JPH11103037A - 固体撮像素子 - Google Patents
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- JPH11103037A JPH11103037A JP9263037A JP26303797A JPH11103037A JP H11103037 A JPH11103037 A JP H11103037A JP 9263037 A JP9263037 A JP 9263037A JP 26303797 A JP26303797 A JP 26303797A JP H11103037 A JPH11103037 A JP H11103037A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 層内レンズとその上層あるいは下層との間に
起こる反射を防止し、集光効率を高めて感度向上を図っ
た固体撮像素子の提供が望まれている。 【解決手段】 基体２の表層部に設けられて光電変換を
なす受光センサ部３と、受光センサ部３から読み出され
た信号電荷を転送する電荷転送部５と、前記基体上の、
電荷転送部５の略直上位置に絶縁膜７を介して設けられ
た転送電極８とが備えられてなる。受光センサ部３上に
は入射光を受光センサ部３に集光する層内レンズ１５が
設けられている。層内レンズ１５上には上反射防止膜１
６を介してカラーフィルタ層１７が設けられている。上
反射防止膜１６は、層内レンズ１５の屈折率とカラーフ
ィルタ層１７の屈折率との間の屈折率を有する材料から
形成されている。
起こる反射を防止し、集光効率を高めて感度向上を図っ
た固体撮像素子の提供が望まれている。 【解決手段】 基体２の表層部に設けられて光電変換を
なす受光センサ部３と、受光センサ部３から読み出され
た信号電荷を転送する電荷転送部５と、前記基体上の、
電荷転送部５の略直上位置に絶縁膜７を介して設けられ
た転送電極８とが備えられてなる。受光センサ部３上に
は入射光を受光センサ部３に集光する層内レンズ１５が
設けられている。層内レンズ１５上には上反射防止膜１
６を介してカラーフィルタ層１７が設けられている。上
反射防止膜１６は、層内レンズ１５の屈折率とカラーフ
ィルタ層１７の屈折率との間の屈折率を有する材料から
形成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、受光センサ部への
集光効率を高め、感度特性の向上を図った固体撮像素子
に関する。
集光効率を高め、感度特性の向上を図った固体撮像素子
に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、固体撮像素子においてはその小型
化や画素の高密度化が一層進み、これに伴って受光エリ
アが縮小され、感度低下などの特性劣化を招いている。
感度低下の対策としては、例えばオンチップレンズや層
内レンズを設け、受光センサ部での集光効率を高めると
いったことが提案され、実施されている。
化や画素の高密度化が一層進み、これに伴って受光エリ
アが縮小され、感度低下などの特性劣化を招いている。
感度低下の対策としては、例えばオンチップレンズや層
内レンズを設け、受光センサ部での集光効率を高めると
いったことが提案され、実施されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、層内レ
ンズを高屈折率材で作製した固体撮像素子では以下に述
べる不都合がある。層内レンズを、例えば屈折率が約
２．０のＰ−ＳｉＮ（プラズマＣＶＤ法による窒化ケイ
素）で作製した場合、通常この層内レンズの上に形成さ
れるカラーフィルタ層の屈折率が１．６程度であること
から、層内レンズとカラーフィルタ層との間で屈折率差
が大きくなってしまい、したがってその界面で反射が起
き、感度特性が低下してしまう。なお、このような屈折
率差に起因する反射は、波動方程式から導かれる性質の
ものである。
ンズを高屈折率材で作製した固体撮像素子では以下に述
べる不都合がある。層内レンズを、例えば屈折率が約
２．０のＰ−ＳｉＮ（プラズマＣＶＤ法による窒化ケイ
素）で作製した場合、通常この層内レンズの上に形成さ
れるカラーフィルタ層の屈折率が１．６程度であること
から、層内レンズとカラーフィルタ層との間で屈折率差
が大きくなってしまい、したがってその界面で反射が起
き、感度特性が低下してしまう。なお、このような屈折
率差に起因する反射は、波動方程式から導かれる性質の
ものである。
【０００４】また、層内レンズの下にはリフロー処理等
がなされる層間膜が形成されるが、この層間膜としては
リフロー処理がなされることから通常は屈折率が１．４
５程度のＢＰＳＧ（ホウ素リンシリケートガラス）等が
用いられる。したがって、先の場合と同様に、層内レン
ズと層間膜との間で屈折率差が大きくなってしまい、そ
の界面で反射が起きることにより感度特性が低下してし
まう。
がなされる層間膜が形成されるが、この層間膜としては
リフロー処理がなされることから通常は屈折率が１．４
５程度のＢＰＳＧ（ホウ素リンシリケートガラス）等が
用いられる。したがって、先の場合と同様に、層内レン
ズと層間膜との間で屈折率差が大きくなってしまい、そ
の界面で反射が起きることにより感度特性が低下してし
まう。
【０００５】本発明は前記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、層内レンズとその上層あ
るいは下層との間に起こる反射を防止し、これにより集
光効率を高めて感度向上を図った固体撮像素子を提供す
ることにある。
で、その目的とするところは、層内レンズとその上層あ
るいは下層との間に起こる反射を防止し、これにより集
光効率を高めて感度向上を図った固体撮像素子を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明における請求項１
記載の固体撮像素子では、基体の表層部に設けられて光
電変換をなす受光センサ部と、該受光センサ部から読み
出された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記基体上
の、前記電荷転送部の略直上位置に絶縁膜を介して設け
られた転送電極とを備え、前記受光センサ部上に、入射
光を受光センサ部に集光する層内レンズを設け、該層内
レンズ上に上反射防止膜を介してカラーフィルタ層を設
け、前記上反射防止膜を、前記層内レンズの屈折率とカ
ラーフィルタ層の屈折率との間の屈折率を有する材料で
形成したことを前記課題の解決手段とした。
記載の固体撮像素子では、基体の表層部に設けられて光
電変換をなす受光センサ部と、該受光センサ部から読み
出された信号電荷を転送する電荷転送部と、前記基体上
の、前記電荷転送部の略直上位置に絶縁膜を介して設け
られた転送電極とを備え、前記受光センサ部上に、入射
光を受光センサ部に集光する層内レンズを設け、該層内
レンズ上に上反射防止膜を介してカラーフィルタ層を設
け、前記上反射防止膜を、前記層内レンズの屈折率とカ
ラーフィルタ層の屈折率との間の屈折率を有する材料で
形成したことを前記課題の解決手段とした。
【０００７】この固体撮像素子によれば、カラーフィル
タ層と層内レンズとの間に、該カラーフィルタ層の屈折
率と層内レンズの屈折率との間の屈折率を有する材料で
上反射防止膜を形成したので、カラーフィルタ層と層内
レンズとの間の屈折率差が大きい場合でも、カラーフィ
ルタ層と層内レンズとが直接接合していないことにより
これらの間の界面が存在せず、該カラーフィルタ層と層
内レンズとの間の屈折率差より小さい屈折率差であるカ
ラーフィルタ層と上反射防止膜との界面、上反射防止膜
と層内レンズとの界面が存在するだけとなる。したがっ
て、上反射防止膜を設けたことにより大きな屈折率差の
界面が小さな屈折率差の界面となるので、大きな屈折率
の界面がある場合にここで起こる反射がなくなる。
タ層と層内レンズとの間に、該カラーフィルタ層の屈折
率と層内レンズの屈折率との間の屈折率を有する材料で
上反射防止膜を形成したので、カラーフィルタ層と層内
レンズとの間の屈折率差が大きい場合でも、カラーフィ
ルタ層と層内レンズとが直接接合していないことにより
これらの間の界面が存在せず、該カラーフィルタ層と層
内レンズとの間の屈折率差より小さい屈折率差であるカ
ラーフィルタ層と上反射防止膜との界面、上反射防止膜
と層内レンズとの界面が存在するだけとなる。したがっ
て、上反射防止膜を設けたことにより大きな屈折率差の
界面が小さな屈折率差の界面となるので、大きな屈折率
の界面がある場合にここで起こる反射がなくなる。
【０００８】請求項２記載の固体撮像素子では、基体の
表層部に設けられて光電変換をなす受光センサ部と、該
受光センサ部から読み出された信号電荷を転送する電荷
転送部と、前記基体上の、前記電荷転送部の略直上位置
に絶縁膜を介して設けられた転送電極とを備え、前記受
光センサ部上の層間膜の上に、下反射防止膜を介して入
射光を受光センサ部に集光する層内レンズを設け、前記
下反射防止膜を、前記層内レンズの屈折率と層間膜の屈
折率との間の屈折率を有する材料で形成したことを前記
課題の解決手段とした。
表層部に設けられて光電変換をなす受光センサ部と、該
受光センサ部から読み出された信号電荷を転送する電荷
転送部と、前記基体上の、前記電荷転送部の略直上位置
に絶縁膜を介して設けられた転送電極とを備え、前記受
光センサ部上の層間膜の上に、下反射防止膜を介して入
射光を受光センサ部に集光する層内レンズを設け、前記
下反射防止膜を、前記層内レンズの屈折率と層間膜の屈
折率との間の屈折率を有する材料で形成したことを前記
課題の解決手段とした。
【０００９】この固体撮像素子によれば、層内レンズと
層間膜との間に、該層内レンズの屈折率と層間膜の屈折
率との間の屈折率を有する材料で下反射防止膜を形成し
たので、層内レンズと層間膜との間の屈折率差が大きい
場合でも、層内レンズと層間膜とが直接接合していない
ことによりこれらの間の界面が存在せず、該層内レンズ
と層間膜との間の屈折率差より小さい屈折率差である層
内レンズと下反射防止膜との界面、下反射防止膜と層間
膜との界面が存在するだけとなる。したがって、下反射
防止膜を設けたことにより大きな屈折率差の界面が小さ
な屈折率差の界面となるので、大きな屈折率の界面があ
る場合にここで起こる反射がなくなる。
層間膜との間に、該層内レンズの屈折率と層間膜の屈折
率との間の屈折率を有する材料で下反射防止膜を形成し
たので、層内レンズと層間膜との間の屈折率差が大きい
場合でも、層内レンズと層間膜とが直接接合していない
ことによりこれらの間の界面が存在せず、該層内レンズ
と層間膜との間の屈折率差より小さい屈折率差である層
内レンズと下反射防止膜との界面、下反射防止膜と層間
膜との界面が存在するだけとなる。したがって、下反射
防止膜を設けたことにより大きな屈折率差の界面が小さ
な屈折率差の界面となるので、大きな屈折率の界面があ
る場合にここで起こる反射がなくなる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の固体撮像素子を詳
しく説明する。図１は本発明の固体撮像素子の一実施形
態例を示す図であり、図１において符号１は固体撮像素
子、２はシリコン基板（基体）である。シリコン基板２
には、図１に示すようにその表層部に光電変換をなす受
光部（図示略）が形成され、さらにこの受光部の上にホ
ール蓄積部（図示略）が形成されている。そして、これ
ら受光部とホール蓄積部とから、ＨＡＤ（Holl Accumul
ation Diode ）構造の受光センサ部３が形成されてい
る。
しく説明する。図１は本発明の固体撮像素子の一実施形
態例を示す図であり、図１において符号１は固体撮像素
子、２はシリコン基板（基体）である。シリコン基板２
には、図１に示すようにその表層部に光電変換をなす受
光部（図示略）が形成され、さらにこの受光部の上にホ
ール蓄積部（図示略）が形成されている。そして、これ
ら受光部とホール蓄積部とから、ＨＡＤ（Holl Accumul
ation Diode ）構造の受光センサ部３が形成されてい
る。
【００１１】この受光センサ部３の一方の側には、読み
出しゲート４を介して電荷転送部５が形成され、他方の
側にはチャネルストップ６を介して別の電荷転送部５が
形成されている。そして、このような構成により受光セ
ンサ部３で光電変換されて得られた信号電荷は、読み出
しゲート４を介して電荷転送部５に読み出され、さらに
該電荷転送部５にて転送されるようになっている。ま
た、シリコン基板２の表面部には、熱酸化法やＣＶＤ法
等によって形成されたＳｉＯ2 からなる絶縁膜７が設け
られている。なお、この絶縁膜７についてはＳｉＯ2 膜
からなる単層膜でなく、ＳｉＯ2 膜−ＳｉＮ膜−ＳｉＯ
2 膜の三層からなるいわゆるＯＮＯ構造の積層膜として
もよい。
出しゲート４を介して電荷転送部５が形成され、他方の
側にはチャネルストップ６を介して別の電荷転送部５が
形成されている。そして、このような構成により受光セ
ンサ部３で光電変換されて得られた信号電荷は、読み出
しゲート４を介して電荷転送部５に読み出され、さらに
該電荷転送部５にて転送されるようになっている。ま
た、シリコン基板２の表面部には、熱酸化法やＣＶＤ法
等によって形成されたＳｉＯ2 からなる絶縁膜７が設け
られている。なお、この絶縁膜７についてはＳｉＯ2 膜
からなる単層膜でなく、ＳｉＯ2 膜−ＳｉＮ膜−ＳｉＯ
2 膜の三層からなるいわゆるＯＮＯ構造の積層膜として
もよい。
【００１２】絶縁膜７の上には、前記電荷転送部５の略
直上位置に第１ポリシリコンからなる転送電極８が形成
されており、さらに転送電極８とは一部が重なり合う状
態で、第２ポリシリコンからなる別の転送電極（図示
略）が形成されている。これら転送電極８の表面上、す
なわちその上面および側面上には、該転送電極８を覆
い、さらに転送電極８、８間に臨む受光センサ部３上の
絶縁膜７を覆ってＳｉＯ2からなる層間絶縁膜９が形成
されている。
直上位置に第１ポリシリコンからなる転送電極８が形成
されており、さらに転送電極８とは一部が重なり合う状
態で、第２ポリシリコンからなる別の転送電極（図示
略）が形成されている。これら転送電極８の表面上、す
なわちその上面および側面上には、該転送電極８を覆
い、さらに転送電極８、８間に臨む受光センサ部３上の
絶縁膜７を覆ってＳｉＯ2からなる層間絶縁膜９が形成
されている。
【００１３】この層間膜９の上には、前記転送電極８を
覆った状態で遮光膜１０が形成されている。この遮光膜
１０は、スミアを抑えるため受光センサ部３の直上にま
で張り出してなる張り出し部１０ａを形成したもので、
受光センサ部３の直上部分の大部分を外側に臨ませた状
態で、すなわち受光センサ部３の直上に前記張り出し部
１０ａで囲った状態に矩形の開口部１１を形成したもの
である。また、この遮光膜１０は、後述するようにこの
遮光膜１０形成後層内レンズの形成に先立って熱処理に
よるリフロー処理がなされていることから、このリフロ
ー処理の際に悪影響を受けないように高融点金属から形
成されており、本例ではタングステン（Ｗ）からなって
いる。
覆った状態で遮光膜１０が形成されている。この遮光膜
１０は、スミアを抑えるため受光センサ部３の直上にま
で張り出してなる張り出し部１０ａを形成したもので、
受光センサ部３の直上部分の大部分を外側に臨ませた状
態で、すなわち受光センサ部３の直上に前記張り出し部
１０ａで囲った状態に矩形の開口部１１を形成したもの
である。また、この遮光膜１０は、後述するようにこの
遮光膜１０形成後層内レンズの形成に先立って熱処理に
よるリフロー処理がなされていることから、このリフロ
ー処理の際に悪影響を受けないように高融点金属から形
成されており、本例ではタングステン（Ｗ）からなって
いる。
【００１４】この遮光膜１０上には、該遮光膜１０、お
よび開口部１１に臨む層間絶縁膜９を覆ってＢＰＳＧ
（屈折率；１．４５）からなる層間膜１２が形成されて
いる。この層間膜１２はリフロー膜として機能するもの
で、転送電極８等を覆うことによって該転送電極８、８
間の受光センサ部３上に凹部１２ａを形成したものであ
る。凹部１２ａは、層間膜１２がリフロー処理されるこ
とにより、層内レンズ形成のための所定の曲率に調整加
工されたものである。
よび開口部１１に臨む層間絶縁膜９を覆ってＢＰＳＧ
（屈折率；１．４５）からなる層間膜１２が形成されて
いる。この層間膜１２はリフロー膜として機能するもの
で、転送電極８等を覆うことによって該転送電極８、８
間の受光センサ部３上に凹部１２ａを形成したものであ
る。凹部１２ａは、層間膜１２がリフロー処理されるこ
とにより、層内レンズ形成のための所定の曲率に調整加
工されたものである。
【００１５】この層間膜１２上には、その表面を覆って
下反射防止膜１３が形成されている。この下反射防止膜
１３は、プラズマＣＶＤ法によって形成された酸化窒化
ケイ素（以下、Ｐ−ＳｉＯＮと記す）からなるものであ
り、後述するように屈折率が１．５〜１．９程度、好ま
しくは１．７程度に調整され形成されたものである。ま
た、この下反射防止膜１３は、膜厚が５０〜３００ｎｍ
程度、好ましくは１００ｎｍ程度の薄膜に形成されたも
ので、これにより層間膜１２の凹部１２ａの形状を損な
うことなく、したがって後述する層内レンズの機能を損
なうことなく、しかも均一な膜厚に形成されたものとな
っている。
下反射防止膜１３が形成されている。この下反射防止膜
１３は、プラズマＣＶＤ法によって形成された酸化窒化
ケイ素（以下、Ｐ−ＳｉＯＮと記す）からなるものであ
り、後述するように屈折率が１．５〜１．９程度、好ま
しくは１．７程度に調整され形成されたものである。ま
た、この下反射防止膜１３は、膜厚が５０〜３００ｎｍ
程度、好ましくは１００ｎｍ程度の薄膜に形成されたも
ので、これにより層間膜１２の凹部１２ａの形状を損な
うことなく、したがって後述する層内レンズの機能を損
なうことなく、しかも均一な膜厚に形成されたものとな
っている。
【００１６】下反射防止膜１３の上には、層間膜１２の
凹部１２ａを埋め込んだ状態に層内レンズ材１４が成膜
され、これによって該層内レンズ材１４と層間膜１２と
の間に層内レンズ１５が構成されている。層内レンズ材
１４は、本例ではバイアス高密度プラズマＣＶＤ法によ
る窒化ケイ素（以下、Ｐ−ＳｉＮと記す）からなってい
る。そして、このＰ−ＳｉＮは屈折率が２．０であり、
したがってこれと下反射防止膜１３との間、さらには層
間膜１２との間に屈折率差があることから、これら層内
レンズ材１４と下反射防止膜１３との界面、および下反
射防止膜１３と層間膜１２との界面で入射光が受光セン
サ部３側に屈折するようになっており、これによって層
内レンズ１５がその機能を発揮するようになっている。
なお、層内レンズ材１４は、その表面が公知のレジスト
エッチバック法、あるいはＣＭＰ法（化学機械研磨法）
によって平坦化されている。
凹部１２ａを埋め込んだ状態に層内レンズ材１４が成膜
され、これによって該層内レンズ材１４と層間膜１２と
の間に層内レンズ１５が構成されている。層内レンズ材
１４は、本例ではバイアス高密度プラズマＣＶＤ法によ
る窒化ケイ素（以下、Ｐ−ＳｉＮと記す）からなってい
る。そして、このＰ−ＳｉＮは屈折率が２．０であり、
したがってこれと下反射防止膜１３との間、さらには層
間膜１２との間に屈折率差があることから、これら層内
レンズ材１４と下反射防止膜１３との界面、および下反
射防止膜１３と層間膜１２との界面で入射光が受光セン
サ部３側に屈折するようになっており、これによって層
内レンズ１５がその機能を発揮するようになっている。
なお、層内レンズ材１４は、その表面が公知のレジスト
エッチバック法、あるいはＣＭＰ法（化学機械研磨法）
によって平坦化されている。
【００１７】また、前記下反射防止膜１３は、その屈折
率が１．５〜１．９程度、すなわち層間膜１２の屈折率
（１．４５）と層内レンズ材１４（層内レンズ１５）の
屈折率（２．０）との間の屈折率となっているので、層
間レンズ材１４（層内レンズ１５）と下反射防止膜１３
との間の界面における屈折率差、および下反射防止膜１
３と層間膜１２との界面における屈折率差がいずれも層
内レンズ材１４と層間膜１２との屈折率差より小さくな
る。
率が１．５〜１．９程度、すなわち層間膜１２の屈折率
（１．４５）と層内レンズ材１４（層内レンズ１５）の
屈折率（２．０）との間の屈折率となっているので、層
間レンズ材１４（層内レンズ１５）と下反射防止膜１３
との間の界面における屈折率差、および下反射防止膜１
３と層間膜１２との界面における屈折率差がいずれも層
内レンズ材１４と層間膜１２との屈折率差より小さくな
る。
【００１８】平坦化された層内レンズ材１４の上には、
上反射防止膜１６が形成されている。この上反射防止膜
１６は、前記下反射防止膜１３と同様にＰ−ＳｉＯＮか
らなるものであり、後述するように屈折率が１．７〜
１．９程度、好ましくは１．８程度に調整され形成され
たものである。また、この上反射防止膜１６は、パッシ
ベーション膜としても機能するものであり、したがって
その膜厚がパッシベーション膜としての機能を十分発揮
するような厚さに設定されている。
上反射防止膜１６が形成されている。この上反射防止膜
１６は、前記下反射防止膜１３と同様にＰ−ＳｉＯＮか
らなるものであり、後述するように屈折率が１．７〜
１．９程度、好ましくは１．８程度に調整され形成され
たものである。また、この上反射防止膜１６は、パッシ
ベーション膜としても機能するものであり、したがって
その膜厚がパッシベーション膜としての機能を十分発揮
するような厚さに設定されている。
【００１９】この上反射防止膜１６の上にはカラーフィ
ルタ層１７が形成されている。このカラーフィルタ層１
７は樹脂等からなるもので、屈折率が約１．６のものと
なっている。したがって、前述した下反射防止膜１３の
場合と同様に、上反射防止膜の屈折率が１．７〜１．９
程度、すなわちカラーフィルタ層１７の屈折率（１．
６）と層内レンズ材１４（層内レンズ１５）の屈折率
（２．０）との間の屈折率となっているので、カラーフ
ィルタ層１７と上反射防止膜１６との間の界面における
屈折率差、および上反射防止膜１６と層内レンズ材１４
（層内レンズ１５）との界面における屈折率差がいずれ
もカラーフィルタ層１７と層内レンズ材１４との屈折率
差より小さくなる。
ルタ層１７が形成されている。このカラーフィルタ層１
７は樹脂等からなるもので、屈折率が約１．６のものと
なっている。したがって、前述した下反射防止膜１３の
場合と同様に、上反射防止膜の屈折率が１．７〜１．９
程度、すなわちカラーフィルタ層１７の屈折率（１．
６）と層内レンズ材１４（層内レンズ１５）の屈折率
（２．０）との間の屈折率となっているので、カラーフ
ィルタ層１７と上反射防止膜１６との間の界面における
屈折率差、および上反射防止膜１６と層内レンズ材１４
（層内レンズ１５）との界面における屈折率差がいずれ
もカラーフィルタ層１７と層内レンズ材１４との屈折率
差より小さくなる。
【００２０】また、カラーフィルタ層１７の上には凸状
の透明樹脂等からなるオンチップレンズ１８が形成され
ている。このオンチップレンズ１８は、屈折率が１．５
〜１．６程度の材料によって形成されたもので、入射光
を層内レンズ１５を介して遮光膜１０の開口部１１に導
き、受光センサ部３上に入射させるためのものである。
の透明樹脂等からなるオンチップレンズ１８が形成され
ている。このオンチップレンズ１８は、屈折率が１．５
〜１．６程度の材料によって形成されたもので、入射光
を層内レンズ１５を介して遮光膜１０の開口部１１に導
き、受光センサ部３上に入射させるためのものである。
【００２１】このような固体撮像素子１を作製するに
は、従来と同様の手法により転送電極８までを形成し、
さらにこれを覆って層間絶縁膜９を形成した後、遮光膜
１０を形成する。なお、この遮光膜１０については、固
体撮像素子１の周辺回路における配線と同一の層として
形成することも可能である。次いで、層間膜１２の材料
としてＢＰＳＧを、ＣＶＤ法等によって遮光膜１０等を
覆った状態に堆積し、さらに予め設定した条件でリフロ
ー処理（熱処理）することにより、その凹部１２ａの曲
率を所望する層内レンズ１５の形状となるように形成す
る。なお、このようなリフロー処理の条件を設定するに
あたっては、予めシミュレーション等によって最適な層
内レンズ１５の形状を決定しておき、さらに実験やシミ
ュレーション等によってこの最適な層内レンズ形状を得
るための条件を求めるようにする。層内レンズ１５の最
適な形状については、オンチップレンズ１８によって層
内レンズ１５に入射した光を遮光膜１０の開口部１１に
導くべく、入射光をその位置や入射角に応じて適宜に屈
折する形状とされる。
は、従来と同様の手法により転送電極８までを形成し、
さらにこれを覆って層間絶縁膜９を形成した後、遮光膜
１０を形成する。なお、この遮光膜１０については、固
体撮像素子１の周辺回路における配線と同一の層として
形成することも可能である。次いで、層間膜１２の材料
としてＢＰＳＧを、ＣＶＤ法等によって遮光膜１０等を
覆った状態に堆積し、さらに予め設定した条件でリフロ
ー処理（熱処理）することにより、その凹部１２ａの曲
率を所望する層内レンズ１５の形状となるように形成す
る。なお、このようなリフロー処理の条件を設定するに
あたっては、予めシミュレーション等によって最適な層
内レンズ１５の形状を決定しておき、さらに実験やシミ
ュレーション等によってこの最適な層内レンズ形状を得
るための条件を求めるようにする。層内レンズ１５の最
適な形状については、オンチップレンズ１８によって層
内レンズ１５に入射した光を遮光膜１０の開口部１１に
導くべく、入射光をその位置や入射角に応じて適宜に屈
折する形状とされる。
【００２２】このようにして層間膜１２を形成したら、
プラズマＣＶＤ法によって酸化窒化ケイ素（Ｐ−ＳｉＯ
Ｎ）をその屈折率が１．５〜１．９程度、好ましくは
１．７程度となるような条件で５０〜３００ｎｍ程度の
厚さに堆積し、下反射防止膜１３を形成する。ここで、
屈折率の調整については、その原料ガスであるＳｉ
Ｈ4 、ＮＨ3 、Ｎ 2 Ｏの流量比を適宜に調整することに
よって行う。すなわち、ＳｉＨ4 を基準とした場合に、
ＮＨ3 の流量比を増やすと屈折率が大きくなり、Ｎ2 Ｏ
の流量比を増やすと屈折率が小さくなる。これは、原料
中のＮＨ3 が増えると得られるＰ−ＳｉＯＮ中のＳｉ−
Ｎボンドが増え、一方原料中のＮ2 Ｏが増えると得られ
るＰ−ＳｉＯＮ中のＳｉ−Ｏボンドが増えるからであ
る。
プラズマＣＶＤ法によって酸化窒化ケイ素（Ｐ−ＳｉＯ
Ｎ）をその屈折率が１．５〜１．９程度、好ましくは
１．７程度となるような条件で５０〜３００ｎｍ程度の
厚さに堆積し、下反射防止膜１３を形成する。ここで、
屈折率の調整については、その原料ガスであるＳｉ
Ｈ4 、ＮＨ3 、Ｎ 2 Ｏの流量比を適宜に調整することに
よって行う。すなわち、ＳｉＨ4 を基準とした場合に、
ＮＨ3 の流量比を増やすと屈折率が大きくなり、Ｎ2 Ｏ
の流量比を増やすと屈折率が小さくなる。これは、原料
中のＮＨ3 が増えると得られるＰ−ＳｉＯＮ中のＳｉ−
Ｎボンドが増え、一方原料中のＮ2 Ｏが増えると得られ
るＰ−ＳｉＯＮ中のＳｉ−Ｏボンドが増えるからであ
る。
【００２３】したがって、予めこれら原料ガスの流量比
と得られるＰ−ＳｉＯＮの屈折率との関係を実験やシミ
ュレーションによって求めておき、下反射防止膜１３の
形成の際には所望する屈折率に応じてその条件を適宜に
選択すればよいのである。このようにして下反射防止膜
１３を形成したら、層間膜１２の凹部１２ａを埋め込ん
だ状態に層内レンズ材１４を堆積・成膜し、さらにその
表面をレジストエッチバック法あるいはＣＭＰ法（化学
機械研磨法）により平坦化して層内レンズ１５を形成す
る。
と得られるＰ−ＳｉＯＮの屈折率との関係を実験やシミ
ュレーションによって求めておき、下反射防止膜１３の
形成の際には所望する屈折率に応じてその条件を適宜に
選択すればよいのである。このようにして下反射防止膜
１３を形成したら、層間膜１２の凹部１２ａを埋め込ん
だ状態に層内レンズ材１４を堆積・成膜し、さらにその
表面をレジストエッチバック法あるいはＣＭＰ法（化学
機械研磨法）により平坦化して層内レンズ１５を形成す
る。
【００２４】次いで、この平坦化した層内レンズ材１４
（層内レンズ１５）の上に、プラズマＣＶＤ法によって
酸化窒化ケイ素（Ｐ−ＳｉＯＮ）をその屈折率が１．７
〜１．９程度、好ましくは１．８程度となるような条件
で堆積し、上反射防止膜１６を形成する。なお、屈折率
の調整については、前述した下反射防止膜１３の場合と
同様に、原料ガスの流量比を適宜に選択することによっ
て行う。
（層内レンズ１５）の上に、プラズマＣＶＤ法によって
酸化窒化ケイ素（Ｐ−ＳｉＯＮ）をその屈折率が１．７
〜１．９程度、好ましくは１．８程度となるような条件
で堆積し、上反射防止膜１６を形成する。なお、屈折率
の調整については、前述した下反射防止膜１３の場合と
同様に、原料ガスの流量比を適宜に選択することによっ
て行う。
【００２５】次いで、染色法やカラーレジスト塗布によ
ってカラーフィルタ層１７を形成し、その後、オンチッ
プレンズ１８を形成する。ここで、オンチップレンズ１
８の形成については、熱溶融性透明樹脂や常温無加熱で
ＣＶＤ可能な高密度ＳｉＮを堆積させ、さらにその上部
にレジストを設けた後、このレジストを熱リフロー処理
して所望の曲率を有する凸レンズ形状にし、さらにこれ
をマスクにして前記堆積層をエッチングし、レジストを
除去してオンチップレンズ１８を得るといったエッチバ
ック転写等が用いられる。
ってカラーフィルタ層１７を形成し、その後、オンチッ
プレンズ１８を形成する。ここで、オンチップレンズ１
８の形成については、熱溶融性透明樹脂や常温無加熱で
ＣＶＤ可能な高密度ＳｉＮを堆積させ、さらにその上部
にレジストを設けた後、このレジストを熱リフロー処理
して所望の曲率を有する凸レンズ形状にし、さらにこれ
をマスクにして前記堆積層をエッチングし、レジストを
除去してオンチップレンズ１８を得るといったエッチバ
ック転写等が用いられる。
【００２６】このようにして得られた固体撮像素子１に
あっては、オンチップレンズ１８で集光され、さらにカ
ラーフィルタ層１７、上反射防止膜１６を透過して層内
レンズ１５に入射し、再度集光（屈折）された光が下反
射防止膜１３を経て遮光膜１０の開口部１１内に入射
し、層間絶縁膜９、絶縁膜７を透過して受光センサ部３
に到り、ここで光電変換がなされる。
あっては、オンチップレンズ１８で集光され、さらにカ
ラーフィルタ層１７、上反射防止膜１６を透過して層内
レンズ１５に入射し、再度集光（屈折）された光が下反
射防止膜１３を経て遮光膜１０の開口部１１内に入射
し、層間絶縁膜９、絶縁膜７を透過して受光センサ部３
に到り、ここで光電変換がなされる。
【００２７】このとき、上反射防止膜１６を設けたこと
により、カラーフィルタ層１７と層内レンズ１５（層内
レンズ材１４）との間にはカラーフィルタ層１７と上反
射防止膜１６との界面、上反射防止膜１６と層内レンズ
１５（層内レンズ材１４）との界面が存在するだけとな
り、大きな屈折率差の界面が小さな屈折率差の界面とな
るので、大きな屈折率の界面がある場合にここで起こる
反射がなくなる。したがって、従来生じていたカラーフ
ィルタ層１７と層内レンズ１５（層内レンズ材１４）と
の間での反射を低減することができ、これにより集光効
率を高めて感度を向上することができる。
により、カラーフィルタ層１７と層内レンズ１５（層内
レンズ材１４）との間にはカラーフィルタ層１７と上反
射防止膜１６との界面、上反射防止膜１６と層内レンズ
１５（層内レンズ材１４）との界面が存在するだけとな
り、大きな屈折率差の界面が小さな屈折率差の界面とな
るので、大きな屈折率の界面がある場合にここで起こる
反射がなくなる。したがって、従来生じていたカラーフ
ィルタ層１７と層内レンズ１５（層内レンズ材１４）と
の間での反射を低減することができ、これにより集光効
率を高めて感度を向上することができる。
【００２８】また、下反射防止膜１３を設けたことによ
り、層内レンズ１５（層内レンズ材１４）と層間膜１２
との間には層内レンズ１５と下反射膜１３との界面、下
反射膜１３と層間膜１２との界面が存在するだけとな
り、大きな屈折率差の界面が小さな屈折率差の界面とな
るので、やはり大きな屈折率の界面がある場合にここで
起こる反射がなくなる。したがって、従来生じていた層
内レンズ１５（層内レンズ材１４）と層間膜１２との間
での反射を低減することができ、これによっても集光効
率を高めて感度を向上することができる。
り、層内レンズ１５（層内レンズ材１４）と層間膜１２
との間には層内レンズ１５と下反射膜１３との界面、下
反射膜１３と層間膜１２との界面が存在するだけとな
り、大きな屈折率差の界面が小さな屈折率差の界面とな
るので、やはり大きな屈折率の界面がある場合にここで
起こる反射がなくなる。したがって、従来生じていた層
内レンズ１５（層内レンズ材１４）と層間膜１２との間
での反射を低減することができ、これによっても集光効
率を高めて感度を向上することができる。
【００２９】なお、前記実施形態例では層内レンズ１５
の上に上反射防止膜１６を設け、層内レンズ１５の下に
下反射防止膜１３を設けたが、本発明はこれに限定され
ることなく、上反射防止膜１６、あるいは下反射防止膜
１３のいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。
の上に上反射防止膜１６を設け、層内レンズ１５の下に
下反射防止膜１３を設けたが、本発明はこれに限定され
ることなく、上反射防止膜１６、あるいは下反射防止膜
１３のいずれか一方のみを設けるようにしてもよい。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように本発明における請求
項１記載の固体撮像素子は、カラーフィルタ層と層内レ
ンズとの間に、該カラーフィルタ層の屈折率と層内レン
ズの屈折率との間の屈折率を有する材料で上反射防止膜
を形成し、これによってカラーフィルタ層と層内レンズ
とを直接接合させずこれらカラーフィルタ層と層内レン
ズとの界面が存在しないようにし、これらカラーフィル
タ層と層内レンズとの間には小さい屈折率差であるカラ
ーフィルタ層と上反射防止膜との界面、上反射防止膜と
層内レンズとの界面が存在するようにしたものであるか
ら、従来生じていたカラーフィルタ層と層内レンズとの
間の反射を低減することができ、これにより集光効率を
高めて感度を向上することができる。
項１記載の固体撮像素子は、カラーフィルタ層と層内レ
ンズとの間に、該カラーフィルタ層の屈折率と層内レン
ズの屈折率との間の屈折率を有する材料で上反射防止膜
を形成し、これによってカラーフィルタ層と層内レンズ
とを直接接合させずこれらカラーフィルタ層と層内レン
ズとの界面が存在しないようにし、これらカラーフィル
タ層と層内レンズとの間には小さい屈折率差であるカラ
ーフィルタ層と上反射防止膜との界面、上反射防止膜と
層内レンズとの界面が存在するようにしたものであるか
ら、従来生じていたカラーフィルタ層と層内レンズとの
間の反射を低減することができ、これにより集光効率を
高めて感度を向上することができる。
【００３１】請求項２記載の固体撮像素子は、層内レン
ズと層間膜との間に、該層内レンズの屈折率と層間膜の
屈折率との間の屈折率を有する材料で下反射防止膜を形
成し、これによって層内レンズと層間膜とを直接接合さ
せずこれら層内レンズと層間膜との界面が存在しないよ
うにし、これら層内レンズと層間膜との間には小さい屈
折率差である層内レンズと下反射防止膜との界面、下反
射防止膜と層間膜との界面が存在するようにしたもので
あるから、従来生じていた層間膜と層内レンズとの間の
反射を低減することができ、これにより集光効率を高め
て感度を向上することができる。
ズと層間膜との間に、該層内レンズの屈折率と層間膜の
屈折率との間の屈折率を有する材料で下反射防止膜を形
成し、これによって層内レンズと層間膜とを直接接合さ
せずこれら層内レンズと層間膜との界面が存在しないよ
うにし、これら層内レンズと層間膜との間には小さい屈
折率差である層内レンズと下反射防止膜との界面、下反
射防止膜と層間膜との界面が存在するようにしたもので
あるから、従来生じていた層間膜と層内レンズとの間の
反射を低減することができ、これにより集光効率を高め
て感度を向上することができる。
【図１】本発明の固体撮像素子の一実施形態例の概略構
成を示す要部側断面図である。
成を示す要部側断面図である。
１…固体撮像素子、２…シリコン基板（基体）、３…受
光センサ部、５…電荷転送部、７…絶縁膜、８…転送電
極、１２…層間膜、１３…下反射防止膜、１５…層内レ
ンズ、１６…上反射防止膜、１７…カラーフィルタ層
光センサ部、５…電荷転送部、７…絶縁膜、８…転送電
極、１２…層間膜、１３…下反射防止膜、１５…層内レ
ンズ、１６…上反射防止膜、１７…カラーフィルタ層
Claims (3)
- 【請求項１】 基体の表層部に設けられて光電変換をな
す受光センサ部と、該受光センサ部から読み出された信
号電荷を転送する電荷転送部と、前記基体上の、前記電
荷転送部の略直上位置に絶縁膜を介して設けられた転送
電極とが備えられ、 前記受光センサ部上に、入射光を受光センサ部に集光す
る層内レンズが設けられ、該層内レンズ上に上反射防止
膜を介してカラーフィルタ層が設けられてなり、 前記上反射防止膜が、前記層内レンズの屈折率とカラー
フィルタ層の屈折率との間の屈折率を有する材料からな
ることを特徴とする固体撮像素子。 - 【請求項２】 基体の表層部に設けられて光電変換をな
す受光センサ部と、該受光センサ部から読み出された信
号電荷を転送する電荷転送部と、前記基体上の、前記電
荷転送部の略直上位置に絶縁膜を介して設けられた転送
電極とが備えられ、 前記受光センサ部上の層間膜の上に、下反射防止膜を介
して入射光を受光センサ部に集光する層内レンズが設け
られてなり、 前記下反射防止膜が、前記層内レンズの屈折率と層間膜
の屈折率との間の屈折率を有する材料からなることを特
徴とする固体撮像素子。 - 【請求項３】 前記層内レンズの下に下反射防止膜を介
して層間膜が設けられ、 前記下反射防止膜が、前記層内レンズの屈折率と層間膜
の屈折率との間の屈折率を有する材料からなることを特
徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26303797A JP3620237B2 (ja) | 1997-09-29 | 1997-09-29 | 固体撮像素子 |
| US09/161,669 US6614479B1 (en) | 1997-09-29 | 1998-09-29 | Solid-state image pickup device in-layer lens with antireflection film with intermediate index of refraction |
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