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公開番号2024046470
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-03
出願番号2022151885
出願日2022-09-22
発明の名称固体撮像装置
出願人株式会社東芝,東芝デバイス&ストレージ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01L 27/146 20060101AFI20240327BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】青色波長帯域における分光感度を向上させた固体撮像装置を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る固体撮像装置は、半導体領域と、反射防止膜と、を備える。半導体領域には、青色の光を検出する青色用フォトダイオード、緑色の光を検出する緑色用フォトダイオードおよび赤色の光を検出する赤色用フォトダイオードが配置されている。反射防止膜は、前記半導体領域の上に配置された第1絶縁膜と、前記第1絶縁膜の上に配置され、前記第1絶縁膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第2絶縁膜とを備える。前記第1絶縁膜および前記第2絶縁膜の少なくとも一方は、前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における膜厚が前記緑色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における膜厚よりも薄い。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
青色の光を検出する青色用フォトダイオード、緑色の光を検出する緑色用フォトダイオードおよび赤色の光を検出する赤色用フォトダイオードが配置された半導体領域と、
前記半導体領域の上に配置された第１絶縁膜、および前記第１絶縁膜の上に配置され、前記第１絶縁膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第２絶縁膜を備える反射防止膜と、を備え、
前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜の少なくとも一方は、前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における膜厚が前記緑色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における膜厚よりも薄い、固体撮像装置。
続きを表示（約 1,700 文字）【請求項２】
前記第１絶縁膜は、前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第１膜厚が前記緑色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第２膜厚よりも薄く、前記第２膜厚が前記赤色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第３膜厚よりも薄く、
前記第２絶縁膜は、前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第４膜厚が前記緑色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第５膜厚以下であり、前記第５膜厚が前記赤色用フォトダイオードに受光される上の領域における第６膜厚よりも薄い、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１絶縁膜は、前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第１膜厚が前記緑色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第２膜厚よりも薄く、前記第２膜厚の大きさが前記赤色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第３膜厚の大きさ以下であり、
前記第２絶縁膜は、前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第４膜厚、前記緑色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第５膜厚、および前記赤色用フォトダイオードに受光される上の領域における第６膜厚が同じ大きさである、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１絶縁膜は、前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第１膜厚、前記緑色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第２膜厚、および前記赤色用フォトダイオードに受光される上の領域における第３膜厚が同じ大きさであり、
前記第２絶縁膜は、前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第４膜厚が前記緑色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第５膜厚よりも薄く、前記第５膜厚の大きさが前記赤色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における第６膜厚の大きさ以下である、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１絶縁膜はシリコン酸化物からなり、前記第２絶縁膜はシリコン窒化物からなり、前記第１絶縁膜の前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における膜厚の大きさが５０Å以上１００Å以下、かつ、前記第２絶縁膜の前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における膜厚の大きさが４００Å以上６００Å以下である、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１絶縁膜はシリコン酸化物からなり、前記第２絶縁膜はシリコン窒化物からなり、前記第１絶縁膜の前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における膜厚の大きさが１００Å以上１５０Å以下、かつ、前記第２絶縁膜の前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における膜厚の大きさが３５０Å以上５００Å以下である、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１絶縁膜はシリコン酸化物からなり、前記第２絶縁膜はシリコン窒化物からなり、前記第１絶縁膜の前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における膜厚の大きさが１５０Å以上２００Å以下、かつ、前記第２絶縁膜の前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における膜厚の大きさが３００Å以上４５０Å以下である、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１絶縁膜はシリコン酸化物からなり、前記第２絶縁膜はシリコン窒化物からなる、請求項１～７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１絶縁膜は酸化アルミニウムからなり、前記第２絶縁膜は酸化ジルコニウムからなる、請求項１～７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第１絶縁膜はシリコン酸化物からなり、前記第２絶縁膜は酸化ハフニウムからなる、請求項１～７のいずれかに記載の固体撮像装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、より多くの光を受光して感度を向上させるために、画素の受光素子（フォトダイオード）上に、反射防止膜（ＡＲフィルタ）を備えている。しかし、従来の反射防止膜では、青色波長帯域の光（例えば、約４００ｎｍ－５００ｎｍの波長帯域の光）の透過率が、より長波長の光（緑色、赤色の光）の透過率と比べて低いため、固体撮像装置全体の分光感度が青色波長帯域において低下し、可視域全体で不均一になってしまう。なお、青色波長帯域の透過率を上げるために、反射防止膜を青色の光に適合させた場合、緑色・赤色波長帯域の光の透過率が低下する。また、固体撮像装置の、青色波長帯域の分光感度を上げる手段として、例えばマイクロレンズを用いる方法があるが、大面積化には不利である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
米国特許出願公開第２０１５／００３５１０１号明細書
米国特許第８７２８８５３号明細書
特開２００９－８８２６１号公報
米国特許第７５１８０９６号明細書
米国特許出願公開第２００９／０３０２４０９号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、青色波長帯域における分光感度を向上させた固体撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態に係る固体撮像装置は、半導体領域と、反射防止膜と、を備える。半導体領域には、青色の光を検出する青色用フォトダイオード、緑色の光を検出する緑色用フォトダイオードおよび赤色の光を検出する赤色用フォトダイオードが配置されている。反射防止膜は、前記半導体領域の上に配置された第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜の上に配置され、前記第１絶縁膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第２絶縁膜とを備える。前記第１絶縁膜および前記第２絶縁膜の少なくとも一方は、前記青色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における膜厚が前記緑色用フォトダイオードに受光される光が透過する領域における膜厚よりも薄い。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
一実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
一実施形態に係る固体撮像装置の反射防止膜の透過率の波長依存性の一例を示す図である。
一実施形態に係る固体撮像装置の変形例の断面図である。
一実施形態に係る固体撮像装置の別の変形例の断面図である。
一実施形態に係る固体撮像装置において用いられる反射防止膜の青色波長帯域の光の透過率の膜厚依存性の一例を示す図である。
一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程の一例を説明するための断面図である。
図６Ａに続く、一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程の一例を説明するための断面図である。
図６Ｂに続く、一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程の一例を説明するための断面図である。
図６Ｃに続く、一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程の一例を説明するための断面図である。
図６Ｄに続く、一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程の一例を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
【０００８】
説明の便宜上、図面に示すように、ＸＹＺ直交座標系を採用する。Ｚ軸方向は、固体撮像装置の積層方向（厚さ方向）である。また、Ｚ方向のうち、カラーフィルタ側を「上」ともいい、半導体領域２側を「下」ともいう。ただし、この表現は便宜的なものであり、重力の方向とは無関係である。
【０００９】
図１を参照して、実施形態に係る固体撮像装置１について説明する。固体撮像装置１は、画素が一列に並んだリニアセンサであってもよいし、画素が縦横の両方向に配置されたエリアセンサであってもよい。また、固体撮像装置１はＣＭＯＳセンサであってもよいし、ＣＣＤセンサであってもよい。
【００１０】
図１に示すように、固体撮像装置１は、半導体領域２と、フォトダイオード３ｂと、フォトダイオード３ｇと、フォトダイオード３ｒと、反射防止膜７と、青色カラーフィルタ８ｂと、緑色カラーフィルタ８ｇと、赤色カラーフィルタ８ｒと、を備える。以下、図１を参照しながら、各要素の詳細を説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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