TWI622162B

TWI622162B - 固體攝像裝置

Info

Publication number: TWI622162B
Application number: TW102113344A
Authority: TW
Inventors: Shinichiro Takagi; Yasuhito Yoneta; Kenichi Sugimoto; Hisanori Suzuki; Masaharu Muramatsu
Original assignee: Hamamatsu Photonics Kk
Priority date: 2012-06-18
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2018-04-21
Also published as: JP2014003140A; WO2013190864A1; JP6054069B2; CN104508819B; EP2863437B1; CN104508819A; US9559132B2; US20150155314A1; KR20190143493A; EP2863437A1; EP2863437A4; TW201401496A; KR20150032829A

Abstract

本發明之固體攝像裝置1包括：半導體基板20，其具有相互對向之主面20a與主面20b，且於主面20a側設置有複數個光感應區域3；及絕緣膜61，其具有相互對向之主面61a與主面61b，且以主面61a與主面20a對向之方式配置於半導體基板20上。半導體基板20之主面20a中之與各光感應區域3對應之區域之、與半導體基板20之厚度方向平行之剖面係凹曲線與凸曲線交替地連續而成之波形狀。絕緣膜61之主面61a中之與各光感應區域3對應之區域之、與絕緣膜61之厚度方向平行之剖面係對應於主面20a而由凹曲線與凸曲線交替地連續而成之波形狀。絕緣膜61之主面61b為平坦。

Description

固體攝像裝置

本發明係關於一種固體攝像裝置。

已知有包括半導體基板及絕緣膜之固體攝像裝置，該半導體基板具有相互對向之第一主面與第二主面，且於第一主面側設置有複數個光感應區域，該絕緣膜具有相互對向之第三主面與第四主面，且以第三主面與第一主面對向之方式配置於半導體基板上(例如參照專利文獻1)。專利文獻1所記載之固體攝像裝置係半導體基板之第一主面於與光感應區域對應之區域具有凹凸面，絕緣膜之第三主面於與光感應區域對應之區域具有與第一主面之凹凸面對應之凹凸面。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]：日本專利特開2011-124522號公報

本發明之目的在於提供一種可降低感度之不均且使感度穩定化之固體攝像裝置。

本發明者等人經過調查研究，結果新發現如下事實。

藉由固體攝像裝置之製造過程上之各種主要原因，而難以遍及複數個光感應區域地均勻地形成絕緣膜之厚度。即，有絕緣膜之厚度於每一光感應區域中不同之虞。若絕緣膜之厚度於每一光感應區域中不同，則入射至固體攝像裝置之光之於絕緣膜處之透過率於每一光感應區域中不同，感度產生不均。根據絕緣膜之膜厚，而會導致入射至固體攝像裝置(絕緣膜)之光與由半導體基板之表面反射之光之干涉之影響變強。若光之干涉之影響變強，則感度特性之波動變大，感度不易穩定。

首先，本發明者等人對可降低感度之不均且使感度穩定化之構成進行了努力研究。

其結果，本發明者等人想到藉由構成之採用，可降低感度之不均且使感度穩定化。半導體基板之第一主面(半導體基板之光入射面)於與各光感應區域對應之區域具有凹凸面，絕緣膜之第三主面(與第一主面對向之面)具有與第一主面之凹凸面對應之凹凸面，絕緣膜之第四主面為平坦。其原因在於，藉由絕緣膜之膜厚於與各光感應區域對應之區域內對應於凹凸面之形狀而變化，而吸收並抑制絕緣膜整體之膜厚變化之影響。

本發明者等人亦發現根據凹凸面之形狀會產生新問題。絕緣膜亦發揮作為抗反射膜之功能，但根據凹凸面之形狀，會於反射率之波長特性中產生不均。於凹凸面包括位於最深部之第一平坦面、位於頂部之第二平坦面、及連結第一平坦面與第二平坦面之傾斜面之情形時(凹凸面之高度(深度)階段性地變化之情形時)，藉由將由第一平坦面與第二平坦面形成之階差之高度設定為所需之值，而降低特定波長之光之反射率。因此，於自特定波長偏離之波長之光入射之情形時，反射率之降低效果不易獲得。

若自特定波長偏離之波長之光入射至傾斜面之特定位置，則可獲得反射率之降低效果。然而，由於成為傾斜面之區域受到限制，故而反射率之降低效果極其受限。

因此，本發明者等人對可降低反射率之波長特性之不均之構成進一步進行努力研究，而想到了本發明。即，藉由採用凹凸面之高度(深度)連續變化而非階段性地變化之構成，半導體基板之第一主面處之反射光相對於較廣之波長範圍之光全部相互抵消，從而可降低反射率之波長特性之不均。

本發明係一種固體攝像裝置，其包括：半導體基板，其具有相互對向之第一主面與第二主面，且於第一主面側設置有複數個光感應區域；及絕緣膜，其具有相互對向之第三主面與第四主面，且以第三主面與第一主面對向之方式配置於半導體基板上；且半導體基板之第一主面中之與各光感應區域對應之區域之、與半導體基板之厚度方向平行之剖面係凹曲線與凸曲線交替地連續而成之波形狀；絕緣膜之第三主面中之與各光感應區域對應之區域之、與絕緣膜之厚度方向平行之剖面係對應於第一主面而由凹曲線與凸曲線交替地連續而成之波形狀；絕緣膜之第四主面為平坦。

本發明中，絕緣膜之第四主面為平坦，與此相對，絕緣膜之第三主面中之與各光感應區域對應之區域的與絕緣膜之厚度方向平行之剖面係對應於第一主面而為凹曲線與凸曲線交替地連續所成之波形狀。因此，絕緣膜之膜厚於與各光感應區域對應之區域內對應於絕緣膜之第三主面之形狀而變化。藉此，可吸收並抑制絕緣膜整體之膜厚變化之影響，降低感度之不均，並且可使感度穩定化。

本發明中，半導體基板之第一主面中之與各光感應區域對應之區域的與半導體基板之厚度方向平行之剖面係凹曲線與凸曲線交替地連續而成之波形狀。因此，設為上述波形狀之第一主面之高度(深度)遍及第一主面中之與各光感應區域對應之區域整體而連續變化。因此，可於較廣之波長範圍內降低反射率之波長特性之不均。

絕緣膜亦可隔著氧化膜而配置於半導體基板上。亦可於半導體基板，具有與半導體基板不同之導電型之複數個半導體區域配置於第一主面側，且各光感應區域包括由半導體基板與半導體區域形成之pn接面。

根據本發明，可提供一種能夠降低感度之不均且使感度穩定化之固體攝像裝置。

1‧‧‧固體攝像裝置

3‧‧‧光感應區域

5‧‧‧傳送閘極部

7‧‧‧抗暈閘極部

9‧‧‧抗暈汲極部

11‧‧‧移位暫存器部

13‧‧‧隔離區域

15‧‧‧讀取放大器部

20‧‧‧半導體基板

20a、20b‧‧‧主面

21‧‧‧第一基板區域

23‧‧‧第二基板區域

31‧‧‧n型半導體區域

33、35‧‧‧n^-型半導體區域

37、39‧‧‧p⁺型半導體區域

41‧‧‧n⁺型半導體區域

43‧‧‧氧化膜

51、53‧‧‧傳送電極

55‧‧‧傳送電極

61、63‧‧‧層間絕緣膜

61a、61b‧‧‧主面

65‧‧‧表面保護膜

71‧‧‧配線

81、83、85‧‧‧絕緣膜

D1、D2、D3、D4‧‧‧距離

LS‧‧‧遮光膜

R1、R2‧‧‧區域

Tmax‧‧‧層間絕緣膜之最大厚度

Tmin‧‧‧層間絕緣膜之最小厚度

圖1係表示本發明之實施形態之固體攝像裝置之構成之圖。

圖2係用以說明沿圖1中之II-II線之剖面構成之圖。

圖3係用以說明沿圖2中之III-III線之剖面構成之圖。

圖4係僅選出半導體基板進行表示之說明圖。

圖5係僅選出層間絕緣膜進行表示之說明圖。

圖6(a)、(b)係表示本實施形態之固體攝像裝置之製造過程之圖。

圖7(a)、(b)係表示本實施形態之固體攝像裝置之製造過程之圖。

圖8(a)、(b)係表示本實施形態之固體攝像裝置之製造過程之圖。

圖9(a)、(b)係表示本實施形態之固體攝像裝置之製造過程之圖。

圖10(a)、(b)係表示本實施形態之固體攝像裝置之製造過程之圖。

圖11係表示本實施形態之固體攝像裝置之製造過程之圖。

圖12係表示實施例1中之波長(nm)與量子效率(Q.E.)(%)之關係之曲線。

圖13係表示比較例1中之波長(nm)與量子效率(Q.E.)(%)之關係之曲線。

圖14係表示各波長下之量子效率之不均之曲線。

圖15係用以說明比較例3中之凹凸面之形狀之圖。

圖16係表示實施例2中之各樣品1~3的波長(nm)與反射率(%)之關係之曲線。

圖17係表示比較例2中之各樣品4~6的波長(nm)與反射率(%)之關係之曲線。

圖18係表示比較例3中之各樣品7~9的波長(nm)與反射率(%)之關係之曲線。

圖19係表示各波長下之反射率之不均(最大值與最小值之差)之曲線。

圖20(a)、(b)係用以說明本實施形態之變化例之固體攝像裝置之圖。

圖21(a)、(b)係用以說明本實施形態之變化例之固體攝像裝置之圖。

以下，參照隨附圖式，對本發明之較佳之實施形態詳細地進行說明。再者，於說明中，對相同要素或具有相同功能之要素使用相同符號，並省略重複之說明。

首先，參照圖1~圖3，對本實施形態之固體攝像裝置之構成進行說明。圖1係表示本實施形態之固體攝像裝置之構成之圖。圖2係用以說明沿圖1中之II-II線之剖面構成之圖。圖3係用以說明沿圖2中之III-III線之剖面構成之圖。

如圖1所示，固體攝像裝置1包括複數個光感應區域3、複數個傳送閘極部5、複數個抗暈(anti blooming)閘極部7、複數個抗暈汲極部9、及移位暫存器部11。本實施形態之固體攝像裝置1為表面入射型之IL(Interline transfer，交錯傳送)-CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)影像感測器，一個光感應區域3構成一個像素。

各光感應區域3感應光之入射，而產生與入射光強度相應之電荷。即，光感應區域3發揮作為光電轉換部之功能。於本實施形態中，光感應區域3之平面形狀形成為由兩條長邊與兩條短邊形成之大致矩形狀。複數個光感應區域3以沿與沿光感應區域3之長邊方向之第一方向交叉之第二方向(沿光感應區域3之短邊方向之方向)之方式並列設置。即，複數個光感應區域3沿一維方向(上述第二方向)配置成陣列狀。光感應區域3之形狀並不限定於上述大致矩形狀。

對各光感應區域3，以於沿光感應區域3之短邊方向之方向上夾隔該光感應區域3之方式配置有隔離區域13。隔離區域13鄰接於光感應區域3之長邊，且於沿光感應區域3之長邊方向之方向上延伸。隔離區域13將夾隔著隔離區域13而相鄰之一對光感應區域3電性分離。

各傳送閘極部5分別對應於光感應區域3且配置於形成光感應區域3之平面形狀之一短邊側。即，複數個傳送閘極部5沿上述第二方向並列設置於形成光感應區域3之平面形狀之一短邊側。傳送閘極部5取得光感應區域3中所產生之電荷，將所取得之電荷作為信號電荷而傳送至第一方向。於相鄰之傳送閘極部5之間配置有隔離區域13，而實現傳送閘極部5間之電性分離。

各抗暈閘極部7分別對應於光感應區域3且配置於形成光感應區域3之平面形狀之另一短邊側。即，複數個抗暈閘極部7沿上述第二方向並列設置於形成光感應區域3之平面形狀之另一短邊側。抗暈閘極部7取得光感應區域3中所產生之電荷，將所取得之電荷作為無用電荷而傳送至第一方向。於相鄰之抗暈閘極部7之間配置有隔離區域13，而實現抗暈閘極部7間之電性分離。

各抗暈汲極部9分別對應於抗暈閘極部7且與抗暈閘極部7於第一方向上鄰接配置。即，複數個抗暈汲極部9於上述第二方向並列設置於光感應區域3之呈平面形狀之另一短邊側。抗暈汲極部9連接於特定之固定電位，放出自對應之抗暈閘極部7傳送之無用電荷。

移位暫存器部11係相對於複數個傳送閘極部5，與各傳送閘極部5 於第一方向上鄰接配置。移位暫存器部11接收分別自傳送閘極部5傳送之信號電荷，將其傳送至上述第二方向，且依次輸出至讀取放大器部15。自移位暫存器部11輸出之信號電荷由讀取放大器部15轉換為電壓，並作為配置於第二方向之每一光感應區域3之電壓而輸出至固體攝像裝置1之外部。

於除複數個光感應區域3以外之複數個傳送閘極部5、複數個抗暈閘極部7、複數個抗暈汲極部9、及移位暫存器部11之上方配置有遮光膜LS。遮光膜LS覆蓋配置有傳送閘極部5、抗暈閘極部7、抗暈汲極部9、及移位暫存器部11之區域，而防止光入射至該區域。藉此，可防止因入射至上述區域之光而產生無用電荷。

如圖2及圖3所示，複數個光感應區域3、複數個傳送閘極部5、複數個抗暈閘極部7、複數個抗暈汲極部9、及移位暫存器部11形成於半導體基板20上。

半導體基板20具有相互對向之主面20a與主面20b。於本實施形態中，主面20a為半導體基板20之光入射面。半導體基板20包括位於主面20b側之p⁺型之第一基板區域21、及位於主面20a側之p型之第二基板區域23。第二基板區域23之雜質濃度低於第一基板區域21。半導體基板20例如可藉由在p型之半導體基板上使雜質濃度低於該半導體基板之p^-型之磊晶層成長而獲得。

半導體基板20包括設置於主面20a側之n型半導體區域31、n^-型半導體區域33、35、p⁺型半導體區域37、39、及n⁺型半導體區域41。於本實施形態中，半導體基板20包含Si。於半導體基板20包含Si之情形時，使用B等第3族元素作為p型雜質，使用N、P或As等第5族元素作為n型雜質。n^-型半導體區域33、35之雜質濃度低於n型半導體區域31，n⁺型半導體區域41之雜質濃度高於n型半導體區域31。p⁺型半導體區域37、39之雜質濃度高於第二基板區域23。

第二基板區域23與n型半導體區域31形成pn接面，由n型半導體區域31構成藉由光之入射而產生電荷之光感應區域3。即，由第二基板區域23及n型半導體區域31構成埋入型之光電二極體。n型半導體區域31於俯視時形成為由兩條長邊與兩條短邊形成之大致矩形狀。複數個n型半導體區域31以沿上述第二方向之方式並列設置，且沿一維方向配置成陣列狀。各n型半導體區域31於沿n型半導體區域31之短邊方向之方向上並列設置。

對n^-型半導體區域33配置有傳送電極51、53。傳送電極53與傳送電極51於第一方向上鄰接配置。傳送電極51、53例如包括多晶矽膜，且隔著氧化膜43而形成於n^-型半導體區域33上。n^-型半導體區域33配置於形成n型半導體區域31之平面形狀之一短邊側。氧化膜43例如包含氧化矽膜。

分別自控制電路(未圖示)對傳送電極51、53賦予傳送信號。由傳送電極51及傳送電極51下之n^-型半導體區域33構成傳送閘極部5。由傳送電極53及傳送電極53下之n^-型半導體區域33構成移位暫存器部11。

對n^-型半導體區域35配置有傳送電極55。傳送電極55例如包括多晶矽膜，且隔著氧化膜43而形成於n^-型半導體區域35上。n^-型半導體區域35配置於形成n型半導體區域31之平面形狀之另一短邊側。分別自控制電路(未圖示)對傳送電極55賦予傳送信號。由傳送電極55及傳送電極55下之n^-型半導體區域35構成抗暈閘極部7。

p⁺型半導體區域37配置於n型半導體區域31之長邊側。p⁺型半導體區域37鄰接於n型半導體區域31，且於沿n型半導體區域31之長邊方向之方向上延伸。由p⁺型半導體區域37構成隔離區域13。p⁺型半導體區域39配置於n型半導體區域31之表面側。p⁺型半導體區域39例如連接於接地電位，且處於充滿電洞之狀態。因此，藉由p⁺型半導體區域 39而抑制半導體基板20之表面(主面20a)附近之暗電流之產生。

n⁺型半導體區域41鄰接於傳送電極55下之n^-型半導體區域35而配置。由n⁺型半導體區域41構成抗暈汲極部9。

如圖2及圖3所示，固體攝像裝置1包括層間絕緣膜61、63及表面保護膜65。

層間絕緣膜61以覆蓋傳送電極51、53、55及氧化膜43之方式配置於半導體基板20上。層間絕緣膜61具有相互對向之主面61a與主面61b。層間絕緣膜61之主面61a隔著氧化膜43而與半導體基板20之主面20a對向。即，層間絕緣膜61以隔著氧化膜43而主面61a與半導體基板20之主面20a對向之方式配置於半導體基板20上。層間絕緣膜61例如包含BPSG(Boro-phospho silicate glass，硼磷矽玻璃)。層間絕緣膜61亦發揮作為抗反射膜(AR膜，antireflection film)之功能。

於層間絕緣膜61形成有配線71。配線71經過形成於層間絕緣膜61之通孔而連接於傳送電極51、53、55及n⁺型半導體區域41。

層間絕緣膜63以覆蓋層間絕緣膜61及配線71之方式配置於層間絕緣膜61上。於層間絕緣膜61之與n型半導體區域31(光感應區域3)對應之區域，未形成層間絕緣膜63。因此，層間絕緣膜61之與n型半導體區域31(光感應區域3)對應之區域光學性地露出。層間絕緣膜63例如包括氧化矽膜。

遮光膜LS以覆蓋層間絕緣膜63之方式配置於層間絕緣膜63上。遮光膜LS例如包含鋁等金屬。表面保護膜65以覆蓋遮光膜LS之方式配置於遮光膜LS上。表面保護膜65例如包含氮化矽膜。

於固體攝像裝置1中，亦如圖4所示，半導體基板20之主面20a之與各光感應區域3對應之區域R1具有凹凸面。圖4係僅選出半導體基板20進行表示之說明圖。區域R1之與半導體基板20之厚度方向平行之剖面係凹曲線與凸曲線交替地連續而成之波形狀。本實施形態中，於平行於第二方向(沿光感應區域3之短邊方向之方向)且平行於厚度方向之剖面，區域R1為波形狀。因此，凹凸面之凸部及凹部沿第一方向(沿光感應區域3之長邊方向之方向)延伸。

區域R1之凹凸面之高度(深度)沿第二方向連續且週期性地變化。即，區域R1之凹凸面不具有平坦面。區域R1之凹凸面之凹凸圖案於各光感應區域3中相同。此處，所謂相同係指實質上之相同，而非數學上嚴格之相同，只要形狀之尺寸誤差或高度(深度)之誤差等為±10%以內，則設為圖案相同。於凹凸面之上述剖面，凸部之頂點與凹部之最深點之距離D1例如為0.03~1μm。鄰接之頂點間之距離及鄰接之最深點間之距離D2例如為1~10μm。

於固體攝像裝置1中，亦如圖5所示，層間絕緣膜61之主面61a之與各光感應區域3對應之區域R2亦具有凹凸面。圖5係僅選出層間絕緣膜61進行表示之說明圖。區域R2之與層間絕緣膜61之厚度方向平行之剖面對應於區域R1之凹凸面，而為凹曲線與凸曲線交替地連續所成之波形狀。本實施形態中，於平行於第二方向且平行於厚度方向之剖面，區域R2為波形狀。因此，於區域R2，凹凸面之凸部及凹部亦沿第一方向延伸。

區域R2之凹凸面之高度(深度)亦與區域R2之凹凸面之高度(深度)同樣地沿第二方向連續且週期性地變化。即，區域R2之凹凸面不具有平坦面。區域R2之凹凸面之凹凸圖案於各光感應區域3中相同。此處，所謂相同係指實質上之相同，而非數學上嚴格之相同，只要形狀之尺寸誤差或高度(深度)之誤差等為±10%以內，則設為圖案相同。於凹凸面之上述剖面，凸部之頂點與凹部之最深點之距離D3例如為0.03~1μm。鄰接之頂點間之距離及鄰接之最深點間之距離D4例如為1~10μm。

層間絕緣膜61之主面61b為平坦。因此，層間絕緣膜61之厚度於平行於第二方向且平行於厚度方向之剖面，沿第二方向連續且週期性地變化。層間絕緣膜61之最大厚度Tmax例如為0.1~5μm，層間絕緣膜61之最小厚度Tmin例如為0.1~5μm。層間絕緣膜61之平均厚度例如為0.01~5μm。最大厚度Tmax與最小厚度Tmin之距離為上述距離D3之範圍。

繼而，參照圖6~圖11說明上述固體攝像裝置1之製造過程。圖6~圖11係表示本實施形態之固體攝像裝置之製造過程之圖。

首先，準備半導體基板20(參照圖6(a))。接著，將半導體基板20之表面熱氧化，而形成包含SiO₂之絕緣膜81(參照圖6(b))。繼而，於絕緣膜81上，藉由濺鍍法等形成包含SiN_X之絕緣膜83，其後，利用光阻劑，以具有複數個開口之方式將絕緣膜83圖案化(參照圖6(b))。藉此，位於開口處之絕緣膜81露出於外部。

其次，以絕緣膜83為遮罩，將絕緣膜81之表面選擇氧化(參照圖7(a))。於形成有絕緣膜83之區域不進行氧化，於未形成絕緣膜83之區域(形成有開口之區域)，選擇性地進行氧化。藉此，絕緣膜81之經選擇性氧化之部分之厚度增加。繼而，藉由蝕刻分別除去絕緣膜81及絕緣膜83(參照圖7(b))。藉此，半導體基板20之成為光入射面(主面20a)之區域具有凹凸面。

作為SiNX之蝕刻液，可使用高溫之磷酸，作為SiO2之蝕刻液，可使用氫氟酸。SiN_X亦可藉由使用CF₄等之乾式蝕刻而除去。因於基底側使用SiO₂，故而若預先於包含SiN_X之絕緣膜83形成多個開口，則於對絕緣膜81進行濕式蝕刻時，絕緣層83剝離(lift-off)而被除去。

其次，將半導體基板20之表面熱氧化，而形成氧化膜43(參照圖8(a))。氧化膜43呈與半導體基板20之凹凸面對應之波形狀。繼而，於氧化膜43之與半導體基板20之凹凸面對應之區域上，形成絕緣膜85，且將其圖案化(參照圖8(a))。絕緣膜85例如包含SiN_X。其後，利用離子植入法或擴散法將p型之雜質添加至半導體基板20之表面，而形成p⁺型半導體區域37(隔離區域13)(參照圖8(b))。

其次，以絕緣膜85為遮罩，將氧化膜43選擇氧化(參照圖9(a))。藉此，氧化膜43之自絕緣膜85露出之區域選擇性地成長。繼而，除去絕緣膜85(參照圖9(b))。

其次，經由氧化膜43，利用離子植入法將n型之雜質添加至半導體基板20(第二基板區域23)，而形成n^-型半導體區域33、35(未圖示)後，於氧化膜43上形成傳送電極51、53、55等(未圖示)。其後，利用離子植入法添加n型之雜質而形成n型半導體區域31，並且利用離子植入法添加p型之雜質而形成p⁺型半導體區域39(參照圖10(a))。其後，於傳送電極51、53、55等(未圖示)上形成層間絕緣膜61(參照圖10(b))。層間絕緣膜61之接觸於氧化膜43之面具有氧化膜43之形狀、即與半導體基板20之凹凸面對應之凹凸面。

如圖10(b)所示，層間絕緣膜61之表面對應於半導體基板20之凹凸面而具有凹凸面。因此，藉由回焊或CMP(Chemical Mechanical Polishing，化學機械研磨)等，將層間絕緣膜61之表面平坦化(參照圖11)。藉此，層間絕緣膜61之主面61b變得平坦。其後，將配線71、層間絕緣膜63、遮光膜LS、及表面保護膜65形成於所需之位置。

藉由該等過程，可獲得固體攝像裝置1。

如上述般，本實施形態中，層間絕緣膜61之主面61b為平坦，與此相對，層間絕緣膜61之主面61a於與各光感應區域3對應之區域R2，具有與半導體基板20之主面20a之區域R1所具有之凹凸面對應的凹凸面。區域R2之凹凸面於與層間絕緣膜61之厚度方向平行之剖面，為凹曲線與凸曲線交替地連續而成之波形狀。因此，層間絕緣膜61之膜厚於上述區域R2內對應於區域R2之凹凸面之形狀而變化。藉此，可吸收並抑制層間絕緣膜61整體之膜厚變化之影響，降低感度之不均，並且可使感度穩定化。

半導體基板20之主面20a中之區域R1所具有之凹凸面於與半導體基板20之厚度方向平行之剖面，為凹曲線與凸曲線交替地連續而成之波形狀。因此，設為波形狀之凹凸面之高度(深度)遍及區域R1整體而連續變化。因此，可於較廣之波長範圍內降低反射率之波長特性之不均。

基於與比較例1之比較結果，說明於固體攝像裝置1中可降低感度之不均且使感度穩定化之效果。作為實施例1，使用上述實施形態之固體攝像裝置1。作為比較例1，製作將實施例1(參照圖3)中之半導體基板20之主面20a及層間絕緣膜61之主面61a設為平坦的固體攝像裝置。比較例1之固體攝像裝置除半導體基板20之主面20a及層間絕緣膜61之主面61a為平坦之點以外，其餘與固體攝像裝置1皆為相同之構成。

作為實施例1而使用之固體攝像裝置1中，層間絕緣膜61之最大厚度Tmax設定為630nm，層間絕緣膜61之最小厚度Tmin設定為530nm，層間絕緣膜61之平均厚度設定為580nm。即，區域R2之凹凸面中之凸部之頂點與凹部之最深點之距離D3為100nm。比較例1之固體攝像裝置中，層間絕緣膜61之厚度設定為580nm。

測定實施例1及比較例1之感度特性。此處，於實施例1及比較例1中，分別測定位於特定位置之複數個光感應區域內之量子效率之波長特性。具體而言，測定5個光感應區域各者之量子效率之波長特性。將測定結果示於圖12~圖14。圖12係表示實施例1中之波長(nm)與量子效率(Q.E.)(%)之關係之曲線。圖13係表示比較例1中之波長(nm)與量子效率(Q.E.)(%)之關係之曲線。圖14係表示各波長下之量子效率之不均(最大值與最小值之差)之曲線。

根據圖12~圖14可知，實施例1與比較例1相比，感度之不均得以降低。具體而言，實施例1中之感度之不均之最大值為12%，與此相對，比較例1中之感度之不均之最大值為24%。根據圖12與圖13之對比，實施例1與比較例1相比，感度特性之波動較少，而可謀求感度特性之穩定化。

其次，基於與比較例2及3之比較結果，說明於固體攝像裝置1中可降低反射率之波長特性之不均之效果。此處，藉由模擬，求出實施例2以及比較例2及3之反射率之波長特性。實施例2之模擬係採用與上述實施形態之固體攝像裝置1相同之構成。比較例2之模擬係採用實施例2(參照圖3)中之半導體基板20之主面20a及層間絕緣膜61之主面61a設為平坦之構成。比較例3之模擬係採用上述凹凸面之形狀不同之構成。具體而言，比較例3之構成除如圖15所示般凹凸面包括位於最深部之第一平坦面F1、位於頂部之第二平坦面F2、及連結第一平坦面F1與第二平坦面F2之傾斜面F3之方面以外，與實施例2之構成相同。

實施例2係採用樣品1~3作為模擬樣本，比較例3係採用樣品7~9作為模擬樣本。樣品1及7係層間絕緣膜61之最大厚度Tmax設定為545nm，層間絕緣膜61之最小厚度設定為455nm，層間絕緣膜61之平均厚度設定為500nm。樣品2及8係層間絕緣膜61之最大厚度Tmax設定為520nm，層間絕緣膜61之最小厚度設定為430nm，層間絕緣膜61之平均厚度設定為475nm。樣品3及9係層間絕緣膜61之最大厚度Tmax設定為570nm，層間絕緣膜61之最小厚度設定為480nm，層間絕緣膜61之平均厚度設定為525nm。樣品1~3及7~9係層間絕緣膜61之平均厚度於500nm±25nm(層間絕緣膜61之平均厚度之5%)之範圍內有偏差。於樣品1~3及7~9中，凹凸面之凸部之頂點與凹部之最深點之距離為90nm。

比較例2係採用樣品4~6作為模擬樣本。樣品4係層間絕緣膜61之厚度設定為500nm。樣品5係層間絕緣膜61之厚度設定為475nm。樣品6係層間絕緣膜61之厚度設定為525nm。即，樣品4~6係層間絕緣膜61之厚度於500nm±25nm(層間絕緣膜61之厚度之5%)之範圍內有偏差。

將模擬結果示於圖16~圖19。圖16係表示實施例2中之各樣品1~3的波長(nm)與反射率(%)之關係之曲線。圖17係表示比較例2中之各樣品4~6的波長(nm)與反射率(%)之關係之曲線。圖18係表示比較例3中之各樣品7~9的波長(nm)與反射率(%)之關係之曲線。圖19係表示各波長下之反射率之不均(最大值與最小值之差)之曲線。

根據圖16~圖19可知，實施例2與比較例2及3相比，反射率之波長特性之不均得以降低。具體而言，實施例2中之反射率之不均之最大值為11%，與此相對，比較例2中之反射率之不均之最大值為28%，比較例3中之反射率之不均之最大值為19%。

以上，對本發明之較佳之實施形態進行了說明，但本發明並非必需限定於上述實施形態，可於不脫離其主旨之範圍內進行各種變更。

區域R1及區域R2之凹凸面之形狀並不限定於上述形狀。亦可如圖20所示，區域R1及區域R2之凹凸面於平行於第一方向(沿光感應區域3之長邊方向之方向)且平行於厚度方向之剖面為波形狀。亦可如圖21所示，區域R1及區域R2之凹凸面於平行於第一方向且平行於厚度方向之剖面及平行於第二方向且平行於厚度方向之剖面為波形狀。圖20及圖21係用以說明本實施形態之變化例之固體攝像裝置之圖，各(a)係僅選出半導體基板進行表示之說明圖，各(b)係僅選出層間絕緣膜進行表示之說明圖。

p型及n型之各導電型亦可以與上述情況相反之方式交換。

本發明亦可適用於CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，互補金屬氧半導體)影像感測器等以光電二極體為受光部之影像感測器。

[產業上之可利用性]

本發明可利用於CCD影像感測器或CMOS影像感測器等固體攝像裝置。

Claims

一種固體攝像裝置，其包括：包含矽之半導體基板，其具有相互對向之第一主面與第二主面，且於上述第一主面側設置有複數個光感應區域；及絕緣膜，其係反射防止膜，具有相互對向之第三主面與第四主面，且以上述第三主面與上述半導體基板之光入射面即上述第一主面對向之方式配置於上述半導體基板上；且上述半導體基板之上述第一主面中之與各上述光感應區域對應之區域之、與上述半導體基板之厚度方向平行之剖面係凹曲線與凸曲線交替地連續而成之波形狀，上述絕緣膜之上述第三主面中之與各上述光感應區域對應之區域之、與上述絕緣膜之厚度方向平行之剖面係對應於上述第一主面而由凹曲線與凸曲線交替地連續而成之波形狀，上述絕緣膜之上述第四主面為平坦。
如請求項1之固體攝像裝置，其中上述絕緣膜隔著氧化膜而配置於上述半導體基板上。
如請求項1或2之固體攝像裝置，其中於上述半導體基板上，具有與上述半導體基板不同之導電型之複數個半導體區域配置於上述第一主面側；各上述光感應區域包括由上述半導體基板與上述半導體區域形成之pn接面。