が得られる構造となる。
なお、上記の第1の膜及び第2の膜のそれぞれの膜内で一様の屈折率を持つ2層構造とする構成は後述する第2実施の形態以下の各実施の形態に係る固体撮像装置にも適用できる。また、上記の第1の膜が屈折率を異にした複数の膜で形成する構成、第1の膜を屈折率を変化させた膜で形成する構成は、後述する第2実施の形態以下の実施の形態に係る固体撮像装置にも適用できる。
0≦(第1の膜271の屈折率n)×(第1の膜271の厚みd0)≦720nm
の式を満たす厚さに設定されることが望ましい。その理由は、後述する。なお、上限は720nmでなくても、固体撮像装置で使用する最も長い波長λと概ね一致する値であれば良い。
図4〜図5に、第1実施の形態の固体撮像装置の製造方法、特に導波路の製法を示す。各工程図は、図1のA−A線上の断面に相当する。
図6に、第1実施の形態の固体撮像装置の製造方法の他の例を示す。本例は、クラッド層26の形成の仕方を異にした製造方法である。本実施の形態では、前述の図4Aの状態の後、図6Aに示すように、クラッド層26を受光部2に対応した凹部周囲の積層構造の表面に倣うように成膜する。
本実施の形態は、コア層27の第1の膜271の形成に際して、使用するガスの流量比を制御しながら、下層から上層に向けて屈折率が高くなるように、複数層の膜を成膜する。
その他、コア層27の第1の膜271の形成に際して、使用するガスの流量を制御しながら、下層から上層に向けて屈折率が連続的に高くなるように成膜する。
いずれの場合も、クラッド層26は、製造方法の例(1)または(2)で説明した製法で形成する。
[固体撮像装置の構成例]
図14に、本発明に係る固体撮像装置としてCCD固体撮像装置に適用した第2実施の形態を示す。図14はCCD固体撮像装置の撮像領域の要部の断面図である。本実施の形態に係る固体撮像装置51は、受光部2であるフォトダイオード(PD)上に、クラッド層26と、埋め込み性が良くて屈折率が比較的低い第1の膜271及び屈折率が高い第2の膜272からなるコア層27とを有する導波路28が形成される。この導波路28は、第1実施の形態で説明したと同様の導波路である。
0≦(第1の膜271の屈折率n)×(第1の膜271の厚みd0)≦720nm
の式を満たす厚さに設定される。なお、上限は720nmでなくても、概ね固体撮像装置で使用する最も長い波長の値λ以下であればよい。
これにより、第1実施の形態の固体撮像装置と同様に、図12で示した感度特性の改善とスミア特性の改善を図ることができる。
[固体撮像装置の構成例]
図17に、本発明に係る固体撮像装置をCCD固体撮像装置に適用した第3実施の形態を示す。図17はCCD固体撮像装置の撮像領域の要部の断面図である。本実施の形態に係る固体撮像装置53は、前述した導波路27上にさらに層内レンズ54を形成して構成される。すなわち、本実施の形態に係る固体撮像装置53は、受光部2であるフォトダイオード(PD)上に、クラッド層26と、このクラッド層26の溝部に埋め込まれた第1の膜271及び第2の膜272からなるコア層27とを有する導波路28が形成される。コア層を構成する下層の第1の膜271は埋め込み性が良く屈折率が比較的低く、上層の第2の膜272は第1の膜271より屈折率が高い。これら第1及び第2の膜271及び272は、第1実施の形態で説明したと同様に、HDP成膜法により同一チャンバ内において連続して形成される。つまり、この導波路28は、第1実施の形態で説明したと同様の導波路である。同一シャンバ内で、HDP成膜法により、第1の膜271及び第2の膜272を連続して形成するときは、工程数が少なくなり、製造の簡素化が図れる。
その他の構成は、前述の第1実施の形態で説明したと同様であるので、図2と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
[固体撮像装置の構成例]
図18に、本発明に係る固体撮像装置をCCD固体撮像装置に適用した第4実施の形態を示す。図18はCCD固体撮像装置の撮像領域の要部の断面図である。本実施の形態に係る固体撮像装置55は、受光部2であるフォトダイオード(PD)上に、クラッド層26と、このクラッド層26の溝部に埋め込まれた第1の膜273及び第2の膜274からなるコア層27とを有する導波路28が形成される。コア層を構成する下層の第1の膜273は埋め込み性が良く屈折率が比較的低く、上層の第2の膜274は第1の膜273より屈折率が高い。
図19〜図20に、第4実施の形態の固体撮像装置55の製造方法、特に導波路の製法を示す。本実施の形態では、図19Aに示すように、前述の図6Aで説明したと同様に、半導体基板にフォトダイオード(PD)、転送電極6〜8、接続配線9、絶縁膜17、遮光膜18などを形成する。そして、この状態の後、導波路を構成するクラッド層26を受光部2に対応した凹部周囲の積層構造の表面を倣うように成膜する。クラッド層26としては、例えば屈折率が1.45のシリコン酸化膜を成膜する。
[固体撮像装置の構成例]
図21に、本発明に係る固体撮像装置をCCD固体撮像装置に適用した第5実施の形態を示す。図18はCCD固体撮像装置の撮像領域の要部の断面図である。本実施の形態に係る固体撮像装置57は、前述の第4実施の形態において、さらに導波路27上に層内レンズ54を形成して構成される。すなわち、本実施の形態に係る固体撮像装置57は、受光部2であるフォトダイオード(PD)上に、クラッド層26と、このクラッド層26の溝部に埋め込まれた第1の膜273及び第2の膜274からなるコア層27とを有する導波路28が形成される。コア層を構成する下層の第1の膜273は埋め込み性が良く屈折率が比較的低く、上層の第2の膜274は第1の膜273より屈折率が高い。
その他の構成は、前述の第4実施の形態で説明したと同様であるので、図18と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図22〜図23に、第5実施の形態の固体撮像装置57の製造方法、特に導波路及び層内レンズの製法を示す。図21Aの工程は、前述の図20Cの工程に相当する。すなわち、本実施の形態では、図21Aに示すように、半導体基板にフォトダイオード(PD)、転送電極6〜8、接続配線9、絶縁膜17、遮光膜18などを形成する。そして、この状態の後、導波路を構成するクラッド層26を受光部2に対応した凹部周囲の積層構造の表面を倣うように成膜する。クラッド層26としては、例えば屈折率が1.45のシリコン酸化膜を成膜する。
[固体撮像装置の構成例]
図24に、本発明に係る固体撮像装置としてCCD固体撮像装置に適用した第6実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置61は、遮光膜18を形成した後、全面に絶縁膜62を形成し、絶縁膜62の受光部2となるフォトダイオード)PD)に対応する部分に、溝部63を形成し、この溝部63内にいわゆる導波管64を形成して構成される。導波管64は、溝部63の側壁に例えばAl膜による反射膜65を形成し、反射膜65で囲まれた溝部63内に所要の絶縁膜による埋め込み層66を形成して構成される。埋め込み層66は、例えばシリコン酸化膜などで形成することができる。
その他の構成は、第1実施の形態と同様であるので、図2と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
[固体撮像装置の構成例]
図25に、本発明に係る固体撮像装置としてCMOS固体撮像装置に適用した第7実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置71は、通常のCMOS固体撮像装置と同様に、半導体基板74に、複数の受光2が2次元配列された画素部(撮像領域)73と、画素部63の周辺に配置された信号処理等の周辺回路部(図示せず)とを有して構成される。受光部2はフォトダイオード(PD)で構成され、画素トランジスタはMOSトランジスタで構成される。画素72は、受光部2となるフォトダイオード(PD)と、複数の画素トランジスタからなる構成される。
[電子機器の構成例]
本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像装置を備えたカメラ、カメラ付き携帯機器、固体撮像装置を備えたその他の機器、等の電子機器に適用することができる。
さらに、図26の構成は、光学系97、固体撮像装置98、信号処理回路99がモジュール化した撮像機能を有するモジュール、いわゆる撮像機能モジュ−ルとして構成することができる。本発明は、このような撮像機能モジュールを備えた電子機器を構成することができる。
Claims (14)
- 画素となる受光部と、
前記受光部に対応する位置に形成され、クラッド層と導波方向に屈折率分布を持って埋め込まれたコア層とからなる導波路とを有し、
前記コア層は、前記クラッド層に囲まれた溝部内に高密度プラズマ成膜法により埋め込まれた第1の膜と、前記第1の膜上に平行平板プラズマCVD法により埋め込まれた前記第1の膜より屈折率の高い第2の膜とで構成されている
固体撮像装置。 - 前記第1の膜が、屈折率を異にした複数層の膜で形成されている
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記第1の膜は、屈折率を連続して変化させた膜で形成されている
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記受光部の表面に、前記コア層に接する反射防止膜を有する
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記受光部の表面に形成された反射防止膜と前記コア層との間に、前記反射防止膜の屈折率より高く、前記コア層の屈折率より低い屈折率の絶縁膜を有する
請求項1記載の固体撮像装置。 - 画素となる受光部上にクラッド層を形成する工程と、
前記クラッド層に囲まれた溝部内に導波方向に屈折率分布を持つコア層を埋め込む工程を有し、
前記クラッド層と前記コア層により導波路を形成し、
前記コア層を埋め込む工程では、
前記クラッド層に囲まれた溝部内に高密度プラズマ成膜法により第1の膜を埋め込む工程と、
前記第1の膜上に平行平板プラズマCVD法により前記第1の膜より屈折率の高い第2の膜を形成する工程を有する、
固体撮像装置の製造方法。 - コア層となる前記第2の膜を形成した後に、前記第2の膜上に層内レンズを形成する工程を有する
請求項6記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記コア層を埋め込む工程では、
高密度プラズマ成膜法を用い、
シラン系、N2、O2、TEOS、アンモニア、アルゴン、トリメチルシラン、テトラメチルシランなどのガスから選ばれたガスを使用して、該ガスの比率と流量を制御し、
SiON膜、SiN膜もしくはSiC膜を選択的に埋め込んで前記コア層を形成する
請求項6記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記第1の膜を、屈折率を異にした複数層の膜で形成する
請求項8記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記第1の膜を、屈折率を連続して変化させた膜で形成する
請求項8記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記クラッド層を形成する工程の前に、前記受光部の表面に反射防止膜を形成する工程を有し、
前記コア層を前記反射防止膜に接して埋め込む
請求項6記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記コア層となる第2の膜を形成した後に、前記第2の膜上に層内レンズを形成する工程を有する
請求項6記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記クラッド層を形成する工程の前に、前記受光部の表面に前記クラッド層より屈折率の高い反射防止膜を形成する工程を有し、
前記クラッド層を前記反射防止膜上に存するように形成する
請求項6記載の固体撮像装置の製造方法。 - 固体撮像装置と、
前記撮像装置に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備え、
前記固体撮像装置は、
画素となる受光部と、
前記受光部に対応する位置に形成され、クラッド層と導波方向に屈折率分布を持って埋め込まれたコア層とからなる導波路とを有する
画素となる受光部上にクラッド層を形成する工程と、
前記クラッド層に囲まれた溝部内に導波方向に屈折率分布を持つコア層を埋め込む工程を有し、
前記クラッド層と前記コア層により導波路を形成し、
前記コア層は、前記クラッド層に囲まれた溝部内に高密度プラズマ成膜法により埋め込まれた第1の膜と、前記第1の膜上に平行平板プラズマCVD法により埋め込まれた前記第1の膜より屈折率の高い第2の膜とで構成されている
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