固体撮像装置とその製造方法、および撮像モジュール
【課題】本発明は、固体撮像装置とその製造方法、およびこの固体撮像装置を備えた撮像モジュールに関する。
【解決手段】撮像エリアに複数の画素が二次元配列されてなる固体撮像装置であって、画素毎に光電変換部が形成された半導体基板と、半導体基板上に形成され、光電変換部上の領域毎に凹部を有する第１屈折率膜と、第１屈折率膜の凹部に一部が埋め込まれた、第１屈折率よりも高い屈折率を有する第２屈折率膜とを備え、複数の画素には、撮像エリアの中央領域にある第１の画素と、撮像エリアの周辺領域にある第２の画素とが含まれ、第２の画素における第２屈折率膜の上面は、第１の画素側の端部が、第１の画素側とは反対側の端部よりも低くなるように傾斜していることを特徴とする固体撮像装置。
【解決手段】撮像エリアに複数の画素が二次元配列されてなる固体撮像装置であって、画素毎に光電変換部が形成された半導体基板と、半導体基板上に形成され、光電変換部上の領域毎に凹部を有する第１屈折率膜と、第１屈折率膜の凹部に一部が埋め込まれた、第１屈折率よりも高い屈折率を有する第２屈折率膜とを備え、複数の画素には、撮像エリアの中央領域にある第１の画素と、撮像エリアの周辺領域にある第２の画素とが含まれ、第２の画素における第２屈折率膜の上面は、第１の画素側の端部が、第１の画素側とは反対側の端部よりも低くなるように傾斜していることを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置とその製造方法、およびこの固体撮像装置を備えた撮像モジュールに関し、特に、入射光を光電変換部に導く導波路の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体撮像装置の一例として、例えば、図１１，１２に示すように、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）固体撮像装置９００がある。図１１は固体撮像装置９００の水平転送方向に沿う断面図であり、図１２は固体撮像装置９００の垂直転送方向に沿う断面図である。撮像エリアに複数の画素が二次元配列されてなる固体撮像装置９００は、ｎ型の半導体基板９１０、半導体基板９１０に形成されたｐ型の半導体ウェル領域９１２、半導体ウェル領域９１２内に形成された光電変換部であるフォトダイオード９１８、半導体ウェル領域９１２内に形成されフォトダイオード９１８で発生した電荷を転送する転送チャネル９２２、各フォトダイオード９１８に対応して配置された転送電極９３２、転送電極９３２上に形成されたコンタクト９３４、コンタクト９３４を介して転送電極９３２と電気的に接続された接続配線９３６を備えている。
【０００３】
半導体ウェル領域９１２上には、フォトダイオード９１８上の領域に凹部９４０ａを有する第１屈折率膜であるクラッド層９４０と、クラッド層９４０の凹部９４０ａに埋め込まれクラッド層９４０の屈折率よりも高い屈折率を有する第２屈折率材料膜であるコア層９４２とが形成されている。さらに、コア層９４２上に、パッシベーション膜９６０、平坦化膜９６２、カラーフィルター９６４、マイクロレンズ９６６が積層されている。
【０００４】
ここで、クラッド層９４０とコア層９４２とから導波路９４４が形成される。すなわち、コア層９４２に入射した光は、コア層９４２の材料よりも屈折率の低い材料からなるクラッド層９４０には入りにくく、積層方向上方から下方のフォトダイオード９１８へと導かれるため、導波路９４４により固体撮像装置９００の集光効率は向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６７２５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−８７０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、カメラレンズから入射した光は焦点を通った後、広がって固体撮像装置に入射することから、撮像エリアの中央領域にある画素では光が略垂直方向から入射し、撮像エリアの周辺領域にある画素では光が斜め方向から入射する。そのため、上記従来の固体撮像装置において、撮像エリアの周辺領域にある画素では、固体撮像装置の感度が低下するという課題がある。その要因のひとつとして、上記従来の固体撮像装置では、コア層の上面と半導体基板上面とが平行になるよう形成されているため、周辺領域にある画素では、コア層上面に光が斜め方向から大きな入射角で入射することが挙げられる。コア層上面に入射する光の入射角が大きくなると、コア層上面で光が反射しやすくなりコア層内部へ透過する光が減ることにより、周辺領域の画素における感度が低下する。
【０００７】
本発明は、上記問題の解決を図るべくなされたものであって、周辺領域にある画素でもコア層上面で光が反射しにくく、固体撮像装置の周辺領域の画素における感度の低下を抑制できる固体撮像装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、撮像エリアに複数の画素が二次元配列されてなる固体撮像装置であって、画素毎に光電変換部が形成された半導体基板と、半導体基板上に形成され、光電変換部上の領域毎に凹部を有する第１屈折率膜と、第１屈折率膜の凹部に一部が埋め込まれた、第１屈折率よりも高い屈折率を有する第２屈折率膜とを備え、複数の画素には、撮像エリアの中央領域にある第１の画素と、撮像エリアの周辺領域にある第２の画素とが含まれ、第２の画素における第２屈折率膜の上面は、第１の画素側の端部が、第１の画素側とは反対側の端部よりも低くなるように傾斜していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、撮像エリアに、当該撮像エリアの中央領域にある第１の画素と、当該撮像エリアの周辺領域にある第２の画素とを含む複数の画素が二次元配列されてなる固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板に、画素毎に光電変換部を形成する工程と、半導体基板上に、光電変換部上の領域毎に凹部を有する第１屈折率膜を形成する工程と、第１屈折率膜の凹部に一部が埋め込まれ、第２の画素における第２屈折率膜の上面は、第１の画素側の端部が、第１の画素側とは反対側の端部よりも低くなるように傾斜するよう、第１屈折率よりも高い屈折率を有する第２屈折率膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る固体撮像装置では、撮像エリアの周辺領域にある画素において、第２屈折率膜であるコア層上面は、中央領域にある画素側の端部が、中央領域にある画素側と反対側の端部よりも低くなるよう傾斜するよう形成される。なお、「端部の高さ」とは、半導体基板上面からの高さをいう。
【００１１】
この構成により、周辺領域にある画素において、マイクロレンズを通った光は、コア層上面に垂直な方向と光の入射方向との成す角度である光の入射角度を、コア層上面が半導体基板に対して平行な場合よりも、小さくすることができる。そのため、従来と比べてコア層上面での光の反射を抑制することができる。すなわち、周辺領域にある画素でもコア層上面で光が反射しにくく、固体撮像装置の周辺領域の画素における感度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の平面図である。
【図２】図１に示した固体撮像装置の拡大図である。
【図３】図１に示した固体撮像装置の周辺領域にある画素における断面図である。
【図４】図１に示した固体撮像装置の中央領域にある画素における断面図である。
【図５】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図６】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図７】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図８】図１に示した固体撮像装置を説明するための模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の断面図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の水平転送方向に沿う断面図である。
【図１２】従来の固体撮像装置の垂直転送方向に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[実施の形態１]
１．固体撮像装置１００の全体構成
図１は、実施の形態１に係る固体撮像装置１００の平面図である。
【００１４】
固体撮像装置１００は、撮像エリア１１０に複数の画素が二次元配列されてなる。撮像エリア１１０において、中央領域１２０では光が垂直方向から入射し、周辺領域１３０では光が斜め方向から入射する。中央領域１２０にある画素を中央画素１５０、周辺領域１３０にある画素を周辺画素１４０とする。以下、周辺画素１４０としては、垂直転送方向では中央領域１２０と同じ位置にあり、水平転送方向では撮像エリア１１０の周縁部に位置するものを例に挙げて説明する。
【００１５】
図２は、図１に示した固体撮像装置１００の周辺画素１４０周辺の拡大図である。固体撮像装置１００には、画素毎に光電変換部である正方形のフォトダイオード１８が形成されている。また、固体撮像装置１００は、水平方向に隣り合うフォトダイオード１８間に形成された垂直転送レジスタ２２、垂直転送レジスタ２２上に形成された垂直転送電極３２、及び垂直転送レジスタ２４上にフォトダイオード１８が露出するように開口を有する接続電極３６を備える。垂直転送電極３２と接続電極３６とは、コンタクト３４を介して接続されている。
２．固体撮像装置１００の周辺領域１３０における構成
図３は、図２に示したＡ−Ａ線での断面図であり、Ｘ軸正方向に、図１に示した中央画素１５０がある。
【００１６】
固体撮像装置１００は、ｎ領域１０とｐウェル領域１２とからなる半導体基板１１、ｐウェル領域１２内に形成されたフォトダイオード１８及び垂直転送レジスタ２４、ｐウェル領域１２上を覆うように積層された絶縁膜３０、絶縁膜３０上に形成された電極３２、及び電極３２上に形成された第１屈折率材料膜であるクラッド層４０とクラッド層４０上に形成されたクラッド層の屈折率よりも高い屈折率を持つ第２屈折率材料膜であるコア層４２とからなる導波路４４を備えている。
【００１７】
フォトダイオード１８は、下層のｎ＋型拡散層１４と上層のｐ＋型のホールアキュムレーション層１６とからなる。また、フォトダイオード１８上面を覆う絶縁膜３０上に、反射防止膜３１が形成される。絶縁膜３０は、例えば、シリコン酸化膜からなり、反射防止膜３１は、例えば、シリコン窒化膜からなる。なお、反射防止膜３１の屈折率は、半導体基板１１の屈折率より大きく、クラッド層４０の屈折率より小さい。
【００１８】
フォトダイオード１８の一方側には、読み出しゲート２８を介して垂直転送レジスタ２４が形成されている。フォトダイオード１８の他方側には、チャネルストップ領域としてのｐ型層２６が形成されている。また、垂直転送レジスタ２４が、下層のｐ型層２０と上層のｎ型層の転送チャネル２２とから形成される。また、垂直転送レジスタ２４及び読み出しゲート２８上に、絶縁膜３０を介して、電荷読み出し及び電荷転送電極の機能を有する、例えば、ポリシリコン膜からなる電極３２が形成される。さらに、電極３２を覆うように、絶縁膜３３を介して、遮光膜を兼ねた接続電極３６が形成される。接続電極３６と電極３２はコンタクト３４で接続されている。
【００１９】
反射防止膜３１及び接続電極３６上を覆うように、フォトダイオード１８上の領域毎に凹部４０ａを有するクラッド層４０が形成され、クラッド層４０の凹部４０ａに一部が埋め込まれたコア層４２が形成される。
【００２０】
クラッド層４０とコア層４２とからなる導波路４４上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮやＳｉＯＮ）からなるパッシベーション膜６０が形成され、さらに、例えば、アクリル樹脂などの有機塗布膜からなる平坦化膜６２、カラーフィルター６４、及びマイクロレンズ６６による積層構造が形成されている。なお導波路４４、カラーフィルター６４、及びマイクロレンズ６６のレイアウト位置は、レイアウト中心が一致しても、カメラレンズに合わせてずらしても良い。
３．周辺領域１３０にある周辺画素１４０における導波路４４の詳細な説明
導波路４４のコア層４２の上面４２ａは、平面視すると、四角形状となっている。
【００２１】
また、固体撮像装置１００の水平転送方向に沿う断面では、半導体基板１１上面の平行面に対する斜め入射光が、導波路４４のコア層４２の上面４２ａに対し小さな入射角で入射するよう、導波路４４におけるコア層４２の上面４２ａは、中央画素１５０側の端部４２ｃが、中央画素１５０と反対側の端部４２ｄよりも低くなるよう傾斜して形成される。固体撮像装置１００における中央画素１５０側の端部４２ｃとは、撮像エリア１１０を平面視したときにおいて、周辺画素１４０の中心点及び中央画素１５０の中心点を結ぶ直線と、コア層４２の上面４２ａの輪郭線（本実施形態では四角形状である）との２つの交点のうち、中央画素１５０に近い点をいう。中央画素１５０と反対側の端部４２ｄとは、当該交点のうち、中央画素１５０に遠い点を言う。「端部の高さ」とは、半導体基板１１上面からの高さをいう。周辺画素１４０において、垂直転送方向に沿う断面から見ると光は略垂直に入射するように見え、水平転送方向断面から見ると光が斜め方向から入射するように見える。そのため、水平転送方向に沿う断面のみ導波路４４のコア層４２の上面４２ａを傾斜するよう形成する。
【００２２】
コア層４２の上面４２ａの半導体基板１１の平行面に対する傾斜角度は、０°より大きく３０°以下であり、この構成では、Ｆ値１〜１２での斜め光に対しコア層４２上面４２ａが略垂直方向となる。なお、当該コア層４２の上面４２ａの傾斜角度はカメラレンズ毎に異なる。
【００２３】
また、コア層４２の上面４２ａの傾斜により、コア層４２の中央画素１５０側の端部と中央画素１５０側と反対側の端部とでは、例えば、画素サイズが１．０μｍの場合、２０〜３００ｎｍの段差が形成される。また、コア層４２の上面４２ａの直径または一辺長は、４００〜８００ｎｍで形成する。
【００２４】
クラッド層４０は、例えば、シリコン酸化膜等で形成され、コア層４２は、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜等で形成される。コア層４２の屈折率ｎ１は、クラッド層４０の屈折率ｎ２とすると、ｎ１＝２．００、ｎ２＝１．４５のようにｎ１＞ｎ２となるようにする。コア層４２の上面から内部に入射した光が、コア層４２とクラッド層４０との界面４２ｂに到達すると、コア層４２の屈折率よりも低い屈折率の材料からなるクラッド層４０に入りにくく、当該界面４２ｂで光が反射する。そのため、導波路４４により、積層方向上方から入射した光が、下方のフォトダイオード１８へと導かれる。
【００２５】
以上、特定の画素１４０を例に挙げて説明したが、周辺領域１３０内に存在するどの画素でも同様である。すなわち、コア層４２の上面４２ａの中央画素１５０側の端部４２ｃが、中央画素１５０と反対側の端部４２ｄよりも低くなるよう傾斜する平面に形成される。
４．固体撮像装置１００の中央領域１２０における構成
図４は、図１に示した中央領域１２０にある画素の、水平転送方向に沿う断面図である。中央領域１２０における固体撮像装置１００の垂直転送方向に沿う断面から見ると、コア層４２の上面は、光は略垂直な方向から入射するので、導波路４４のコア層４２の上面４２ａが半導体基板１１に平行となるよう形成されている。
５．導波路４４の製造方法
本発明の実施の形態１における、固体撮像装置１００の製造方法について、図５〜７を用いて要部となる導波路形成工程を説明する。なお、図５〜７は、図３に示した固体撮像装置１００の水平転送方向に沿う断面図である。
【００２６】
図５に示すように、フォトダイオード１８及び垂直転送レジスタ２４が形成された半導体ウェル層１２上に、電極３２、接続電極３６、及びそれらを覆うクラッド層４０が形成されている。クラッド層４０上にコア層の材料４２ｅを堆積した後、レジスト膜５０をエッチングマスクとする。
【００２７】
レジスト膜５０は、リソグラフィー技術によって、開口部５０ａと傾斜した上面５０ｂを有するよう形成する。本リソグラフィー技術は、例えば、グレースケールマスク５２を適用する。グレースケールマスク５２は、石英ガラス５２ａと、石英ガラス５２ａ上に形成されたクロム層５２ｂとからなる。クロム層５２ｂに、微小なサイズの開口が配置される。当該開口密度を変化させることで、クロム層５２ｂの透過率が変化するため、傾斜した上面５０ｂを持つレジスト膜５０を形成できる。なお、グレースケールマスク５２の透過率は、レジスト膜５０の傾斜した上面５０ｂの高さをより高くする部分に対応するものをより小さくする。
【００２８】
図６に示すように、レジスト膜５０をエッチングする。レジスト膜５０が存在しない部分では、コア層の材料４２ｅがエッチングされる。
図６に示した製造工程を経て、図７に示すように、フォトダイオード１８上の領域に凹部４０ａを有するクラッド層４０と、クラッド層４０の凹部４０ａに一部が埋め込まれたコア層４２とからなる、導波路４４を形成する。具体的には、エッチングはドライエッチングで行い、レジスト膜５０が転写されることでコア層４２の上面の傾斜が形成される。その後、他の領域で残っているレジスト膜５０を除去する。
６．固体撮像装置１００の駆動
図８（ａ）は固体撮像装置１００を用いたモジュール１の模式図である。モジュール１は、例えば、デジタルカメラが考えられる。
【００２９】
カメラレンズ４００を通りマイクロレンズ６６から入射した光は、導波路４４を通り光電変換部であるフォトダイオード１８に入射する。フォトダイオード１８で光電変換が行われ、入射光に対応する電荷が発生する。発生した電荷は、読み出しゲート２８を介して垂直転送レジスタ２４に移動する。その後、電荷は、垂直転送レジスタ２４から水平転送レジスタに移動し、外部に取り出される。
７．導波路４４の設計方法
撮像エリア１１０内で、グレースケールマスクを用いる場合、図８（ｂ）に示すように、任意エリアでコア層４２の傾斜方向の設定が可能となる。エリア５が撮像エリア１１０の中央領域１２０にあり中央画素１５０の存在する領域、エリア５以外が撮像エリア１１０の周辺領域１３０にあり周辺画素１４０の存在する領域である。なお、撮像エリア１１０中心点の位置するエリア５を除く導波路４４のコア層４２を傾斜させる領域は、撮像エリア１１０全体の５〜２０％の領域となる。撮像領域を分けた９つのエリアの傾斜角は、各エリアそれぞれ、中央画素１５０側の端部４２ｃが、中央画素１５０と反対側の端部４２ｄよりも低くなるような、一定の角度で設計する。
【００３０】
図３に示す断面構造は、エリア２にある画素のものである。なお、エリア１、３、７、９のように角に位置する画素では、水平転送方向に沿う断面から見たときのみならず、垂直転送方向に沿う断面から見たときでも、導波路４４のコア層４２の上面４２ａが、中央画素１５０側の端部が中央画素１５０と反対側の端部よりも低くなる傾斜面として形成される。
【００３１】
また、エリア４，６における導波路４４コア層４２の上面４２ａの傾斜角は、エリア２、８における導波路４４コア層４２の上面４２ａの傾きより小さい。これは、撮像エリア１１０中心点からより遠い方が、斜め光の入射角がより大きくなるため、対応して撮像エリア１１０中心点からの距離が大きい方が、より傾きが小さくなるよう傾きを調整する必要があるからである。
８．効果
この構成では、光が斜め方向から入射する周辺領域１３０にある画素において、導波路４４のコア層４２の上面４２ａは、中央画素１５０側の端部が、中央画素１５０側と反対側の端部よりも低くなるよう傾斜している。そのため、コア層４２の上面４２ａの法線は、撮像エリア１１０中心点付近を向いており、コア層４２の上面４２ａへの光の入射角は小さくなる。すなわち、周辺領域１３０にある画素でも、導波路４４のコア層４２の上面４２ａで光が反射しにくい。よって、撮像エリア１１０の周辺領域１３０での光のケラレが減少し、固体撮像装置１００の撮像エリア１１０の周辺領域１３０における感度の低下を抑制できる
[実施の形態２]
１．構成
図９は、本発明の実施の形態２における、固体撮像装置２００の周辺領域１３０にある周辺画素１４０の水平転送方向に沿う断面図である。下記以外の構成は、固体撮像装置１００と同じなので説明を省略する。
【００３２】
固体撮像装置２００は、クラッド層２４０とコア層２４２とからなる導波路２４４、導波路２４４上に形成されたパッシベーション膜２６０、パッシベーション膜２６０上に形成されたカラーフィルター２６４、及びカラーフィルター２６４上に形成されたマイクロレンズ２６６を備える。すべての画素において、カラーフィルター２６４は、パッシベーション膜２６０が形成されたクラッド層２４０の凸部及びコア層２４２上に形成され、カラーフィルター２６４の上面とｎ領域１０とが平行である。また、周辺領域１３０にある周辺画素１４０において、カラーフィルター２６４の下面と、対応するコア層２４２の上面２４２ａとが平行である。
２．効果
この構成では、カラーフィルター２６４は、平坦化膜としての機能も兼ねる。そのため、実施の形態１におけるカラーフィルター６４下の平坦化膜６２が無いので、製造工程を減らして固体撮像装置を製造することができる。また、実施の形態１と比べ、マイクロレンズ２６６の位置を下げた低背化構造が実現でき、カメラレンズ４００と固体撮像装置２００との間の距離を小さくすることができる。さらに、固体撮像装置２００内の界面の数が減り、界面での光吸収が抑制されるため、固体撮像装置２００の感度向上につながる。
[実施の形態３]
１．構成
図１０は、本発明の実施の形態３における、固体撮像装置３００の周辺領域１３０にある周辺画素１４０での水平転送方向に沿う断面図である。固体撮像装置１００と同じなので説明を省略する。
【００３３】
固体撮像装置３００は、クラッド層３４０とコア層３４２とからなる導波路３４４、導波路３４４上に形成されたパッシベーション膜３６０、パッシベーション膜３６０上に均一な厚さで形成されたカラーフィルター３６４、及びカラーフィルター３６４上に形成された平坦化膜３６５を備える。すべての画素においてカラーフィルター３６４は、パッシベーション膜３６０が形成されたクラッド層３４０の凸部及びコア層３４２上に形成されている。また、光が斜め方向から入射する周辺領域１３０の周辺画素１４０におけるカラーフィルター３６４の上面３６４ａは、中央画素１５０側の端部が、中央画素１５０側と反対側の端部よりも低くなるよう傾斜している。
２．効果
本実施の形態では、実施の形態１と比べて、マイクロレンズ３６６の位置の下がった低背化構造が実現でき、カメラレンズ４００と固体撮像装置３００との間の距離を小さくすることができる。また、カラーフィルター３６４の厚みを均一にできるので、実施の形態２と比べて、カラーフィルター３６４による光の吸収を低減し、固体撮像装置３００の感度を向上できる。
［変形例］
１．コア層上面の傾き
コア層上面の傾きは、実施の形態等で示したように、撮像領域を９つのエリアに分け、エリアごとにそれぞれ一定としても良いし、例えば、より細かくエリア分けを行い、撮像エリア中心点から近いエリアほど傾きを緩やかにする等の構成を採っても良い。また、実施の形態等では、撮像エリアの角に位置する領域では、垂直転送方向に沿う断面から見たときでも、水平転送方向に沿う断面から見たときでも、コア層上面を傾斜させる構成を採っているが、図８（ｂ）におけるエリア１，２，３，７，８，９を水平転送方向に沿う断面から見たとき、エリア４，６を垂直転送方向に沿う断面から見たとき、それぞれコア層上面を傾斜させる構成を採っても良い。
２．コア層上面が曲面状である場合
コア層上面の形状は、実施の形態等で示した傾斜した平面状でも良いし、傾斜した曲面状でも良い。当該曲面の形状として、例えば、上または下に凸な曲面形状がある。また、曲面の形状は、撮像エリア中心点を通るよう曲面を切った断面を考えるとき、当該断面の上側の曲線の接線の傾きは、常に正もしくは常に負となる曲面であるほうが好ましい。中央領域１２０にある画素側と反対側の端部が、中央領域１２０にある画素側の点よりも高くなるような形状であるほうが好ましい。
３．その他
実施の形態等では、ＣＣＤタイプの固体撮像装置を用いたが、ＭＯＳタイプの固体撮像装置を用いても良い。実施の形態等において、導波路上に形成されるパッシベーション膜、及びクラッド層内に、フォトダイオード毎に形成されている反射防止膜は無くても良い。コア層上面の形状は、実施の形態等で示した四角柱状でも良いし、例えば、円形状、三角形状、五角形状、その他多角形状を採ってもよい。
【００３４】
実施の形態２，３では、パッシベーション膜が形成された導波路上に直接カラーフィルターが形成されているが、パッシベーション膜とカラーフィルターとの間に平坦化膜を形成し、カラーフィルターの下面と半導体基板とを任意の傾きで傾けるような構成を採っても良い。
【００３５】
なお、本発明に係る固体撮像装置の構成などは、上記実施の形態に係る固体撮像装置の構成に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形および応用が可能である。そして、技術的思想を逸脱しない範囲において、上述の各工程で使用したプロセスを、他の等価なプロセスに置換することが可能である。また、工程順を入れ替えることも、材料種を変更することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、デジタルカメラ等に利用でき、画質の劣化が抑制された固体撮像装置を実現するのに有用である。
【符号の説明】
【００３７】
１００，２００，３００，９００ 固体撮像装置
１１，９１０ 半導体基板
１８，９１８ フォトダイオード
２２，９２２ 垂直転送レジスタ
３２，９３２ 電極
４０，２４０，３４０，９４０ クラッド層
４２，２４２，３４２，９４２ コア層
４４，２４４，３４４，９４４ 導波路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置とその製造方法、およびこの固体撮像装置を備えた撮像モジュールに関し、特に、入射光を光電変換部に導く導波路の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体撮像装置の一例として、例えば、図１１，１２に示すように、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）固体撮像装置９００がある。図１１は固体撮像装置９００の水平転送方向に沿う断面図であり、図１２は固体撮像装置９００の垂直転送方向に沿う断面図である。撮像エリアに複数の画素が二次元配列されてなる固体撮像装置９００は、ｎ型の半導体基板９１０、半導体基板９１０に形成されたｐ型の半導体ウェル領域９１２、半導体ウェル領域９１２内に形成された光電変換部であるフォトダイオード９１８、半導体ウェル領域９１２内に形成されフォトダイオード９１８で発生した電荷を転送する転送チャネル９２２、各フォトダイオード９１８に対応して配置された転送電極９３２、転送電極９３２上に形成されたコンタクト９３４、コンタクト９３４を介して転送電極９３２と電気的に接続された接続配線９３６を備えている。
【０００３】
半導体ウェル領域９１２上には、フォトダイオード９１８上の領域に凹部９４０ａを有する第１屈折率膜であるクラッド層９４０と、クラッド層９４０の凹部９４０ａに埋め込まれクラッド層９４０の屈折率よりも高い屈折率を有する第２屈折率材料膜であるコア層９４２とが形成されている。さらに、コア層９４２上に、パッシベーション膜９６０、平坦化膜９６２、カラーフィルター９６４、マイクロレンズ９６６が積層されている。
【０００４】
ここで、クラッド層９４０とコア層９４２とから導波路９４４が形成される。すなわち、コア層９４２に入射した光は、コア層９４２の材料よりも屈折率の低い材料からなるクラッド層９４０には入りにくく、積層方向上方から下方のフォトダイオード９１８へと導かれるため、導波路９４４により固体撮像装置９００の集光効率は向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６７２５２号公報
【特許文献２】特開２０１０−８７０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一般に、カメラレンズから入射した光は焦点を通った後、広がって固体撮像装置に入射することから、撮像エリアの中央領域にある画素では光が略垂直方向から入射し、撮像エリアの周辺領域にある画素では光が斜め方向から入射する。そのため、上記従来の固体撮像装置において、撮像エリアの周辺領域にある画素では、固体撮像装置の感度が低下するという課題がある。その要因のひとつとして、上記従来の固体撮像装置では、コア層の上面と半導体基板上面とが平行になるよう形成されているため、周辺領域にある画素では、コア層上面に光が斜め方向から大きな入射角で入射することが挙げられる。コア層上面に入射する光の入射角が大きくなると、コア層上面で光が反射しやすくなりコア層内部へ透過する光が減ることにより、周辺領域の画素における感度が低下する。
【０００７】
本発明は、上記問題の解決を図るべくなされたものであって、周辺領域にある画素でもコア層上面で光が反射しにくく、固体撮像装置の周辺領域の画素における感度の低下を抑制できる固体撮像装置とその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、撮像エリアに複数の画素が二次元配列されてなる固体撮像装置であって、画素毎に光電変換部が形成された半導体基板と、半導体基板上に形成され、光電変換部上の領域毎に凹部を有する第１屈折率膜と、第１屈折率膜の凹部に一部が埋め込まれた、第１屈折率よりも高い屈折率を有する第２屈折率膜とを備え、複数の画素には、撮像エリアの中央領域にある第１の画素と、撮像エリアの周辺領域にある第２の画素とが含まれ、第２の画素における第２屈折率膜の上面は、第１の画素側の端部が、第１の画素側とは反対側の端部よりも低くなるように傾斜していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、撮像エリアに、当該撮像エリアの中央領域にある第１の画素と、当該撮像エリアの周辺領域にある第２の画素とを含む複数の画素が二次元配列されてなる固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板に、画素毎に光電変換部を形成する工程と、半導体基板上に、光電変換部上の領域毎に凹部を有する第１屈折率膜を形成する工程と、第１屈折率膜の凹部に一部が埋め込まれ、第２の画素における第２屈折率膜の上面は、第１の画素側の端部が、第１の画素側とは反対側の端部よりも低くなるように傾斜するよう、第１屈折率よりも高い屈折率を有する第２屈折率膜を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る固体撮像装置では、撮像エリアの周辺領域にある画素において、第２屈折率膜であるコア層上面は、中央領域にある画素側の端部が、中央領域にある画素側と反対側の端部よりも低くなるよう傾斜するよう形成される。なお、「端部の高さ」とは、半導体基板上面からの高さをいう。
【００１１】
この構成により、周辺領域にある画素において、マイクロレンズを通った光は、コア層上面に垂直な方向と光の入射方向との成す角度である光の入射角度を、コア層上面が半導体基板に対して平行な場合よりも、小さくすることができる。そのため、従来と比べてコア層上面での光の反射を抑制することができる。すなわち、周辺領域にある画素でもコア層上面で光が反射しにくく、固体撮像装置の周辺領域の画素における感度の低下を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の平面図である。
【図２】図１に示した固体撮像装置の拡大図である。
【図３】図１に示した固体撮像装置の周辺領域にある画素における断面図である。
【図４】図１に示した固体撮像装置の中央領域にある画素における断面図である。
【図５】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図６】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図７】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図８】図１に示した固体撮像装置を説明するための模式図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の断面図である。
【図１１】従来の固体撮像装置の水平転送方向に沿う断面図である。
【図１２】従来の固体撮像装置の垂直転送方向に沿う断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
[実施の形態１]
１．固体撮像装置１００の全体構成
図１は、実施の形態１に係る固体撮像装置１００の平面図である。
【００１４】
固体撮像装置１００は、撮像エリア１１０に複数の画素が二次元配列されてなる。撮像エリア１１０において、中央領域１２０では光が垂直方向から入射し、周辺領域１３０では光が斜め方向から入射する。中央領域１２０にある画素を中央画素１５０、周辺領域１３０にある画素を周辺画素１４０とする。以下、周辺画素１４０としては、垂直転送方向では中央領域１２０と同じ位置にあり、水平転送方向では撮像エリア１１０の周縁部に位置するものを例に挙げて説明する。
【００１５】
図２は、図１に示した固体撮像装置１００の周辺画素１４０周辺の拡大図である。固体撮像装置１００には、画素毎に光電変換部である正方形のフォトダイオード１８が形成されている。また、固体撮像装置１００は、水平方向に隣り合うフォトダイオード１８間に形成された垂直転送レジスタ２２、垂直転送レジスタ２２上に形成された垂直転送電極３２、及び垂直転送レジスタ２４上にフォトダイオード１８が露出するように開口を有する接続電極３６を備える。垂直転送電極３２と接続電極３６とは、コンタクト３４を介して接続されている。
２．固体撮像装置１００の周辺領域１３０における構成
図３は、図２に示したＡ−Ａ線での断面図であり、Ｘ軸正方向に、図１に示した中央画素１５０がある。
【００１６】
固体撮像装置１００は、ｎ領域１０とｐウェル領域１２とからなる半導体基板１１、ｐウェル領域１２内に形成されたフォトダイオード１８及び垂直転送レジスタ２４、ｐウェル領域１２上を覆うように積層された絶縁膜３０、絶縁膜３０上に形成された電極３２、及び電極３２上に形成された第１屈折率材料膜であるクラッド層４０とクラッド層４０上に形成されたクラッド層の屈折率よりも高い屈折率を持つ第２屈折率材料膜であるコア層４２とからなる導波路４４を備えている。
【００１７】
フォトダイオード１８は、下層のｎ＋型拡散層１４と上層のｐ＋型のホールアキュムレーション層１６とからなる。また、フォトダイオード１８上面を覆う絶縁膜３０上に、反射防止膜３１が形成される。絶縁膜３０は、例えば、シリコン酸化膜からなり、反射防止膜３１は、例えば、シリコン窒化膜からなる。なお、反射防止膜３１の屈折率は、半導体基板１１の屈折率より大きく、クラッド層４０の屈折率より小さい。
【００１８】
フォトダイオード１８の一方側には、読み出しゲート２８を介して垂直転送レジスタ２４が形成されている。フォトダイオード１８の他方側には、チャネルストップ領域としてのｐ型層２６が形成されている。また、垂直転送レジスタ２４が、下層のｐ型層２０と上層のｎ型層の転送チャネル２２とから形成される。また、垂直転送レジスタ２４及び読み出しゲート２８上に、絶縁膜３０を介して、電荷読み出し及び電荷転送電極の機能を有する、例えば、ポリシリコン膜からなる電極３２が形成される。さらに、電極３２を覆うように、絶縁膜３３を介して、遮光膜を兼ねた接続電極３６が形成される。接続電極３６と電極３２はコンタクト３４で接続されている。
【００１９】
反射防止膜３１及び接続電極３６上を覆うように、フォトダイオード１８上の領域毎に凹部４０ａを有するクラッド層４０が形成され、クラッド層４０の凹部４０ａに一部が埋め込まれたコア層４２が形成される。
【００２０】
クラッド層４０とコア層４２とからなる導波路４４上に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮやＳｉＯＮ）からなるパッシベーション膜６０が形成され、さらに、例えば、アクリル樹脂などの有機塗布膜からなる平坦化膜６２、カラーフィルター６４、及びマイクロレンズ６６による積層構造が形成されている。なお導波路４４、カラーフィルター６４、及びマイクロレンズ６６のレイアウト位置は、レイアウト中心が一致しても、カメラレンズに合わせてずらしても良い。
３．周辺領域１３０にある周辺画素１４０における導波路４４の詳細な説明
導波路４４のコア層４２の上面４２ａは、平面視すると、四角形状となっている。
【００２１】
また、固体撮像装置１００の水平転送方向に沿う断面では、半導体基板１１上面の平行面に対する斜め入射光が、導波路４４のコア層４２の上面４２ａに対し小さな入射角で入射するよう、導波路４４におけるコア層４２の上面４２ａは、中央画素１５０側の端部４２ｃが、中央画素１５０と反対側の端部４２ｄよりも低くなるよう傾斜して形成される。固体撮像装置１００における中央画素１５０側の端部４２ｃとは、撮像エリア１１０を平面視したときにおいて、周辺画素１４０の中心点及び中央画素１５０の中心点を結ぶ直線と、コア層４２の上面４２ａの輪郭線（本実施形態では四角形状である）との２つの交点のうち、中央画素１５０に近い点をいう。中央画素１５０と反対側の端部４２ｄとは、当該交点のうち、中央画素１５０に遠い点を言う。「端部の高さ」とは、半導体基板１１上面からの高さをいう。周辺画素１４０において、垂直転送方向に沿う断面から見ると光は略垂直に入射するように見え、水平転送方向断面から見ると光が斜め方向から入射するように見える。そのため、水平転送方向に沿う断面のみ導波路４４のコア層４２の上面４２ａを傾斜するよう形成する。
【００２２】
コア層４２の上面４２ａの半導体基板１１の平行面に対する傾斜角度は、０°より大きく３０°以下であり、この構成では、Ｆ値１〜１２での斜め光に対しコア層４２上面４２ａが略垂直方向となる。なお、当該コア層４２の上面４２ａの傾斜角度はカメラレンズ毎に異なる。
【００２３】
また、コア層４２の上面４２ａの傾斜により、コア層４２の中央画素１５０側の端部と中央画素１５０側と反対側の端部とでは、例えば、画素サイズが１．０μｍの場合、２０〜３００ｎｍの段差が形成される。また、コア層４２の上面４２ａの直径または一辺長は、４００〜８００ｎｍで形成する。
【００２４】
クラッド層４０は、例えば、シリコン酸化膜等で形成され、コア層４２は、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜等で形成される。コア層４２の屈折率ｎ１は、クラッド層４０の屈折率ｎ２とすると、ｎ１＝２．００、ｎ２＝１．４５のようにｎ１＞ｎ２となるようにする。コア層４２の上面から内部に入射した光が、コア層４２とクラッド層４０との界面４２ｂに到達すると、コア層４２の屈折率よりも低い屈折率の材料からなるクラッド層４０に入りにくく、当該界面４２ｂで光が反射する。そのため、導波路４４により、積層方向上方から入射した光が、下方のフォトダイオード１８へと導かれる。
【００２５】
以上、特定の画素１４０を例に挙げて説明したが、周辺領域１３０内に存在するどの画素でも同様である。すなわち、コア層４２の上面４２ａの中央画素１５０側の端部４２ｃが、中央画素１５０と反対側の端部４２ｄよりも低くなるよう傾斜する平面に形成される。
４．固体撮像装置１００の中央領域１２０における構成
図４は、図１に示した中央領域１２０にある画素の、水平転送方向に沿う断面図である。中央領域１２０における固体撮像装置１００の垂直転送方向に沿う断面から見ると、コア層４２の上面は、光は略垂直な方向から入射するので、導波路４４のコア層４２の上面４２ａが半導体基板１１に平行となるよう形成されている。
５．導波路４４の製造方法
本発明の実施の形態１における、固体撮像装置１００の製造方法について、図５〜７を用いて要部となる導波路形成工程を説明する。なお、図５〜７は、図３に示した固体撮像装置１００の水平転送方向に沿う断面図である。
【００２６】
図５に示すように、フォトダイオード１８及び垂直転送レジスタ２４が形成された半導体ウェル層１２上に、電極３２、接続電極３６、及びそれらを覆うクラッド層４０が形成されている。クラッド層４０上にコア層の材料４２ｅを堆積した後、レジスト膜５０をエッチングマスクとする。
【００２７】
レジスト膜５０は、リソグラフィー技術によって、開口部５０ａと傾斜した上面５０ｂを有するよう形成する。本リソグラフィー技術は、例えば、グレースケールマスク５２を適用する。グレースケールマスク５２は、石英ガラス５２ａと、石英ガラス５２ａ上に形成されたクロム層５２ｂとからなる。クロム層５２ｂに、微小なサイズの開口が配置される。当該開口密度を変化させることで、クロム層５２ｂの透過率が変化するため、傾斜した上面５０ｂを持つレジスト膜５０を形成できる。なお、グレースケールマスク５２の透過率は、レジスト膜５０の傾斜した上面５０ｂの高さをより高くする部分に対応するものをより小さくする。
【００２８】
図６に示すように、レジスト膜５０をエッチングする。レジスト膜５０が存在しない部分では、コア層の材料４２ｅがエッチングされる。
図６に示した製造工程を経て、図７に示すように、フォトダイオード１８上の領域に凹部４０ａを有するクラッド層４０と、クラッド層４０の凹部４０ａに一部が埋め込まれたコア層４２とからなる、導波路４４を形成する。具体的には、エッチングはドライエッチングで行い、レジスト膜５０が転写されることでコア層４２の上面の傾斜が形成される。その後、他の領域で残っているレジスト膜５０を除去する。
６．固体撮像装置１００の駆動
図８（ａ）は固体撮像装置１００を用いたモジュール１の模式図である。モジュール１は、例えば、デジタルカメラが考えられる。
【００２９】
カメラレンズ４００を通りマイクロレンズ６６から入射した光は、導波路４４を通り光電変換部であるフォトダイオード１８に入射する。フォトダイオード１８で光電変換が行われ、入射光に対応する電荷が発生する。発生した電荷は、読み出しゲート２８を介して垂直転送レジスタ２４に移動する。その後、電荷は、垂直転送レジスタ２４から水平転送レジスタに移動し、外部に取り出される。
７．導波路４４の設計方法
撮像エリア１１０内で、グレースケールマスクを用いる場合、図８（ｂ）に示すように、任意エリアでコア層４２の傾斜方向の設定が可能となる。エリア５が撮像エリア１１０の中央領域１２０にあり中央画素１５０の存在する領域、エリア５以外が撮像エリア１１０の周辺領域１３０にあり周辺画素１４０の存在する領域である。なお、撮像エリア１１０中心点の位置するエリア５を除く導波路４４のコア層４２を傾斜させる領域は、撮像エリア１１０全体の５〜２０％の領域となる。撮像領域を分けた９つのエリアの傾斜角は、各エリアそれぞれ、中央画素１５０側の端部４２ｃが、中央画素１５０と反対側の端部４２ｄよりも低くなるような、一定の角度で設計する。
【００３０】
図３に示す断面構造は、エリア２にある画素のものである。なお、エリア１、３、７、９のように角に位置する画素では、水平転送方向に沿う断面から見たときのみならず、垂直転送方向に沿う断面から見たときでも、導波路４４のコア層４２の上面４２ａが、中央画素１５０側の端部が中央画素１５０と反対側の端部よりも低くなる傾斜面として形成される。
【００３１】
また、エリア４，６における導波路４４コア層４２の上面４２ａの傾斜角は、エリア２、８における導波路４４コア層４２の上面４２ａの傾きより小さい。これは、撮像エリア１１０中心点からより遠い方が、斜め光の入射角がより大きくなるため、対応して撮像エリア１１０中心点からの距離が大きい方が、より傾きが小さくなるよう傾きを調整する必要があるからである。
８．効果
この構成では、光が斜め方向から入射する周辺領域１３０にある画素において、導波路４４のコア層４２の上面４２ａは、中央画素１５０側の端部が、中央画素１５０側と反対側の端部よりも低くなるよう傾斜している。そのため、コア層４２の上面４２ａの法線は、撮像エリア１１０中心点付近を向いており、コア層４２の上面４２ａへの光の入射角は小さくなる。すなわち、周辺領域１３０にある画素でも、導波路４４のコア層４２の上面４２ａで光が反射しにくい。よって、撮像エリア１１０の周辺領域１３０での光のケラレが減少し、固体撮像装置１００の撮像エリア１１０の周辺領域１３０における感度の低下を抑制できる
[実施の形態２]
１．構成
図９は、本発明の実施の形態２における、固体撮像装置２００の周辺領域１３０にある周辺画素１４０の水平転送方向に沿う断面図である。下記以外の構成は、固体撮像装置１００と同じなので説明を省略する。
【００３２】
固体撮像装置２００は、クラッド層２４０とコア層２４２とからなる導波路２４４、導波路２４４上に形成されたパッシベーション膜２６０、パッシベーション膜２６０上に形成されたカラーフィルター２６４、及びカラーフィルター２６４上に形成されたマイクロレンズ２６６を備える。すべての画素において、カラーフィルター２６４は、パッシベーション膜２６０が形成されたクラッド層２４０の凸部及びコア層２４２上に形成され、カラーフィルター２６４の上面とｎ領域１０とが平行である。また、周辺領域１３０にある周辺画素１４０において、カラーフィルター２６４の下面と、対応するコア層２４２の上面２４２ａとが平行である。
２．効果
この構成では、カラーフィルター２６４は、平坦化膜としての機能も兼ねる。そのため、実施の形態１におけるカラーフィルター６４下の平坦化膜６２が無いので、製造工程を減らして固体撮像装置を製造することができる。また、実施の形態１と比べ、マイクロレンズ２６６の位置を下げた低背化構造が実現でき、カメラレンズ４００と固体撮像装置２００との間の距離を小さくすることができる。さらに、固体撮像装置２００内の界面の数が減り、界面での光吸収が抑制されるため、固体撮像装置２００の感度向上につながる。
[実施の形態３]
１．構成
図１０は、本発明の実施の形態３における、固体撮像装置３００の周辺領域１３０にある周辺画素１４０での水平転送方向に沿う断面図である。固体撮像装置１００と同じなので説明を省略する。
【００３３】
固体撮像装置３００は、クラッド層３４０とコア層３４２とからなる導波路３４４、導波路３４４上に形成されたパッシベーション膜３６０、パッシベーション膜３６０上に均一な厚さで形成されたカラーフィルター３６４、及びカラーフィルター３６４上に形成された平坦化膜３６５を備える。すべての画素においてカラーフィルター３６４は、パッシベーション膜３６０が形成されたクラッド層３４０の凸部及びコア層３４２上に形成されている。また、光が斜め方向から入射する周辺領域１３０の周辺画素１４０におけるカラーフィルター３６４の上面３６４ａは、中央画素１５０側の端部が、中央画素１５０側と反対側の端部よりも低くなるよう傾斜している。
２．効果
本実施の形態では、実施の形態１と比べて、マイクロレンズ３６６の位置の下がった低背化構造が実現でき、カメラレンズ４００と固体撮像装置３００との間の距離を小さくすることができる。また、カラーフィルター３６４の厚みを均一にできるので、実施の形態２と比べて、カラーフィルター３６４による光の吸収を低減し、固体撮像装置３００の感度を向上できる。
［変形例］
１．コア層上面の傾き
コア層上面の傾きは、実施の形態等で示したように、撮像領域を９つのエリアに分け、エリアごとにそれぞれ一定としても良いし、例えば、より細かくエリア分けを行い、撮像エリア中心点から近いエリアほど傾きを緩やかにする等の構成を採っても良い。また、実施の形態等では、撮像エリアの角に位置する領域では、垂直転送方向に沿う断面から見たときでも、水平転送方向に沿う断面から見たときでも、コア層上面を傾斜させる構成を採っているが、図８（ｂ）におけるエリア１，２，３，７，８，９を水平転送方向に沿う断面から見たとき、エリア４，６を垂直転送方向に沿う断面から見たとき、それぞれコア層上面を傾斜させる構成を採っても良い。
２．コア層上面が曲面状である場合
コア層上面の形状は、実施の形態等で示した傾斜した平面状でも良いし、傾斜した曲面状でも良い。当該曲面の形状として、例えば、上または下に凸な曲面形状がある。また、曲面の形状は、撮像エリア中心点を通るよう曲面を切った断面を考えるとき、当該断面の上側の曲線の接線の傾きは、常に正もしくは常に負となる曲面であるほうが好ましい。中央領域１２０にある画素側と反対側の端部が、中央領域１２０にある画素側の点よりも高くなるような形状であるほうが好ましい。
３．その他
実施の形態等では、ＣＣＤタイプの固体撮像装置を用いたが、ＭＯＳタイプの固体撮像装置を用いても良い。実施の形態等において、導波路上に形成されるパッシベーション膜、及びクラッド層内に、フォトダイオード毎に形成されている反射防止膜は無くても良い。コア層上面の形状は、実施の形態等で示した四角柱状でも良いし、例えば、円形状、三角形状、五角形状、その他多角形状を採ってもよい。
【００３４】
実施の形態２，３では、パッシベーション膜が形成された導波路上に直接カラーフィルターが形成されているが、パッシベーション膜とカラーフィルターとの間に平坦化膜を形成し、カラーフィルターの下面と半導体基板とを任意の傾きで傾けるような構成を採っても良い。
【００３５】
なお、本発明に係る固体撮像装置の構成などは、上記実施の形態に係る固体撮像装置の構成に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形および応用が可能である。そして、技術的思想を逸脱しない範囲において、上述の各工程で使用したプロセスを、他の等価なプロセスに置換することが可能である。また、工程順を入れ替えることも、材料種を変更することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、デジタルカメラ等に利用でき、画質の劣化が抑制された固体撮像装置を実現するのに有用である。
【符号の説明】
【００３７】
１００，２００，３００，９００ 固体撮像装置
１１，９１０ 半導体基板
１８，９１８ フォトダイオード
２２，９２２ 垂直転送レジスタ
３２，９３２ 電極
４０，２４０，３４０，９４０ クラッド層
４２，２４２，３４２，９４２ コア層
４４，２４４，３４４，９４４ 導波路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像エリアに複数の画素が二次元配列されてなる固体撮像装置であって、
画素毎に光電変換部が形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、前記光電変換部上の領域毎に凹部を有する第１屈折率膜と、
前記第１屈折率膜の凹部に一部が埋め込まれた、第１屈折率よりも高い屈折率を有する第２屈折率膜と
を備え、
前記複数の画素には、前記撮像エリアの中央領域にある第１の画素と、前記撮像エリアの周辺領域にある第２の画素とが含まれ、
前記第２の画素における第２屈折率膜の上面は、前記第１の画素側の端部が、前記第１の画素側とは反対側の端部よりも低くなるように傾斜している
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２の画素における前記第２屈折率膜の上面は、平面状である
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第２の画素における前記第２屈折率膜の上面は、曲面状であり、
当該曲面の形状は、前記第１の画素側とは反対側の端部が、当該端部よりも第１の画素側に位置するすべての点よりも高くなるような形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１屈折率膜の凸部及び第２屈折率膜上に、前記各光電変換部に対応してカラーフィルターが形成されており、
前記カラーフィルターの上面と、半導体基板とが平行であり、
前記第２の画素において、カラーフィルターの下面と、対応する第２屈折率膜の上面とが平行である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１屈折率膜の凸部及び第２屈折率膜上に、前記各光電変換部に対応してカラーフィルターが形成されており、
前記第２の画素におけるカラーフィルターの上面は、前記第１の画素側の端部が、前記第１の画素側と反対側の端部よりも低くなるよう傾斜し、
前記第２の画素において、カラーフィルターの上面、カラーフィルターの下面、及び第２屈折率膜の上面がすべて平行となっている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第２屈折率材料膜上面の傾斜角が前記半導体基板の上面を基準として、０°より大きく３０°以下である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１の画素における第２屈折率膜の上面は、前記半導体基板の上面と平行である
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１屈折率材料膜内に、前記光電変換部毎に反射防止膜が形成されている
ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１の固体撮像装置と
レンズと
を備えることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１０】
撮像エリアに、当該撮像エリアの中央領域にある第１の画素と、当該撮像エリアの周辺領域にある第２の画素とを含む複数の画素が二次元配列されてなる固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板に、画素毎に光電変換部を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記光電変換部上の領域毎に凹部を有する第１屈折率膜を形成する工程と、
前記第１屈折率膜の凹部に一部が埋め込まれ、前記第２の画素における第２屈折率膜の上面は、前記第１の画素側の端部が、前記第１の画素側とは反対側の端部よりも低くなるように傾斜するよう、第１屈折率よりも高い屈折率を有する第２屈折率膜を形成する工程と
を含む
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１】
撮像エリアに複数の画素が二次元配列されてなる固体撮像装置であって、
画素毎に光電変換部が形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、前記光電変換部上の領域毎に凹部を有する第１屈折率膜と、
前記第１屈折率膜の凹部に一部が埋め込まれた、第１屈折率よりも高い屈折率を有する第２屈折率膜と
を備え、
前記複数の画素には、前記撮像エリアの中央領域にある第１の画素と、前記撮像エリアの周辺領域にある第２の画素とが含まれ、
前記第２の画素における第２屈折率膜の上面は、前記第１の画素側の端部が、前記第１の画素側とは反対側の端部よりも低くなるように傾斜している
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２の画素における前記第２屈折率膜の上面は、平面状である
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第２の画素における前記第２屈折率膜の上面は、曲面状であり、
当該曲面の形状は、前記第１の画素側とは反対側の端部が、当該端部よりも第１の画素側に位置するすべての点よりも高くなるような形状である
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１屈折率膜の凸部及び第２屈折率膜上に、前記各光電変換部に対応してカラーフィルターが形成されており、
前記カラーフィルターの上面と、半導体基板とが平行であり、
前記第２の画素において、カラーフィルターの下面と、対応する第２屈折率膜の上面とが平行である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１屈折率膜の凸部及び第２屈折率膜上に、前記各光電変換部に対応してカラーフィルターが形成されており、
前記第２の画素におけるカラーフィルターの上面は、前記第１の画素側の端部が、前記第１の画素側と反対側の端部よりも低くなるよう傾斜し、
前記第２の画素において、カラーフィルターの上面、カラーフィルターの下面、及び第２屈折率膜の上面がすべて平行となっている
ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第２屈折率材料膜上面の傾斜角が前記半導体基板の上面を基準として、０°より大きく３０°以下である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１の画素における第２屈折率膜の上面は、前記半導体基板の上面と平行である
ことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１屈折率材料膜内に、前記光電変換部毎に反射防止膜が形成されている
ことを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１の固体撮像装置と
レンズと
を備えることを特徴とする撮像モジュール。
【請求項１０】
撮像エリアに、当該撮像エリアの中央領域にある第１の画素と、当該撮像エリアの周辺領域にある第２の画素とを含む複数の画素が二次元配列されてなる固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板に、画素毎に光電変換部を形成する工程と、
前記半導体基板上に、前記光電変換部上の領域毎に凹部を有する第１屈折率膜を形成する工程と、
前記第１屈折率膜の凹部に一部が埋め込まれ、前記第２の画素における第２屈折率膜の上面は、前記第１の画素側の端部が、前記第１の画素側とは反対側の端部よりも低くなるように傾斜するよう、第１屈折率よりも高い屈折率を有する第２屈折率膜を形成する工程と
を含む
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１２−１８６２７１（Ｐ２０１２−１８６２７１Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４７５１６（Ｐ２０１１−４７５１６）
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月４日（２０１１．３．４）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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