固体摄像器件、其制造方法和设计方法以及电子装置的制作方法

专利名称：固体摄像器件、其制造方法和设计方法以及电子装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及固体摄像器件、固体摄像器件的制造方法和设计方法以及电子装置， 更具体而言，涉及包括红(R)色、绿(G)色和蓝(B)色滤色器的固体摄像器件、固体摄像器 件的制造方法和设计方法以及电子装置。
背景技术：
诸如数字视频电子装置和数码电子装置等电子装置包括例如，(XD(电荷耦 合器件，Charge Coupled Device)图像传感器和CMOS(互补型金属氧化物硅晶体管， Complementary Metal-Oxide-Silicon Transistor)图像传感器等固体摄像器件。这种固体摄像器件包括多个像素，这些像素按照沿水平和垂直方向的矩阵设置在 半导体基板上形成光接收面。在光接收面上，对各像素设置例如光电二极管等传感器作为 光电转换部。在光接收面上形成有聚光结构，所述聚光结构将目标图像的光汇聚到各像素 的传感器。目标图像的光一旦被接收，即被进行光电转换，并产生信号电荷以生成像素信 号。在形成彩色图像的固体摄像器件中，形成有与各像素对应的红(R)色、绿(G)色或 蓝⑶色滤色器。图20A为相关技术的固体摄像器件的像素的截面图，表示单元尺寸约为3 μ m的现 有固体摄像器件。用于各像素的光电二极管111被形成在半导体基板110上，并且，栅极绝缘膜和栅 极电极(未图示)被形成在与光电二极管111相邻的区域上。栅极电极被控制以执行包括 传输光电二极管111中累积的信号电荷的处理。例如，例如二氧化硅的底层第一绝缘膜120a被形成在整个表面上，并覆盖形成在 半导体基板110上的包括光电二极管111和栅极电极的元件，以使由栅极电极等元件导致 的不平表面变得平坦。例如，在第一绝缘膜120a上形成有例如氮化硅的第二绝缘膜120b以及例如树脂 的第三绝缘膜120c。在它们上形成有例如氮氧化硅的第四绝缘膜121。例如，在第四绝缘膜121上形成有例如氮化硅的第五绝缘膜122。在第五绝缘膜122上对各像素形成有透射例如红(R)色、绿(G)色或蓝(B)色区 域中的波长的光的滤色器123。在滤色器123上形成有片上透镜124。在用于各颜色的像素中，对像素设置的光电二极管传感器接收与各颜色对应的波 长的光，获得用于形成彩色图像的像素信号。
随着半导体集成电路持续向微型化发展，固体摄像器件的聚光结构变得比以往复 杂。涉及工艺变化的更精细的器件结构使通过聚光结构的光的光路变复杂。这带来了摄像 过程中的颜色不均勻的问题。颜色不均勻是由于入射光中的色平衡被破坏而导致的现象，而色平衡遭到破坏是 由于形成聚光结构的膜的厚度不同而使传感器上的入射光的强度的波长依赖性变化导致 的。
颜色不均勻的示例是颜色框不均勻，这发生在由于厚度变化或所谓的芯片内厚度 变化，透射光的色平衡在光接收面的中央部和周边部被改变和破坏时，其中，形成聚光结构 的膜中的厚度变化范围对固体摄像器件的光接收面的中央部和周边部不同。颜色不均勻对图像数据的视场角添加颜色，因此会降低摄像器件的产率。在单元 尺寸小于约3 μ m的一代器件中，颜色不均勻成为问题。在单元尺寸3μπι以上的老一代器件中，器件中的片上透镜和其他透镜使光弯曲， 在传感器上的入射光中产生各种角分量(angularcomponents)。图20B和图20C表示上述结构的传感器的感应强度的厚度依赖性。横轴表示高折 射率膜的厚度，该膜具有与在硅半导体基板界面处反射的入射光发生干涉的界面。如图20B所示，在上述结构的传感器中，干涉光的波峰与波谷抵消，并产生图20C 中所示的厚度依赖性，即，感应强度具有小的厚度依赖性。在具有大的单元间距的器件中，即便当高折射率膜的厚度因工艺变化而改变时， 感应强度对各RGB的波长恒定，并且也不会轻易发生颜色不均勻。图21A为单元尺寸小于约3μπι的相关技术的固体摄像器件的像素的截面图。除 了单元尺寸单纯地减小外，该结构与图20Α所示的结构相同。在这样结构的像素中，尽管单元间距较小，但层厚度保持相同，因此，如图21Α所 示，光通过该器件中的透镜时不会弯曲，并以近乎平行的光线、只具有较小的角分量的方式 进入传感器。以这种方式入射的光仅具有单一的干涉光分量，因此不同光分量不能相互抵消。图21Β表示上述结构的传感器的感应强度的厚度依赖性。由于单一分量感应强度的厚度依赖性未被抵消而仍然保留，因而如图21Β所示， 感应强度随高折射率膜的厚度的变化而改变。图22为表示视场角中心处的像素与视场角边缘处的像素之间的灵敏度比(R/G) 的差相对于单元间距的图。该图已被归一化，并且纵轴表示灵敏度比的差相对值)。可以通过将视场角中心处的像素与视场角边缘处的像素之间的灵敏度比(B/G) 的差归一化得到相似的图。视场角中心与边缘之间的灵敏度比的差在单元间距为3μπι以下时出现，这表明 3μπι的单元间距为临界边界。这种差异引起颜色不均勻。为了克服颜色不均勻这一问题，JP-A-2007_242697(专利文献1)提出了这样一种 结构，即，通过在高折射率膜的上面和下面形成防反射膜来抑制干涉，减小颜色不均勻。JP-A-6_292206(专利文献2)提出了一种包括减小光的反射的反射防止结构的器 件。JP-A-2005_142510(专利文献3)提出了这样一种结构，即，在光接收部正上方的防反射膜的厚度对各不同波长变化，以抑制反射光的强度，并因此提高光接收效率。专利文献1的方法旨在通过减小产生导致颜色不均勻的干涉光的高折射率膜处 的反射来抑制颜色不均勻。为了实现这一目的，在高折射率膜的上面和下面形成恒定厚度 的防反射膜。该防反射膜的恒定厚度为使620nm波长附近的红(R)反射光减小的厚度与 使550nm波长附近的绿(G)反射光减小的厚度的平均值。但利用这种方法不能有效地抑制颜色不均勻，原因在于该方法未考虑440nm附近 的蓝(B)光波长，还由于导致颜色不均勻的干涉光对防反射膜和高折射率膜的厚度敏感。下面将参照图21A所示的结构进行说明。图21A所示的结构表示CXD图像传感器 和CMOS图像传感器等固体摄像器件的普通结构。在半导体基板110上形成的光电二极管111的附近区域中，对各像素，诸如栅极绝 缘膜和栅极电极(未图示)等元件被形成在半导体基板110上。栅极电极被控制以执行包 括传输光电二极管111中累积的信号电荷的处理。例如，例如二氧化硅的底层第一绝缘膜120a被形成在整个表面上，并覆盖在半导 体基板110上形成的包括光电二极管111和栅极电极的元件，以使由栅极电极等元件导致 的不平表面变得平坦。例如，在第一绝缘膜120a上形成有例如氮化硅的第二绝缘膜120b以及例如树脂 的第三绝缘膜120c。在它们上形成有例如氮氧化硅的第四绝缘膜121。例如，在第四绝缘膜121上形成有例如氮化硅的第五绝缘膜122。产生颜色不均勻是由于例如，半导体基板表面处反射的入射光与第四绝缘膜121 和第五绝缘膜122之间的界面处的反射光的光学干涉强度的变化导致的。

发明内容
本发明的发明人已认识到了相关技术的固体摄像器件的问题，具体地，例如在形 成特别具有3μπι以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件中，很难抑制颜色不均勻。根据本发明的实施例，提供一种固体摄像器件，所述固体摄像器件包括半导体基 板，它包括为各个像素分别设置的光电二极管，所述各个像素在光接收面上呈矩阵状布置； 第一绝缘膜，它形成在所述半导体基板上，覆盖着形成在所述半导体基板上并与所述半导 体基板接触的多层布线，其中，所述第一绝缘膜是使用这样的材料形成的所述材料具有至 少在所述第一绝缘膜的底面部分和顶面部分处小于所述半导体基板的折射率的第一折射 率；第二绝缘膜，它形成在所述第一绝缘膜上，并具有大于第一折射率的第二折射率；第三 绝缘膜，它形成在所述第二绝缘膜上，并具有大于第二折射率的第三折射率；以及滤色器， 它以与所述各个像素对应的方式形成在所述第三绝缘膜上，并透射红色、绿色或蓝色波长 区域的光，其中，用于具有红色、绿色或蓝色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或 第二折射率与用于其他像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率不同，以便减小所 述半导体基板的表面处的反射光与所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间的界面处的反 射光以及所述第二绝缘膜和所述第三绝缘膜之间的界面处的反射光之间的光学干涉强度 的变化。 在本发明实施例的固体摄像器件中，多层布线形成在包括为各个像素分别设置的 光电二极管的半导体基板上，并与所述半导体基板接触，所述各个像素在光接收面上呈矩阵状布置。第一绝缘膜使用折射率至少在第一绝缘膜的底面部分和顶面部分处小于半导体 基板的折射率的第一折射率的材料，形成在所述半导体基板上并覆盖着形成在所述多层布 线。大于第一折射率的第二折射率的第二绝缘膜形成在第一绝缘膜上。大于第二折射率的 第三折射率的第三绝缘膜形成在第二绝缘膜上。滤色器以与各像素对应的方式形成在第三 绝缘膜上，并透射红色、绿色或蓝色波长区域的光。用于具有红色、绿色或蓝色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折 射率与用于其他像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率不同，以便减小所述半导 体基板的表面处的反射光与所 述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间的界面处的反射光以 及所述第二绝缘膜和所述第三绝缘膜之间的界面处的反射光之间的光学干涉强度的变化。根据本发明的另一实施例，提供一种制造固体摄像器件的方法，所述方法包括如 下步骤分别为各个像素形成光电二极管，所述各个像素在半导体基板的光接收面上呈矩 阵状布置；在所述半导体基板上形成与所述半导体基板接触的多层布线，并在所述半导体 基板上形成第一绝缘膜，所述第一绝缘膜覆盖所述多层布线，并且所述第一绝缘膜是使用 这样的材料形成的所述材料具有至少在所述第一绝缘膜的底面部分和顶面部分处小于所 述半导体基板的折射率的第一折射率；在所述第一绝缘膜上形成第二绝缘膜，所述第二绝 缘膜具有大于第一折射率的第二折射率；在所述第二绝缘膜上形成第三绝缘膜，所述第三 绝缘膜具有大于第二折射率的第三折射率；以及以与所述各个像素对应的方式在所述第三 绝缘膜上形成滤色器，所述滤色器透射红色、绿色或蓝色的波长区域的光，其中，在形成所 述第二绝缘膜的步骤中，使用于具有红色、绿色或蓝色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的 厚度和/或第二折射率与用于其他像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率不同， 以便减小所述半导体基板的表面处的反射光与所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间的 界面处的反射光以及所述第二绝缘膜和所述第三绝缘膜之间的界面处的反射光之间的光 学干涉强度的变化。在本发明实施例的固体摄像器件的制造方法中，分别为各个像素形成光电二极 管，所述各个像素在所述半导体基板的光接收面上呈矩阵状布置，并在所述半导体基板上 形成与所述半导体基板接触的多层布线。使用折射率至少在第一绝缘膜的底面部分和顶面 部分处小于半导体基板的折射率的第一折射率的材料，在所述半导体基板上形成所述第一 绝缘膜，覆盖所述多层布线。在第一绝缘膜上形成大于第一折射率的第二折射率的第二绝 缘膜。在第二绝缘膜上形成大于第二折射率的第三折射率的第三绝缘膜。以与各像素对应 的方式在第三绝缘膜上形成滤色器，从而透射红色、绿色或蓝色的波长区域的光。在形成所述第二绝缘膜的步骤中，使用于具有红色、绿色或蓝色滤色器的像素的 所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率与用于其他像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或 第二折射率不同，以便减小所述半导体基板的表面处的反射光与所述第一绝缘膜和所述第 二绝缘膜之间的界面处的反射光以及所述第二绝缘膜和所述第三绝缘膜之间的界面处的 反射光之间的光学干涉强度的变化。根据本发明的又一实施例，提供一种设计固体摄像器件的方法，所述固体摄像器 件包括半导体基板，它包括为各个像素分别设置的光电二极管，所述各个像素在光接收面 上呈矩阵状布置；第一绝缘膜，它形成在所述半导体基板上，覆盖着形成在所述半导体基板 上并与所述半导体基板接触的多层布线，所述第一绝缘膜是使用这样的材料形成的所述材料具有至少在所述第一绝缘膜的底面部分和顶面部分处小于所述半导体基板的折射率 的第一折射率；第二绝缘膜，它形成在所述第一绝缘膜上，并具有大于第一折射率的第二折 射率；第三绝缘膜，它形成在所述第二绝缘膜上，并具有大于第二折射率的第三折射率；以 及滤色器，它以与所述各个像素对应的方式形成在所述第三绝缘膜上，并透射红色、绿色或 蓝色波长区域的光，其中，所述方法对所述固体摄像器件进行设计使得，用于具有红色、绿 色或蓝色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率与用于其他像素的所 述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率不同，并且所述半导体基板的表面处的反射光与所 述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间的界面处的反射光以及所述第二绝缘膜和所述第三 绝缘膜之间的界面处的反射光之间的光学干涉强度的变化减小。 采用本发明实施例的固体摄像器件的设计方法设计这样的固体摄像器件，所述固 体摄像器件包括为各个像素分别设置的光电二极管，所述各个像素在半导体基板的光接 收面上呈矩阵状布置；多层布线，它形成在所述半导体基板上并与所述半导体基板接触； 第一绝缘膜，它使用折射率至少在所述第一绝缘膜的底面部分和顶面部分处小于所述半导 体基板的折射率的第一折射率的材料形成在所述半导体基板上，覆盖所述多层布线；第二 绝缘膜，它形成在所述第一绝缘膜上，并具有大于第一折射率的第二折射率；第三绝缘膜， 它形成在所述第二绝缘膜上，并具有大于第二折射率的第三折射率；以及滤色器，它以与所 述各个像素对应的方式形成在所述第三绝缘膜上，并透射红色、绿色或蓝色波长区域的光。 所述固体摄像器件被设计成使得，用于具有红色、绿色或蓝色滤色器的像素的所述第二绝 缘膜的厚度和/或第二折射率与用于其他像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率 不同，并且所述半导体基板的表面处的反射光与所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间的 界面处的反射光以及所述第二绝缘膜和所述第三绝缘膜之间的界面处的反射光之间的光 学干涉强度的变化减小。根据本发明的再一实施例，提供一种电子装置，所述电子装置包括固体摄像器 件；光学系统，它将入射光引导至所述固体摄像器件的摄像部；以及信号处理电路，它处理 所述固体摄像器件的输出信号。所述固体摄像器件包括半导体基板，它包括为各个像素分 别设置的光电二极管，所述各个像素在光接收面上呈矩阵状布置；第一绝缘膜，它形成在所 述半导体基板上，覆盖着形成在所述半导体基板上并与所述半导体基板接触的多层布线， 所述第一绝缘膜是使用这样的材料形成的所述材料具有至少在所述第一绝缘膜的底面部 分和顶面部分处小于所述半导体基板的折射率的第一折射率；第二绝缘膜，它形成在所述 第一绝缘膜上，并具有大于第一折射率的第二折射率；第三绝缘膜，它形成在所述第二绝缘 膜上，并具有大于第二折射率的第三折射率；和滤色器，它以与所述各个像素对应的方式形 成在所述第三绝缘膜上，并透射红色、绿色或蓝色波长区域的光，其中，用于具有红色、绿色 或蓝色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率与用于其他像素的所述 第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率不同，以便减小所述半导体基板的表面处的反射光与 所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间的界面处的反射光以及所述第二绝缘膜和所述第 三绝缘膜之间的界面处的反射光之间的光学干涉强度的变化。本发明实施例的电子装置包括固体摄像器件、将入射光引导至固体摄像器件的摄 像部的光学系统以及处理固体摄像器件的输出信号的信号处理电路。固体摄像器件包括为各个像素分别设置的光电二极管，所述各个像素在半导体基板的光接收面上呈矩阵状布置；多层布线，它形成在所述半导体基板上并与所述半导体 基板接触；第一绝缘膜，它使用折射率至少在所述第一绝缘膜的底面部分和顶面部分处小 于所述半导体基板的折射率的第一折射率的材料形成在所述半导体基板上，覆盖所述多层 布线；第二绝缘膜，它形成在所述第一绝缘膜上，并具有大于第一折射率的第二折射率；第 三绝缘膜，它形成在所述第二绝缘膜上，并具有大于第二折射率的第三折射率；以及滤色 器，它以与所述各个像素对应的方式形成在所述第三绝缘膜上，并透射红色、绿色或蓝色波 长区域的光。用于具有红色、绿色或蓝色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折 射率与用于其他像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率不同，以便减小所述半导 体基板的表面处的反射光与所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间的界面处的反射光以 及所述第二绝缘膜和所述第三绝缘膜之间的界面处的反射光之间的光学干涉强度的变化。 利用本发明实施例的固体摄像器件，可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强 度中的变化，从而抑制例如形成特别具有3μπι以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像 器件中的颜色不均勻。利用本发明实施例的固体摄像器件的制造方法，可以制造例如形成特别具有3μπι 以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件，在该固体摄像器件中可以减小光接收面上 的入射光的光学干涉强度中的变化，以抑制颜色不均勻。利用本发明实施例的固体摄像器件的设计方法，可以设计例如形成特别具有3μπι 以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件，在该固体摄像器件中可以减小光接收面上 的入射光的光学干涉强度中的变化，以抑制颜色不均勻。利用本发明实施例的电子装置，可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中 的变化，从而抑制例如形成特别具有3 μ m以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件 中的颜色不均勻。


图1为本发明第一实施例的固体摄像器件的截面图。图2为说明有关本发明第一实施例的固体摄像器件的颜色不均勻的图。图3为表示本发明第一实施例的固体摄像器件中的感应强度与底层第二绝缘膜 的厚度之间的关系的图。图4A和图4B为说明第一实施例的固体摄像器件的制造方法中的制造步骤的截面 图。图5A和图5B为说明第一实施例的固体摄像器件的制造方法中的制造步骤的截面 图。图6为表示本发明第二实施例的固体摄像器件中的感应强度与底层第二绝缘膜 的厚度之间的关系的图。图7为表示本发明第二实施例的固体摄像器件中的感应强度与底层第二绝缘膜 的厚度之间的关系的图。图8为表示本发明第二实施例的固体摄像器件中的感应强度与底层第二绝缘膜 的厚度之间的关系的图。
图9为表示本发明第二实施例的固体摄像器件中的感应强度与底层第二绝缘膜 的厚度之间的关系的图。图10为表示本发明第二实施例的固体摄像器件中的感应强度与底层第二绝缘膜 的厚度之间的关系的图。图11为本发明第三实施例的固体摄像器件的像素的截面图。图12A和图12B为说明第三实施例的固体摄像器件的制造方法中的制造步骤的截 面图。图13A和图13B为说明第三实施例的固体摄像器件的制造方法中的制造步骤的截 面图。图14为本发明第四实施例的固体摄像器件的像素的截面图。图15为表示本发明第四实施例的固体摄像器件中的感应强度与底层第二绝缘膜 的 厚度之间的关系的图。图16为本发明第四实施例的固体摄像器件的像素的截面图。图17为说明用于设计本发明第五实施例的固体摄像器件中的第三绝缘膜的厚度 的方法的图。图18为说明用于设计本发明第五实施例的固体摄像器件中的第三绝缘膜的厚度 的方法的图。图19为本发明第七实施例的电子装置的示意图。图20A为相关技术的固体摄像器件的截面图；图20B和图20C为表示具有图20A 的结构的传感器的感应强度的厚度依赖性的图。图21A为相关技术的固体摄像器件的截面图；图21B为表示具有图21A的结构的 传感器的感应强度的厚度依赖性的图。图22为表示灵敏度相对于对红(R)、绿(G)以及蓝⑶的单元间距的图。
具体实施例方式在下文中，将参照附图对本发明的固体摄像器件、固体摄像器件的制造方法和设 计方法以及电子装置的实施例加以说明。按照以下的顺序进行说明。1.第一实施例(对RGB的第二绝缘膜的厚度不同)2.第二实施例(第二绝缘膜的厚度范围)3.第三实施例(作为层叠绝缘膜的第二绝缘膜)4.第四实施例(对B的第二绝缘膜的厚度与对R或G的第二绝缘膜的厚度相同)5.第五实施例(固体摄像器件的设计方法)6.第六实施例(固体摄像器件的设计方法)7.第七实施例(在电子装置中的应用)第一实施例固体摄像器件的结构图1为本实施例的固体摄像器件的像素的截面图。该图表示分别接收例如红色、绿色以及蓝色区域波长的红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素⑶。例如，红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素⑶分别接收620nm、550nm以及440nm 的波长。对半导体基板10的各像素形成有光电二极管11，并且在与光电二极管11相邻 的区域中的半导体基板10上形成有例如二氧化硅的栅极绝缘膜以及例如多晶硅的栅极电 极。例如，形成有用于传输光电二极管中累积的信号电荷的晶体管。在本实施例中，将光电二极管也称为传感器，并且将光电二极管的输出强度也称 为感应强度。例如，在整个表面上形成例如二氧化硅(折射率为1. 45)的底层第一绝缘膜20a， 覆盖在半导体基板10上形成的包括光电二极管11和晶体管(未图示)的元件，从而使由 例如晶体管的栅极电极等元件导致的不平表面变得平坦。例如，在底层第一绝缘膜20a上形成有例如具有紫外线吸收性的氮化硅(折射率 为2.0)的中间层第一绝缘膜20b。在中间层第一绝缘膜20b上形成有例如耐热性热固性的丙烯酸树脂 (heat-resistance heat-curable acrylic resin，JSS 由 JSR 公司生产)等树月旨(折射率 为1. 5)的顶层第一绝缘膜20c，用来使厚度台阶平坦化。底层第一绝缘膜20a、中间层第一绝缘膜20b以及顶层第一绝缘膜20c层叠，构成 第一绝缘膜20。至少形成上述第一绝缘膜20的底面部分和顶面部分的材料具有比半导体 基板10的折射率小的折射率(第一折射率)。具体地，底面部分由例如二氧化硅等材料形成，顶面部分由例如树脂等材料形成， 两种材料的折射率都小于硅的半导体基板10的折射率。第一折射率的材料可以与底面部 分和顶面部分的材料相同或不同。使用例如氮氧化硅(折射率为1. 6)，利用等离子体CVD (ChemicalVapor Deposition 化学气相淀积)等方法在第一绝缘膜20上形成一般称为防反射膜的第二绝缘 膜21。例如，在第二绝缘膜21上形成有例如氮化硅(折射率为2.0)的第三绝缘膜22作 为保护膜。在第三绝缘膜22上形成有用于各像素的透射例如红(R)色、绿(G)色或蓝⑶色 区域的波长的光的滤色器(23B、23G、23R)。在滤色器(23B、23G、23R)上形成有片上透镜24。如上所述，对在半导体基板10的光接收面上呈矩阵状设置的各像素分别形成有 光电二极管11。在半导体基板10上形成有与半导体基板10接触的多层布线(未图示)，并且对至 少第一绝缘膜20的底面部分和顶面部分采用折射率小于半导体基板10的折射率的第一折 射率的材料，第一绝缘膜20形成在半导体基板10上以覆盖多层布线。折射率(第二折射率)大于第一折射率的第二绝缘膜21形成在第一绝缘膜20上。 折射率(第三折射率)大于第二折射率的第三绝缘膜22形成在第二绝缘膜21上。 与各像素对应且允许红色、绿色或蓝色区域的波长的光通过的滤色器(23R、23G、 23B)形成在第三绝缘膜22上。用于具有红色、绿色和蓝色滤色器(23R、23G、23B)中任一种滤色器的像素的第二绝缘膜21的厚度与用于其他像素的第二绝缘膜21的厚度不同。具体地，例如，如图1所示，对红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素(B)，第二绝缘膜 21分别具有不同厚度TR、TG以及TB。对红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素(B)，采用共用 的氮氧化硅(折射率为1. 6)来形成第二绝缘膜21。如上述构成的第二绝缘膜21在下述方 面发挥作用。在半导体基板10的表面处的反射光与在第一绝缘膜20和第二绝缘膜21的界面 处的反射光以及第二绝缘膜21和第三绝缘膜22的界面处的反射光，发生光学干涉。发生颜色不均勻是由光学干涉强度改变引起的。颜色不均勻可以通过减小光学干 涉强度中的这种变化得到抑制。在本实施例中，按下述方式确定第二绝缘膜21的厚度以减小光学干涉强度的厚 度依赖性。如上所述，如图1所示，第二绝缘膜21的表面具有台阶差，并且第三绝缘膜22使 台阶差平坦化。第三绝缘膜22充分大于第二绝缘膜21的台阶差，因此能够通过提供平坦 表面来吸收台阶差的负面影响。相关技术的固体摄像器件被构成为根据例如550nm的光来优化第二绝缘膜21的 厚度。然而，如上所述，该器件不足以减少颜色不均勻。图2为说明颜色不均勻的图。该图表示红像素(R)和绿像素(G)的感应强度的厚 度依赖性。图2表示在第二绝缘膜21被设定为预定厚度值的条件下，对于用于接收550nm光 的绿像素(实线a)和接收620nm光的红像素(虚线b)，感应强度相对于中间层第一绝缘膜 20b的厚度的图。可以看到，感应强度随中间层第一绝缘膜20b的厚度的改变而周期性变化，并因 此可以将中间层第一绝缘膜20b设定成使感应强度最大的厚度。另外，从图2可以看到，感应强度的相位和振幅根据波长变化。具体地，对绿像素 (G)(实线a)，最大感应强度处的点X是最佳厚度，但对红像素(R)(虚线b)，X处不是最佳厚度。因此，难以确定对绿像素(G)和红像素(R)来说都最佳的第二绝缘膜21的厚度。在本实施例中，通过精确地估算具有3μπι以下的精细单元间距的固体摄像器件 中的对各波长的光入射特性，来确定第二绝缘膜21的厚度或厚度范围。具体地，通过基于形成固体摄像器件的膜的输入厚度和折射率计算传感部的入射 光强度，来满足光特性的要求。在此，光特性的要求是减小光学干涉强度中的变化，具体地， 使光学干涉强度的厚度依赖性最小。在本实施例中，对各红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素⑶设定第二绝缘膜21的厚度。例如，在改变对第二绝缘膜21设定的厚度值的情况下，通过仿真确定感应强度随 中间层第一绝缘膜20b的厚度在实际工艺变化范围内的改变的变化。仿真结果随后被用于 设定第二绝缘膜21的厚度。图3表示当第二绝缘膜21的厚度从40nm变化到330nm时，红像素(R)和绿像素 (G)的感应强度与中间层第一绝缘膜20b的厚度之间的关系。
横轴表示作为工艺变化的代表示例的中间层第一绝缘膜20b的厚度。在图3中， 由R和G表示的线分别为在第二绝缘膜21的厚度改变的情况下，对红像素和绿像素的绘制 值(plotted values)。中间层第一绝缘膜20b厚度的变化将改变反射光的干涉条件。从图3中可以看出， 感应强度的厚度依赖性具有根据绝缘膜厚度的周期性，并且，振幅随第二绝缘膜21的厚度 改变。 如图中所示，在具有精细单元间距的器件中，感应强度对厚度的响应灵敏。如图3 所示，感应强度对红像素和绿像素的响应不同。具体地，需要根据入射光波长来确定第二绝 缘膜21的厚度。在图3中，期望具有恒定不变的传感器输出。恒定传感器输出意味着相对于绝缘 膜中的工艺变化的恒定感应强度。从这个角度参考该附图，当第二绝缘膜21的厚度对红像素(R)的波长优选lOOnm， 对绿像素(G)的波长优选40nm时，感应强度稳定。对于蓝像素(B)，第二绝缘膜21的优选厚度为180nm。在本实施例中，对红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素(B)，第二绝缘膜21的厚度 分别被设定为lOOnm、40nm以及180nm。这些厚度不同于专利文献1中提出的厚度。此外，上述结构自身不同于专利文献3中提出的结构，专利文献3中提出按波长的 顺序，具体按照红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素⑶的顺序减小厚度。随着单元尺寸的最小化以及入射光接近相干，确定用于各波长的厚度是很重要 的。根据本实施例的固体摄像器件，可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度的 变化，从而抑制例如形成特别是单元间距为3μπι以下的彩色图像的一代固体摄像器件中 的颜色不均勻。固体摄像器件的制造方法下面参照图4Α和图4Β以及图5Α和图5Β对本实施例的固体摄像器件的制造方法 加以说明。首先，如图4Α所示，例如，在硅半导体基板10上形成用于各像素的光电二极管 (未图示)，并在与光电二极管相邻的区域上形成包括例如二氧化硅的栅极绝缘膜和例如 多晶硅的栅极电极的晶体管以及例如上层布线(未图示)等其他元件。然后，例如利用高密度等离子体CVD法通过覆盖晶体管和其他元件在半导体基板 10的整个表面上形成例如二氧化硅的底层第一绝缘膜20a。由晶体管和上层布线等(未图 示)导致的不平表面随后被平坦化。之后，例如利用CVD法在底层第一绝缘膜20a上形成例如具有紫外线吸收性的氮 化硅的中间层第一绝缘膜20b。之后，在中间层第一绝缘膜20b上涂敷例如耐热性热固性的 丙烯酸树脂等树脂，形成顶层第一绝缘膜20c，以平坦厚度台阶差。底层第一绝缘膜20a、中间层第一绝缘膜20b以及顶层第一绝缘膜20c以这种方式 层叠形成第一绝缘膜20。之后，利用例如等离子体CVD法等方法，在第一绝缘膜20上沉积厚度为ISOnm的氮氧化硅，形成第二绝缘膜21。 然后，如图4B所示，把保护蓝像素⑶区域和红像素(R)区域的光致抗蚀剂膜rai 图形化，并且利用采用氟气的等离子体蚀刻法来减小绿像素(G)区域中的第二绝缘膜21的厚度。例如，第二绝缘膜21被蚀刻掉60nm，厚度减小到120nm。除去光致抗蚀剂膜rai，并如图5A所示，把保护蓝像素(B)区域的光致抗蚀剂膜 PR2图形化，并且利用采用氟气的等离子蚀刻法来减小绿像素(G)和红像素(R)区域中的第 二绝缘膜21的厚度。例如，第二绝缘膜21被蚀刻掉80nm，使绿像素区域中的厚度减小到40nm，并使红 像素(R)区域中的厚度减小到lOOnm。蓝像素⑶中的厚度保持180nm。之后，如图5B所示，除去光致抗蚀剂膜PR2。因此，在红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素(B)中的第二绝缘膜21的厚度分别为 100nm、40nm 以及 180nm。接下来，例如，利用例如CVD法等方法在第二绝缘膜21上沉积氮化硅以形成作为 保护膜的第三绝缘膜22。之后，例如，对各像素形成透射红(R)色、绿(G)色或蓝(B)色区域波长的光的滤 色器(23B、23G、23R)，并在滤色器(23B、23G、23R)上形成片上透镜24。利用本实施例的固体摄像器件的制造方法，可以制造例如形成特别具有3μπι以 下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件，在该固体摄像器件中，可以减小光接收面上 的入射光的光学干涉强度中的变化，以抑制颜色不均勻。本实施例的固体摄像器件的制造方法仅在相关技术的制造方法上增加了干式蚀 刻步骤，因此对于制造时间的影响非常有限。增加的步骤带来的影响为全部制造步骤的1%。在本实施例中，考虑硅半导体界面以及高折射率的中间层第一绝缘膜20b的厚度 中的变化，对光学干涉强度对第二绝缘膜21厚度的依赖性进行检测。但本发明不限于此， 可以适当选择用于检验光学干涉强度中的改变的膜。另外，在图3中，小的振幅用作确定第二绝缘膜21厚度的参数。但本发明不限于 此。此外，除等离子体蚀刻外，还可以采用各种工艺来获得第二绝缘膜21所需要的厚度。另外，本发明不限于上述结构，并且能够通过对本实施例的固体摄像器件增加各 种结构来获得包括诸如CCD图像传感器和CMOS图像传感器等摄像器件的工艺稳定器件。本发明也可用于具有与上述结构不同的光学系统或层结构的固体摄像器件。例 如，本发明可用于具有层内透镜的结构。无需按这种顺序包括所有的底层第一绝缘膜20a、中间层第一绝缘膜20b、顶层第 一绝缘膜20c以及第三绝缘膜22。层结构可以适当变化，只要至少底面和顶面的折射率(第 一折射率)小于半导体基板的折射率的第一绝缘膜、第二折射率大于第一折射率的第二绝 缘膜以及第三折射率大于第二折射率的第三绝缘膜被层叠到半导体基板上。在这种结构中，基于有意抑制光学干涉强度的变化的仿真结果来设定第二绝缘膜的厚度。本实施例中说明了这样的结构在该结构中，用于具有红色、绿色以及蓝色滤色器(23R、23G、23B)中任一种滤色器的像素的第二绝缘膜21的厚度与用于其他像素的第二绝 缘膜21的厚度不同。但发明不限于此，只要能够减小光学干涉强度的变化，用于具有红色、绿色以及蓝 色滤色器(23R、23G、23B)中的一种滤色器的像素的第二绝缘膜21的折射率可以与用于其 他像素的第二绝缘膜21的折射率不同。也可以具有这样的结构，即，用于具有红色、绿色以 及蓝色滤色器(23R、23G、23B)中任一种滤色器的像素的第二绝缘膜21的厚度和/或第二 折射率与用于其他像素的第二绝缘膜21的厚度和/或第二折射率不同。第二实施例固体摄像器件的结构本实施例的固体摄像器件基本上与第一实施例的相同。图6表示在第二绝缘膜21的厚度在40nm 455nm的范围内改变时，红像素(R) 的感应强度与中间层第一绝缘膜20b的厚度之间的关系。图7表示在第二绝缘膜21的厚度在40nm 455nm的范围内改变时，绿像素(G) 的感应强度与中间层第一绝缘膜20b的厚度之间的关系。图8表示在第二绝缘膜21的厚度在5nm 40nm的范围内改变时，绿像素(G)的 感应强度与中间层第一绝缘膜20b的厚度之间的关系。图9表示在第二绝缘膜21的厚度在40nm 455nm的范围内改变时，蓝像素(B) 的感应强度与中间层第一绝缘膜20b的厚度之间的关系。图10表示在第二绝缘膜21的厚度在5nm 40nm的范围内改变时，蓝像素(B)的 感应强度与中间层第一绝缘膜20b的厚度之间的关系。参照图7可以看出，对于第二绝缘膜21的不同厚度，感应强度对中间层第一绝缘 膜20b的厚度依赖性可以分为三类。第一类感应强度几乎没有厚度依赖性；第二绝缘膜21的厚度为40nm。第二类第二绝缘膜21的厚度为80、100、250nm。第三类第二绝缘膜21的厚度为120、160、180、300、330nm。在这三类中，从感应强度的稳定性看，纵轴相对横轴的变化程度在第一类中最稳 定，并且稳定性按照第一类、第二类、第三类的顺序递减。因此，对于绿像素(G)，厚度范围为45 105nm以及400 410nm的第二绝缘膜 21对工艺变化稳定。类似地，对于红像素(R)，第二绝缘膜21对工艺变化的稳定厚度的范围为70 130nm，在这个范围外，感应强度变得不稳定。为了制造对工艺变化的稳定器件，用于红像素 (R)的第二绝缘膜21的厚度范围为70nm 130nm。另外，为了制造对工艺变化的稳定器件，用于蓝像素(B)的第二绝缘膜21的厚度 范围为20nm 80nm以及160nm 250nm。通过观察相对工艺变化的20 140nm的稳定厚度范围，对全部蓝像素(B)、绿像素 (G)以及红像素(R)，相对工艺变化的稳定厚度出现在60nm的范围内，并且厚度范围的最小 值和最大值对各不同波长有偏差。
可以看出，相对于 蓝像素(B)的稳定厚度范围20nm 80nm，应该对绿像素(G)和 红像素(R)分别设定稳定厚度范围45nm 105nm和70nm 130nm。例如，用于红像素(R)的第二绝缘膜21的厚度与用于绿像素(G)的第二绝缘膜21 的厚度差为红光波长/4-绿光波长/4。用于绿像素(G)的第二绝缘膜21的厚度与用于蓝像素⑶的第二绝缘膜21的厚 度差为绿光波长/4-蓝光波长/4。红光波长/4与绿光波长/4之间的差以及红光波长/4与绿光波长/4之间的差大 约为25nm。可以通过对蓝像素⑶的稳定厚度范围20 SOnm增加25nm来获得对绿像素 (G)的优选厚度范围45 105nm。以同样的方式，可以通过对绿像素(G)的优选厚度范围 45 105nm增加25nm来获得对红像素(R)的优选厚度范围70 130nm。各颜色的优选厚度落在60nm的范围内。在本实施例中，对蓝像素、绿像素以及红像素，第二绝缘膜21的材料相同。然而， 只要可以实现与硅半导体基板的预定折射率差(例如，0. 2以上)，对各颜色，第二绝缘膜21 的材料可以不同。在这种情况下，最大值与最小值偏移一个差值，该差值相当于(绿光波长/4-蓝光 波长/4)与折射率的乘积。具体地，对用于绿像素(G)的厚度，厚度范围在如下范围内蓝 像素(B)厚度范围的最小值+ (绿光波长/4-蓝光波长/4)*N(用于绿像素(G)的第三绝缘 膜的折射率) 绿像素(G)厚度范围的最小值+60nm。在第二实施例中，第二绝缘膜21的厚度范围被设定为使得，例如通过允许在更广 范围内设定器件变化和工艺条件，可以更广泛地限定相对工艺变化的稳定器件结构。利用本实施例的固体摄像器件，可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中 的变化，从而抑制例如形成特别具有3 μ m以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件 中的颜色不均勻。第三实施例固体摄像器件的结构图11为本实施例的固体摄像器件的像素的截面图。第二绝缘膜21被构造为三层的层叠结构底层第二绝缘膜21a、中间层第二绝缘 膜21b以及顶层第二绝缘膜21c。其他结构基本上与第一实施例的固体摄像器件相同。利用本实施例的固体摄像器件，可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中 的变化，从而抑制例如形成特别具有3 μ m以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件 中的颜色不均勻。底层第二绝缘膜21a、中间层第二绝缘膜21b以及顶层第二绝缘膜21c可以由同种 材料形成，或者采用部分或完全不同的材料形成这三层膜。例如，通过采用具有不同折射率 的材料，可以对各不同颜色调整第二绝缘膜21的折射率。固体摄像器件的制造方法下面参照图12A和图12B以及图13A和图13B对本实施例的固体摄像器件的制造 方法加以说明。首先，如图12A所示，进行第一实施例中说明的步骤，直至形成第一绝缘膜20。
然后，利用例如等离子体CVD法等方法，在第一绝缘膜20上沉积厚度为SOnm的氮 氧化硅，以形成底层第二绝缘膜21a。之后，如图12B所示，把保护蓝像素(B)区域的光致抗蚀剂膜图形化，并利用采用 氟气的等离子体蚀刻法除去红像素(R)和绿像素(G)区域的底层第二绝缘膜21a。因此，80nm厚的底层第二绝缘膜21a保留在蓝像素⑶区域中。之后，如图13A所示，利用例如等离子体CVD法等方法，在第一绝缘膜20和底层第 二绝缘膜21a上沉积厚度为60nm的氮氧化硅，形成中间层第二绝缘膜21b。 其后，如图13B所示，把保护蓝像素⑶区域和红像素(R)区域的光致抗蚀剂膜图 形化，并利用使用氟气的等离子体蚀刻法除去绿像素(G)区域的中间层第二绝缘膜21b。因此，60nm厚的中间层第二绝缘膜21b保留在蓝像素⑶区域和红像素(R)区域 中。在蓝像素(B)区域中，底层第二绝缘膜21a和中间层第二绝缘膜21b共同形成140nm 厚的膜。之后，利用例如等离子体CVD法等方法，在第一绝缘膜20和中间层第二绝缘膜21b 上沉积厚度为40nm的氮氧化硅，形成顶层第二绝缘膜21c。因此，在蓝像素(B)区域中，底层第二绝缘膜21a、中间层第二绝缘膜21b以及顶层 第二绝缘膜21c共同形成厚度TB为ISOnm的膜。在红像素(R)区域中，中间层第二绝缘膜21b和顶层第二绝缘膜21c共同形成厚 度TR为IOOnm的膜。在绿像素(G)区域中，顶层第二绝缘膜21c的厚度TG为40nm。底层第二绝缘膜21a、中间层第二绝缘膜21b以及顶层第二绝缘膜21c以层叠的方 式形成第二绝缘膜21。接着，例如，利用例如等离子体CVD法等方法，在第二绝缘膜21上沉积氮化硅，形 成作为保护膜的第三绝缘膜22。之后，例如，对各像素形成透射红(R)色、绿(G)色或蓝⑶色区域的波长的光的 滤色器(23B、23G、23R)，并在滤色器(23B、23G、23R)形成片上透镜24。其他部分的制造方法基本上与第一实施例中说明的固体摄像器件的制造方法相 同。利用本实施例的固体摄像器件的制造方法，可以制造例如形成特别具有3μπι以 下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件，在该固体摄像器件中可以减小光接收面上的 入射光的光学干涉强度中的变化，以抑制颜色不均勻。底层第二绝缘膜21a、中间层第二绝缘膜21b以及顶层第二绝缘膜21c可以由同种 材料形成，或者采用部分或完全不同的材料形成这三层膜。例如，通过采用具有不同折射率 的材料，可以对各不同颜色调整第二绝缘膜21的折射率。第四实施例固体摄像器件的结构图14为本实施例的固体摄像器件的像素的截面图。在本实施例中，用于红像素(R)的第二绝缘膜21的厚度TR与用于蓝像素⑶的 第二绝缘膜21的厚度TB相同。用于绿像素(G)的第二绝缘膜21的厚度TG与用于红像素 (R)的第二绝缘膜21的厚度TR以及用于蓝像素(B)的第二绝缘膜21的厚度TB不同。
例如，对红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素(B)，第二绝缘膜21的厚度分别被设 定为 100nm、40nm 以及 lOOnm。其他结构基本上与第一实施例的固体摄像器件相同。图15表示在第二绝缘膜21的厚度在40nm 330nm范围内改变时，蓝像素(B)的 感应强度与中间层第一绝缘膜20b的厚度之间的关系。由于蓝像素(B)的感应强度对中间层第一绝缘膜20b的厚度依赖性不像绿像素 (G)或红像素(R)的那样大，所以在第二绝缘膜21中，可以把对蓝像素⑶的厚度TB和对 红像素(R)的厚度TR设定为相同的厚度。在本实施例中，与第三实施例中相同，第二绝缘膜21可以为多层的层叠结构，并 可以对这些层采用不同的材料。这样，可以调整用于各颜色的像素的第二绝缘膜21的折射 率，并且可以选择具有最佳折射率的膜的种类。利用本实施例的固体摄像器件，可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中 的变化，从而抑制例如形成特别具有3 μ m以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件 中的颜色不均勻。除了第二绝缘膜21被形成为对红像素(R)和蓝像素(B)具有相同的厚度TR和TB 之外，可以用基本 上与第一实施例相同的方法制造固体摄像器件。利用本实施例的固体摄像器件的制造方法，可以制造例如形成特别具有3μπι以 下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件，在该固体摄像器件中可以减小光接收面上的 入射光的光学干涉强度中的变化，以抑制颜色不均勻。通过以相同厚度形成用于蓝像素⑶和红像素(R)的第二绝缘膜21，可以减少处 理步骤，并简化固体摄像器件的制造方法。变形例图16为上述第四实施例的变形例的固体摄像器件的像素的截面图。在该实施例中，用于绿像素(G)的第二绝缘膜21的厚度TG与用于蓝像素(B)的 第二绝缘膜21的厚度TB相同。用于红像素(R)的第二绝缘膜21的厚度TR不同于用于绿 像素(G)的第二绝缘膜21的厚度TG以及用于蓝像素(B)的第二绝缘膜21的厚度ΤΒ。例如，对红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素⑶，第二绝缘膜21的厚度分别被设 定为 100nm、40nm 以及 40nm。其他结构基本上与上述第四实施例的固体摄像器件相同。如上所述，由于蓝像素(B)的感应强度对中间层第一绝缘膜20b的厚度依赖性不 像绿像素(G)或红像素(R)的那样大，所以在第二绝缘膜21中，能够把对蓝像素⑶的厚 度TB和对绿像素(G)的厚度TG设定为相同厚度。利用本实施例的固体摄像器件，可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中 的变化，从而抑制例如形成特别具有3 μ m以下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件 中的颜色不均勻。除了第二绝缘膜21被形成为对绿像素(G)和蓝像素(B)具有相同的厚度TG和TB 夕卜，可以用基本上与第一实施例相同的方法制造固体摄像器件。利用本实施例的固体摄像器件的制造方法，可以制造例如形成特别具有3μπι以 下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件，在该固体摄像器件中可以减小光接收面上的入射光的光学干涉强度中的变化，以抑制颜色不均勻。通过以相同厚度形成用于蓝像素⑶和绿像素(G)的第二绝缘膜21，可以减少处 理步骤，并可以简化固体摄像器件的制造方法。

第五实施例固体摄像器件的设计方法本实施例为上述实施例的固体摄像器件的设计方法。固体摄像器件的结构与上述第一 第四实施例中所述的相同。根据本实施例的设计方法，固体摄像器件被设计成使得，用于具有红色、绿色以及 蓝色滤色器中任一种滤色器的像素的第二绝缘膜21的厚度和/或第二折射率与用于其他 像素的第二绝缘膜21的厚度和/或第二折射率不同。该器件按如下的方式设计，以减小半导体基板10的表面处的反射光与第一绝缘 膜20和第二绝缘膜21之间的界面处的反射光以及第二绝缘膜21和第三绝缘膜22之间的 界面处的反射光之间的光学干涉强度中的变化。具体地，例如，按如下方式设计该器件。下述参数被设计成使在下列方程式(1) (3)中的由光电二极管接收到的光强度 Φ2最大，并使振幅Φ最小。用于红像素的第二绝缘膜的厚度&和第二折射率Nr用于绿像素的第二绝缘膜的厚度Xg和第二折射率Ng用于蓝像素的第二绝缘膜的厚度Xb和第二折射率Nb从半导体基板到滤色器底部除第二绝缘膜外的所有层的厚度Xi和折射率Ni除第二绝缘膜外包括半导体基板在内的层的层数T利用这些参数，确定使光强度Φ2最大且使振幅Φ最小的&、Nr、Xg、Ng、Xb以及 Nb的值。φ2 - KlfiXi * Ni)* (Xr * Nr) ... (1)φ2 =^fiX^N1)*(Xg*Ng) , . . (2)φ2 = z;;f /(X1 * N t)*(Xb* Nb) ... (3)在方程式(1) (3)中，f为预定函数，例如可以按由下列方程式(Ia) (3a)表 示的方法处理。φ2 =^iXi*... (la)φ2 = IiZdXl* Nl^iXg* Ng) ... (2 a)Φ2 = Kl (Xi* N1)* (Xb* Nb) · · . (3a)例如，该器件被设计成，优选通过从包括从半导体基板到滤色器底部除第二绝缘 膜外的所有层的层中排除折射率比预定值小的层，使方程式(1) (3)中的光强度Φ2最 大，使振幅Φ最小。可以适当选择折射率的预定值，并且具有低折射率且仅有很小的影响的膜的排除 使仿真的执行更容易。本实施例的固体摄像器件被构成为，至少底面部分和顶面部分处的折射率小于半 导体基板的折射率的第一绝缘膜被形成在半导体基板上，并且，折射率大于第一绝缘膜的 底面部分和顶面部分处的折射率的第二绝缘膜被形成在第一绝缘膜上。
由于作为低折射率绝缘膜、高折射率绝缘膜以及第二绝缘膜的厚度总和计算的器 件的总厚度是光路长度φ，所以使对各入射波长的振幅最小的第二绝缘膜21的厚度由方程 式(1) (3)或方程(Ia) (3a)确定。厚度和折射率被由此确定而制造的器件具有强的感应强度，对层间绝缘膜不具有 厚度依赖性，也不存在颜色不均勻。在本实施例中，对于各红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素(B)，对厚度和折射率进 行了优化。然而，改变用于各像素的厚度和折射率不是必需的，并且，当对膜的类型存在限 制或取决于处理条件时，可以采用相同类型的膜。

在这种情况下，器件可以被制成包括对红像素(R)和蓝像素(B)具有相同膜类型 或相同厚度的第二绝缘膜21。在本实施例中，图中的小振幅被用作确定第二绝缘膜的厚度的参数。然而，可以通 过解出感应强度-厚度函数，例如从各红像素(R)、绿像素(G)以及蓝像素(B)的感应强度 的局部最大点确定厚度。图17和图18表示当第二绝缘膜21的厚度被设定为预定值时，感应强度对用于接 收550nm光(实线a)的绿像素的中间层第一绝缘膜20b和对用于接收620nm光(虚线b) 的红像素的中间层第一绝缘膜20b的厚度依赖性。例如，如图17所示，Xl和X2可以分别看作对绿像素(G)和红像素(R)的最佳厚度。当带来图中局部最大值的厚度靠近时，可以采用相同的厚度值。具体地，如图18 所示，当图中的曲线在相同相位时，可以认为带来局部最大值的厚度相同。利用本实施例的固体摄像器件的设计方法，可以设计例如形成特别具有3μπι以 下单元间距的彩色图像的一代固体摄像器件，在该固体摄像器件中可以减小光接收面上的 入射光的光学干涉强度中的变化，以抑制颜色不均勻。第六实施例本实施例为上述实施例的固体摄像器件的设计方法。固体摄像器件的结构与在上述第一 第四实施例中说明的相同。根据本实施例的设计方法，固体摄像器件被设计成使得，用于具有红色、绿色以及 蓝色滤色器中任一种滤色器的像素的第二绝缘膜21的厚度和/或第二折射率与用于其他 颜色的像素的第二绝缘膜21的厚度和/或第二折射率不同。该器件按如下的方式设计，以减小半导体基板10的表面处的反射光与第一绝缘 膜20和第二绝缘膜21之间的界面处的反射光以及第二绝缘膜21和第三绝缘膜22之间的 界面处的反射光之间的光学干涉强度中的变化。具体地，例如，按如下方式设计该器件。下述参数被设计成使在下列方程式(4) (6)中的由光电二极管接收到的光学干 涉强度I最小。用于红像素的第二绝缘膜的厚度&和第二折射率Nr红光的波长Xr用于绿像素的第二绝缘膜的厚度Xg和第二折射率Ng绿光的波长λ g
用于蓝像素的第二绝缘膜的厚度Xb和第二折射率Nb蓝光的波长Xb从半导体基板到滤色器底部除第二绝缘膜外的所有层的厚度Xi和折射率Ni除第二绝缘膜外包括半导体基板在内的层的层数T利用这些参数，确定使光学干涉强度I最小的&、Nr、Xg、Ng、Xb以及Nb的值。
权利要求
1.一种固体摄像器件，所述固体摄像器件包括半导体基板，它包括为各个像素分别设置的光电二极管，所述各个像素在光接收面上 呈矩阵状布置；第一绝缘膜，它形成在所述半导体基板上，覆盖着形成在所述半导体基板上并与所述 半导体基板接触的多层布线，并且所述第一绝缘膜是使用这样的材料形成的所述材料具 有至少在所述第一绝缘膜的底面部分和顶面部分处小于所述半导体基板的折射率的第一 折射率；第二绝缘膜，它形成在所述第一绝缘膜上，并具有大于第一折射率的第二折射率；第三绝缘膜，它形成在所述第二绝缘膜上，并具有大于第二折射率的第三折射率；以及滤色器，它以与所述各个像素对应的方式形成在所述第三绝缘膜上，并透射红色、绿色 或蓝色波长区域的光，其中，用于具有红色、绿色或蓝色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二 折射率与用于其他像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率不同，以便减小所述半 导体基板的表面处的反射光与所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间的界面处的反射光 以及所述第二绝缘膜和所述第三绝缘膜之间的界面处的反射光之间的光学干涉强度的变 化。
2.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，所述第三绝缘膜为由氮化硅制成的保护膜。
3.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，对于具有红色、绿色和蓝色滤色器的像 素，所述第二绝缘膜具有不同的厚度。
4.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，用于具有红色、绿色和蓝色滤色器中的任 两种滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率被设定为，使所述半导体基 板的表面处的反射光与所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间的界面处的反射光以及所 述第二绝缘膜和所述第三绝缘膜之间的界面处的反射光之间的光学干涉强度的变化减小。
5.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，对具有红色、绿色和蓝色滤色器中的任两 种滤色器的像素，所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率相等。
6.如权利要求1所述的固体摄像器件，其中，用于具有红色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度与用于具有绿色滤色器的 像素的所述第二绝缘膜的厚度的差为红光波长/4-绿光波长/4，并且用于具有绿色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度与用于具有蓝色滤色器的像素 的所述第二绝缘膜的厚度的差为绿光波长/4-蓝光波长/4。
7.—种制造固体摄像器件的方法，所述方法包括如下步骤分别为各个像素形成光电二极管，所述各个像素在半导体基板的光接收面上呈矩阵状 布置；在所述半导体基板上形成与所述半导体基板接触的多层布线，并在所述半导体基板上 形成第一绝缘膜，所述第一绝缘膜覆盖所述多层布线，并且所述第一绝缘膜是使用这样的 材料形成的所述材料具有至少在所述第一绝缘膜的底面部分和顶面部分处小于所述半导 体基板的折射率的第一折射率；在所述第一绝缘膜上形成第二绝缘膜，所述第二绝缘膜具有大于第一折射率的第二折2射率；在所述第二绝缘膜上形成第三绝缘膜，所述第三绝缘膜具有大于第二折射率的第三折 射率；以及以与所述各个像素对应的方式在所述第三绝缘膜上形成滤色器，所述滤色器透射红 色、绿色或蓝色波长区域的光，其中，在形成所述第二绝缘膜的步骤中，使用于具有红色、绿色或蓝色滤色器的像素的 所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率与用于其他像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或 第二折射率不同，以便减小所述半导体基板的表面处的反射光与所述第一绝缘膜和所述第 二绝缘膜之间的界面处的反射光以及所述第二绝缘膜和所述第三绝缘膜之间的界面处的 反射光之间的光学干涉强度的变化。
8.如权利要求7所述的方法，其中，在形成所述第二绝缘膜的步骤中，对全部像素以相 同厚度形成所述第二绝缘膜，并且除去所述第二绝缘膜的一部分，使得用于具有红色、绿色 或蓝色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度与用于其他像素的所述第二绝缘膜的厚度 不同。
9.如权利要求7所述的方法，其中，在形成所述第二绝缘膜的步骤中，将所述第二绝缘 膜形成为层叠绝缘膜，并且除去用于具有红色、绿色或蓝色滤色器的像素的所述层叠绝缘 膜的一部分，使得用于该像素的所述第二绝缘膜的厚度与用于其他像素的所述第二绝缘膜 的厚度不同。
10.一种设计固体摄像器件的方法，所述固体摄像器件包括半导体基板，它包括为各个像素分别设置的光电二极管，所述各个像素在光接收面上 呈矩阵状布置；第一绝缘膜，它形成在所述半导体基板上，覆盖着形成在所述半导体基板上并与所述 半导体基板接触的多层布线，并且所述第一绝缘膜是使用这样的材料形成的所述材料具 有至少在所述第一绝缘膜的底面部分和顶面部分处小于所述半导体基板的折射率的第一 折射率；第二绝缘膜，它形成在所述第一绝缘膜上，并具有大于第一折射率的第二折射率；第三绝缘膜，它形成在所述第二绝缘膜上，并具有大于第二折射率的第三折射率；以及滤色器，它以与所述各个像素对应的方式形成在所述第三绝缘膜上，并透射红色、绿色 或蓝色波长区域的光，其中，所述方法对所述固体摄像器件进行设计使得，用于具有红色、绿色或蓝色滤色器 的像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率与用于其他像素的所述第二绝缘膜的 厚度和/或第二折射率不同，并且所述半导体基板的表面处的反射光与所述第一绝缘膜和 所述第二绝缘膜之间的界面处的反射光以及所述第二绝缘膜和所述第三绝缘膜之间的界 面处的反射光之间的光学干涉强度的变化减小。
11.如权利要求10所述的方法，其中，将用于具有红色滤色器的像素的所述第二绝缘 膜的厚度和第二折射率Nr、用于具有绿色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度Xg和 第二折射率Ng以及用于具有蓝色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度胁和第二折射率 Nb设计成使下列方程式(1) (3)中的由所述光电二极管接收到的光强度Φ2最大，并使 振幅Φ最小，φ2 = 1；[/(^ * Ni)* (Xr * Nr) . . (1) φ2 /(Xi^NyiXg*Ng) ’ · . (2) φ2 J(Xt^Ni)HXb*Nb) · · · (3)这里，Xr和Nr分别为用于具有红色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和第二折 射率，Xg和Ng分别为用于具有绿色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和第二折射率， Xb和Nb分别为用于具有蓝色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和第二折射率，Xi和Ni 分别为从所述半导体基板到滤色器的底部除所述第二绝缘膜外的所有层的厚度和折射率， T为除所述第二绝缘膜外的包括所述半导体基板在内的层的层数。
12.如权利要求11所述的方法，其中，通过从包括从所述半导体基板到滤色器的底部 除所述第二绝缘膜外的所有层的层中排除折射率比预定值小的层，使方程式(1) (3)中 的光强度Φ2最大，并使振幅Φ最小。
13.如权利要求10所述的方法，其中，将用于具有红色滤色器的像素的所述第二绝缘 膜的厚度&和第二折射率Nr、用于具有绿色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度Xg和 第二折射率Ng以及用于具有蓝色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度Xb和第二折射率 Nb设计成使下列方程式(4) (6)中的光学干涉强度I最小，I = !^/(Xi * Ni/Xr)* (Xr * Nrl λ r) . . (4)I = Σ;:[/(Χ(. * NJ λ g) * (Xg * Ng/ λ g) ... (5) I = ;:[/(Xi * Ni/ Xb)* (Xb * Nbf λ b) · . . (6)这里，Xr和Nr分别为用于具有红色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和第二折 射率，λ r为红光的波长，Xg和Ng分别为用于具有绿色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的 厚度和第二折射率，λ g为绿光的波长，Xb和Nb分别为用于具有蓝色滤色器的像素的所述 第二绝缘膜的厚度和第二折射率，λ b为蓝光的波长，Xi和Ni分别为从所述半导体基板到 滤色器的底部除所述第二绝缘膜外的所有层的厚度和折射率，T为除所述第二绝缘膜外的 包括所述半导体基板在内的层的层数。
14.如权利要求13所述的方法，其中，通过从包括从所述半导体基板到滤色器的底部 除所述第二绝缘膜外的所有层的层中排除折射率比预定值小的层，使方程式(4) (6)中 的光学干涉强度I最小。
15.一种电子装置，所述电子装置包括 固体摄像器件；光学系统，它将入射光引导至所述固体摄像器件的摄像部；以及 信号处理电路，它处理所述固体摄像器件的输出信号， 所述固体摄像器件包括半导体基板，它包括为各个像素分别设置的光电二极管，所述各个像素在光接收面上 呈矩阵状布置；第一绝缘膜，它形成在所述半导体基板上，覆盖着形成在所述半导体基板上并与所述 半导体基板接触的多层布线，并且所述第一绝缘膜是使用这样的材料形成的所述材料具 有至少在所述第一绝缘膜的底面部分和顶面部分处小于所述半导体基板的折射率的第一 折射率；第二绝缘膜，它形成在所述第一绝缘膜上，并具有大于第一折射率的第二折射率； 第三绝缘膜，它形成在所述第二绝缘膜上，并具有大于第二折射率的第三折射率；和 滤色器，它以与所述各个像素对应的方式形成在所述第三绝缘膜上，并透射红色、绿色 或蓝色波长区域的光， 其中，用于具有红色、绿色或蓝色滤色器的像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二 折射率与用于其他像素的所述第二绝缘膜的厚度和/或第二折射率不同，以便减小所述半 导体基板的表面处的反射光与所述第一绝缘膜和所述第二绝缘膜之间的界面处的反射光 以及所述第二绝缘膜和所述第三绝缘膜之间的界面处的反射光之间的光学干涉强度的变 化。
全文摘要
提供固体摄像器件、其制造方法和设计方法以及电子装置，所述固体摄像器件包括半导体基板，它包括为呈矩阵状布置的各个像素分别设置的光电二极管；第一绝缘膜，它形成在半导体基板上，覆盖形成在半导体基板上并与半导体基板接触的多层布线，第一绝缘膜是使用这样的材料形成的所述材料具有至少在第一绝缘膜的底面部分和顶面部分处小于半导体基板的折射率的第一折射率；第二绝缘膜，它形成在第一绝缘膜上，并具有大于第一折射率的第二折射率；第三绝缘膜，它形成在第二绝缘膜上，并具有大于第二折射率的第三折射率；以及滤色器，它以与各个像素对应的方式形成在第三绝缘膜上并透射红色、绿色或蓝色波长区域的光。因此，能够抑制颜色不均匀。
文档编号H01L27/146GK102110695SQ201010524890
公开日2011年6月29日 申请日期2010年10月29日 优先权日2009年11月6日
发明者冈崎裕美, 出羽恭子, 北野良昭 申请人:索尼公司