JP2006060250A - 固体撮像装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】斜光による混色を防止することができると共に、各画素間に存在する受光感度のばらつきを低減することが可能な固体撮像装置を提供する。
【解決手段】半導体基板と、半導体基板に設けた受光領域と、受光領域に設けた複数の受光素子と、複数の受光素子に対応して半導体基板上に設けられ受光素子が発生した電荷を読出す複数の電極と、電極を覆う遮光膜と、遮光膜の開口形状からなり受光素子に入射光を到達させる複数の開口部と、開口部および電極の上にあり開口部を挟んで互いに対向する反射壁と、反射壁および開口部の上に設けた複数のマイクロレンズとを有し、受光領域の周辺領域においてそれぞれ対応するマイクロレンズの中心と、開口部を挟んで互いに対向する反射壁の中心とは、受光領域の中心部に対し受光領域の中心方向にずらして配置され、反射壁のずらし量は、マイクロレンズのずらし量よりも小さいことを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、固体撮像装置に関する発明であって、より特定的には、複数の受光素子がマトリクス状に形成された固体撮像装置に関する発明である。

ＣＣＤに代表される固体撮像装置において、その集光力を向上させるために、図１０に示すような２つのマイクロレンズが形成されたものが存在する。以下に、図１０を用いて、当該固体撮像装置について説明する。

図１０に示す固体撮像装置は、半導体基板５０１、ゲート絶縁膜５０２、ゲート電極５０３、フォトダイオード５０４、電荷転送部５０５、層間絶縁膜５０７、遮光膜５０８、絶縁膜５０９、層内レンズ５１０、平坦化膜５１１、カラーフィルタ５１３およびオンチップマイクロレンズ５１４を備える。

半導体基板５０１には、フォトダイオード５０４および電荷転送部５０５が形成される。半導体基板５０１の表面は、ゲート絶縁膜５０２に覆われており、当該ゲート絶縁膜５０２の上には、ゲート電極５０３が形成される。当該ゲート電極５０３上には、層間絶縁膜５０７が形成され、さらに、当該ゲート絶縁膜５０２および層間絶縁膜５０７を覆うように、遮光膜５０８が形成される。

また、遮光膜５０８上には、絶縁膜５０９が形成されている。絶縁膜５０９上には、層内レンズ５１０および平坦化膜５１１が形成される。さらに、当該平坦化膜５１１上には、カラーフィルタ５１３が形成されている。当該カラーフィルタ５１３の上には、各フォトダイオード５０４に対応させて、オンチップマイクロレンズ５１４が形成される。

以上のように、図１０に示す固体撮像装置では、最上層にオンチップマイクロレンズ５１４が設けられ、平坦化膜５１１中には層内レンズ５１０が設けられる。このように、各フォトダイオード５０４に対して２つのマイクロレンズが設置されることにより、フォトダイオード５０４への集光率をより向上させることが可能となる。

しかしながら、図１０に示す固体撮像装置では、固体撮像装置に対して斜めに入射してきた光（以下、斜光と称す）が、隣の画素に入射してしまい、混色が発生するという問題があった。

そこで、斜光による混色を防止することができる固体撮像装置として、図１１に示すものが存在する。図１１は、当該固体撮像装置の断面構造を示した図である。

図１１に示す固体撮像装置は、図１０の固体撮像装置に対して、反射壁５１２ａおよびｂが、層内レンズ５１０の両隣に新たに設けられたものである。このように、反射壁５１２ａおよびｂが新たに設けられることにより、図１１に示すように、斜光が当該反射壁５１２ａおよびｂで反射されるようになる。その結果、斜光は、フォトダイオード５０４に入射するようになる。これにより、固体撮像装置における混色の問題が解決される。さらに、本来、集光されていなかった斜光がフォトダイオード５０４に入射するようになるので、固体撮像装置の各画素の受光感度が向上する（特許文献１を参照）。
特開２００１−７７３３９号公報

しかしながら、図１１に示す固体撮像装置では、固体撮像装置全体としての受光感度は向上するが、固体撮像装置に含まれる各画素の間に存在する受光感度のばらつきは、依然として存在するという問題がある。以下に、図面を参照しながら詳しく説明する。図１２は、固体撮像装置が組み込まれた、光学レンズを有するカメラ装置における受光感度の分布を示したグラフである。なお、縦軸は、受光感度を示しており、横軸は、固体撮像装置の左右の位置を示している。

まず、固体撮像装置内の各画素に入射する光では、画素の位置と入射角との間において一定の傾向が存在する。具体的には、固体撮像装置の中心付近に位置する画素では、真上方向から入射してくる光（図１１のαの光）の割合が、他の角度で入射してくる光の割合よりも高い。一方、固体撮像装置の右側の領域に位置する画素では、左斜め上方向から入射してくる光（図１１のβの光）の割合が、他の方向から入射してくる光の割合よりも高い。また、固体撮像装置の左側の領域に位置する画素では、右斜め上方向から入射してくる光（図１１のγの光）の割合が、他の方向から入射してくる光の割合よりも高い。

ここで、固体撮像装置に真上から入射してくる光は、オンチップマイクロレンズ５１４および層内レンズ５１０により集光されて、高効率でフォトダイオード５０４に入射する。一方、斜光は、反射壁５１２で反射したとしても、全てがフォトダイオード５０４に入射するわけではなく、その一部は、遮光膜５０８等の存在によりフォトダイオード５０４への入射が妨げられてしまう。すなわち、斜光がフォトダイオード５０４に入射する確率は、真上から入射してくる光がフォトダイオード５０４に入射する確率よりも低い。そのため、斜光の割合が高い右側の領域の画素や左側の領域の画素では、斜光が少ない中央部の画素よりも受光感度が低くなってしまう。具体的には、図１２に示すように、固体撮像装置の右端および左端の画素では、受光感度が低くなり、固体撮像装置の中央付近の画素では、受光感度が高くなる。

それ故に、本発明の目的は、斜光による混色を防止することができると共に、各画素間に存在する受光感度のばらつきを低減することが可能な固体撮像装置を提供することである。

本発明は、半導体基板と、半導体基板に設けた受光領域と、受光領域に設けた複数の受光素子と、複数の受光素子に対応して半導体基板上に設けられ受光素子が発生した電荷を読出す複数の電極と、電極を覆う遮光膜と、遮光膜の開口形状からなり受光素子に入射光を到達させる複数の開口部と、開口部および電極の上にあり開口部を挟んで互いに対向する反射壁と、反射壁および開口部の上に設けた複数のマイクロレンズとを有し、受光領域の周辺領域においてそれぞれ対応するマイクロレンズの中心と、開口部を挟んで互いに対向する反射壁の中心とは、受光領域の中心部に対し受光領域の中心方向にずらして配置され、反射壁のずらし量は、マイクロレンズのずらし量よりも小さいことを特徴とする。

又は、本発明は、半導体基板と、半導体基板に設けた受光領域と、受光領域に設けた複数の受光素子と、複数の受光素子に対応して半導体基板上に設けられ受光素子が発生した電荷を読出す複数の電極と、電極を覆う遮光膜と、遮光膜の開口形状からなり受光素子に入射光を到達させる複数の開口部と、開口部および電極の上にあり開口部を挟んで互いに対向する反射壁と、反射壁の間及び開口部の上に設けた複数の第１マイクロレンズと、反射壁および開口部の上に設けた複数の第２マイクロレンズとを有し、受光領域の周辺領域においてそれぞれ対応する第１マイクロレンズの中心と、第２マイクロレンズの中心と、開口部を挟んで互いに対向する反射壁の中心とは、受光領域の中心部に対し受光領域の中心方向にずらして配置され、反射壁および第１マイクロレンズのずらし量は、第２マイクロレンズのずらし量よりも小さいことを特徴とする。

反射壁とマイクロレンズと第１のマイクロレンズと第２のマイクロレンズのそれぞれのずれ量は、受光領域の中心から離れるに従って大きくなることが望ましい。また、この反射壁は、鉛直方向の断面構造が上方から下方に向かって幅が狭くなる構造を有することが望ましい。さらに、複数の反射壁の上に形成されるカラーフィルタを設けてもよい。

また、反射壁は、金属であることが望ましい。また、反射壁は、反射壁の間に設けた絶縁膜よりも低い屈折率を有する物質であることが望ましい。この絶縁膜は、ＳＯＧ樹脂膜、ＳｉＯ２又はＳｉＯＮのいずれかにより形成されていることが好ましい。

本発明の固体撮像装置は、ＣＣＤ型固体撮像装置又はＭＯＳ型固体撮像装置であることが望ましい。

なお、本発明は、固体撮像装置のみならず、当該固体撮像装置の製造方法に対しても向けられている。

本発明に係る固体撮像装置は、反射壁が、受光領域の中心方向にずらされた状態で形成されるので、受光領域の中心部と、中心部以外の周辺領域との受光感度の差を小さくすることが可能となる。

また、本発明に係る固体撮像装置では、受光領域の中心からの距離が大きくなれば、反射壁のずれ量が大きくなる。ここで、受光領域の端の方にいくにしたがって、斜光の量の割合は多くなる。そのため、受光領域の中心からの距離に応じて、上記ずれ量を大きくすることにより、より効果的に受光領域の中心部とその周辺領域との受光感度の差をなくすことが可能となる。

また、反射壁が、上方から下方に向かって幅が小さくなる断面構造をとることにより、斜光をより下向きに反射させることが可能となる。その結果、受光素子に効率よく光を集めることが可能となる。

また、層内レンズが配置されることにより、受光素子に効率よく光を集めることができる。さらに、当該層内レンズの中心が、開口領域の中心に対して受光領域の中心方向ずらされていることにより、斜光をより効率よく受光素子に集めることが可能となる。

また、オンチップマイクロレンズが設けられることにより、受光素子に効率よく光を集めることが可能となる。さらに、当該オンチップマイクロレンズの中心が、開口領域の中心に対して受光領域の中心方向にずらされていることにより、斜光をより効率よく受光素子に集めることが可能となる。

また、本発明は、固体撮像装置のみならず、当該固体撮像装置の製造方法に対しても向けられており、当該固体撮像装置の製造方法により、本発明の固体撮像装置を製造することが可能となる。

以下に、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。ここで、図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の全体構成を示した図である。図２は、図１に示す固体撮像装置の受光領域の左端の画素、中心部の画素および右端の画素における、固体撮像装置の断面構造を示した図である。

本実施形態に係る固体撮像装置は、図１に示すように、受光部１、垂直ＣＣＤシフトレジスタ２および水平ＣＣＤシフトレジスタ３を備える。

受光部１は、フォトダイオード等の受光素子を含んでおり、図１に示すように、長方形の受光領域において等間隔にマトリクス状に配置される。そして、当該受光部１は、外部から入射してくる光の強度に応じた電荷量の信号電荷を発生する。垂直ＣＣＤシフトレジスタ２は、複数の受光素子１のそれぞれの列の間に縦方向に配置され、各受光部１が発生した信号電荷を図１の垂直方向に転送する。水平ＣＣＤシフトレジスタ３は、垂直ＣＣＤシフトレジスタ１から転送されてきた信号電荷を図１の水平方向に転送して、固体撮像装置外へと転送する。なお、図１中の（１）〜（３）は、受光領域の右端、中央および左端の画素の拡大図である。

次に、図１の（１）〜（３）の拡大図における断面構造について、図２を用いて説明する。図２（ａ）は、図１の（１）の部分の断面構造を示している。図２（ｂ）は、図１の（２）の部分の断面構造を示している。図２（ｃ）は、図１の（３）の部分の断面構造を示している。図２に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素は、半導体基板５１、ゲート絶縁膜５２、ゲート電極５３、フォトダイオード５４、電荷転送部５５、層間絶縁膜５７、遮光膜５８、絶縁膜５９、層内レンズ６０、平坦化膜６１、反射壁６２、カラーフィルタ６３およびオンチップマイクロレンズ６４を備える。

半導体基板５１には、複数のフォトダイオード５４が等間隔にマトリクス状に形成される。なお、当該フォトダイオード５４は、図２の上方から入射してくる光の強度に応じた電荷量を有する信号電荷を発生する。さらに、フォトダイオード５４の左隣には、当該フォトダイオード５４に離間した状態で、電荷転送部５５が形成される。当該電荷転送部５５は、図１の水平ＣＣＤシフトレジスタ３の一部を構成する。

半導体基板５１上には、シリコン酸化膜のゲート絶縁膜５２が形成される。また、当該ゲート絶縁膜５２上であって、電荷転送部５５の真上には、ポリシリコンのゲート電極５３が形成される。当該ゲート電極５３は、フォトダイオード５４が発生した信号電荷を読み出して、電荷転送部５５へと出力する。また、ゲート電極５３を覆うように、シリコン酸化膜の層間絶縁膜５７が形成される。さらに、層間絶縁膜５７を覆うように、遮光膜５８が形成される。当該遮光膜５８は、ゲート電極５３に光が入射することを防止するための膜であり、例えば、Ｗ（タングステン）により形成される。なお、遮光膜５８の一部には、開口部６５が形成される。これは、フォトダイオード５４に光を入射させるために形成されるものであり、各フォトダイオード５４の真上にマトリクス状に等間隔に形成される。

また、遮光膜５８および開口部６５上には、絶縁膜５９が形成される。当該絶縁膜５９は、光透過性を有し、例えば、ＣＶＤ法により成膜されるＢＰＳＧ膜により形成される。絶縁膜５９上であって、開口部６５の上の領域には、層内レンズ６０が形成される。当該層内レンズ６０は、上方から入射してくる光をフォトダイオード５４に集光するためのレンズである。さらに、当該層内レンズ６０および絶縁膜５９上には、シリコン酸化膜の平坦化膜６１が形成される。当該平坦化膜６１は、光透過性を有し、層内レンズ６０よりも小さな屈折率を有する。

また、平坦化膜６１中および絶縁膜５９中には、金属（例えばＷおよびＴｉ（チタン））の反射壁６２が、半導体基板５１を上方から見たときに格子状となるように形成される。当該反射壁６２は、上方から入射してくる光の一部（具体的には、斜光）を、開口部６５方向へと反射する役割を果たす。ここで、図１および図２を用いて、本実施形態の特徴部分である反射壁６２の配置について詳しく説明する。

本実施形態に係る固体撮像装置の反射壁６２は、開口部６５を挟んで対向するもの同士の中点が、開口部６５の中心に対して受光領域の中心方向にずれた状態となるように形成される。具体的には、受光領域の右端の画素では、図１の（１）および図２（ａ）のように、反射壁６２が右方向にずれた状態となるように配置される。また、受光領域の左端の画素では、図１の（３）および図２（ｃ）のように、反射壁６２が左方向にずれた状態となるように配置される。なお、受光領域の中央の画素では、図１（２）および図２（ｂ）のように、反射壁６２と開口部６５とのずれはない。また、受光領域の上端の画素では、反射壁６２が下方向にずれた状態となるように配置され、受光領域の下端の画素では、反射壁６２が上方向にずれた状態となるように配置される。

ここで、反射壁６２のずれの大きさについて図３を用いて説明する。図３は、開口部６５と反射壁６２との位置関係を示した図である。なお、説明の簡略化のため、受光領域は、５×５のマトリクス構造としている。

図３に示すように、開口部６５が等間隔にマトリクス上に遮光膜５８に形成されている。さらに、当該遮光膜５８の上の領域には、格子状に反射壁６２が形成される。そして、開口部６５を挟んで互いに対向する反射壁６２同士の中点と、当該開口部６５の中心とのずれ量は、受光領域の中心から離れるにしたがって大きくなっている。このように、画素の端にいくにつれて中心方向に反射壁６２をずらして配置することにより、受光領域の中心から離れた位置において入射する光を効率的にフォトダイオード５４に集めることができるようになる。以下に、図面を参照しながら詳しく説明する。図４（ａ）は、従来の固体撮像装置における受光領域の右端における画素の断面構造を示した図である。また、図４（ｂ）は、本実施形態に係る固体撮像装置における受光領域の右端における画素の断面構造を示した図である。なお、説明の簡略化のため、層内レンズ６０等については、省略してある。

まず、背景技術において説明したように、受光領域の右端の画素では、左斜め上から入射してくる光の割合が多くなる。そこで、従来の固体撮像装置では、図４（ａ）に示すように、固体撮像装置に入射してきた斜光を、反射膜５１２で開口部へと反射させていた。

しかしながら、図４（ａ）に示すように、反射膜５１２の高さには制限があるため、斜光を開口部の全体へと反射させることができない。具体的には、図４（ａ）に示すように、反射壁５１２において反射して開口部に入射する光は、当該反射壁５１２のＬ２の部分で反射した光だけである。

これに対して、本実施形態に係る固体撮像装置では、右端の画素では、反射壁６２は、左方向にずらして配置される。そのため、図４（ｂ）に示すように、図４（ａ）と同じ角度で入射してきた光に対して、従来よりも反射壁６２の下の部分を用いて斜光を反射することができる。そのため、開口部に入射する斜光は、反射壁６２のＬ１の部分で反射した光が入射する。ここで、図４（ａ）と（ｂ）とを比較すると、Ｌ１＞Ｌ２の関係が成立するので、開口部６５に入射する光量は、従来の固体撮像装置に比べて増加する。これにより、固体撮像装置の受光領域の中心部以外における受光感度を高めることができ、固体撮像装置の受光領域の中心部とその周辺領域との受光感度の差を小さくすることが可能となる。また、本実施形態に係る固体撮像装置では、反射壁６２の中心付近を用いて斜光を反射できるので、さまざまな角度で入射してきた斜光を開口部に効率よく集めることができるようになる。

以上のような構成を有する固体撮像装置について、以下にその製造方法について、図面を参照しながら説明する。図５〜７は、本実施形態に係る固体撮像装置を製造する各過程における当該固体撮像装置の断面構造を示した図である。

まず、半導体基板５１上に、等間隔にマトリクス状となるようにフォトダイオード５４を形成する。さらに、当該フォトダイオード５４に対応するように、電荷転送部５５をフォトダイオード５４の隣に離間させて形成する。その後、半導体基板５１上にシリコン酸化膜のゲート絶縁膜をＣＶＤ法により形成する。これにより、固体撮像装置は、図５（ａ）に示すような断面構造を有するようになる。

次に、ゲート絶縁膜５２上であってかつ電荷転送部５５の真上の領域に、ポリシリコンのゲート電極５３を形成する。具体的には、ＣＶＤ法によりポリシリコン膜を堆積後、所定領域のポリシリコン膜を選択的にドライエッチングにより除去することにより、当該ゲート電極５３は形成される。ゲート電極５３が形成されると、当該ゲート電極５３を覆うように、シリコン酸化膜の層間絶縁膜５７が形成される。なお、当該層間絶縁膜５７は、ＣＶＤ法による堆積とドライエッチングによる選択的除去とにより形成される。

層間絶縁膜５７を形成すると、当該層間絶縁膜５７を覆うように遮光膜５８を形成する。具体的には、層間絶縁膜５７およびゲート絶縁膜５２を覆うようにＷの薄膜をＰＶＤ法あるいはＣＶＤ法により形成する。その後、フォトダイオード５４の上部に位置するＷの薄膜をドライエッチングにより選択的に除去する。これにより、遮光膜５８が形成されると共に、開口部６５が形成され、固体撮像装置の断面構造は、図５（ｂ）に示す構造をとるようになる。

次に、遮光膜５８および開口部６５上にＢＰＳＧ膜をＣＶＤ法により堆積する。その後、加熱処理によりＢＰＳＧ膜をリフローして、その表面を平坦化する。これにより、絶縁膜５９が形成され、固体撮像装置は、図５（ｃ）に示すような断面構造図を有するようになる。

絶縁膜５９を形成すると、当該絶縁膜５９上であって、開口部６５の上の領域に対して、窒化シリコンの層内レンズ６０を形成する。当該層内レンズ６０は、開口部６５の中心に対して、受光領域の中心方向にずれた位置に形成されることが望ましい。

さらに、当該層内レンズ６０上には、シリコン酸化膜をＣＶＤ法により堆積する。この後、当該シリコン酸化膜の表面を、ＣＭＰ法により平坦化することにより、平坦化膜６１を形成する。これにより、固体撮像装置は、図５（ｄ）に示す断面構造を有するようになる。

次に、平坦化膜６１上に、各開口部６５のそれぞれの間を仕切る格子状の開口領域をもつレジスト膜を形成する。ここで、レジスト膜の格子状の開口領域は、遮光膜５８に形成された各開口部６５を挟んで互いに対向するもの同士の中点が、各開口部６５の中心に対して受光領域の中心方向にずれた状態となるように形成される。なお、遮光膜５８の各開口部６５を挟んで互いに対向するもの同士の中点と、各開口部６５の中心とのずれ量は、受光領域の中心から離れるにしたがって大きくなる。

次に、ＣＦ系のガスを用いたドライエッチングを行って、当該保護マスクの開口領域下に存在する平坦化膜６１および絶縁膜５９を選択的に除去する。これにより、図６（ｅ）に示すように、溝７５が形成される。なお、当該溝７５は、その幅が約１μｍ以下となるように形成される。

溝７５を形成されると、図６（ｆ）に示すようにＰＶＤ法により、Ｔｉ膜１２２を堆積する。その後、図６（ｇ）に示すように、Ｔｉ膜１２２上にＷ膜１２１をＣＶＤ法により堆積する。Ｔｉ膜１２２およびＷ膜１２１の堆積を完了すると、溝７５からはみだしたＴｉ膜１２２およびＷ膜１２１をＣＭＰ法あるいはエッチバック法により除去する。これにより、図７（ｈ）に示すように、反射壁６２が形成される。

反射壁６２の形成が完了すると、反射壁６２および平坦化膜６１上にカラーフィルタ６３を形成する。具体的には、染色法やカラーレジスト塗布により、カラーコーディングに沿った３〜４層の膜を堆積する。最後に、当該カラーフィルタ６３上にオンチップマイクロレンズ６４を形成する。具体的には、熱溶融性透明樹脂やその上部のレジスト熱リフロー転写により、オンチップマイクロレンズ６４を形成する。これにより、図７（ｉ）に示すような構造を有する固体撮像装置が完成する。なお、オンチップマイクロレンズ６４は、開口部６５の中心に対して、受光領域の中心方向にずれた位置に形成されることが望ましい。

以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、受光領域の中心部と、その周辺領域との間に発生する受光感度のばらつきを小さくすることができる。本実施形態に係る固体撮像装置では、反射壁の中心付近を用いて斜光を反射できるので、さまざまな角度で入射してきた斜光を開口部に効率よく集めることができるようになる。

なお、本実施形態に係る固体撮像装置では、反射壁のずれ量は、受光領域の中心から離れるにしたがって大きくなるものとしているが、当該反射壁のずれ量はこれに限らない。例えば、本発明に係る固体撮像装置は、受光領域の中心部から所定距離内に存在する反射壁については、ずれ量がなく、かつ受光領域の中心部から所定距離より離れた場所に存在する反射壁については、受光領域の中心からの距離に応じたずれ量があるものであってもよい。

また、本実施形態に係る固体撮像装置は、ＣＣＤ型固体撮像装置として説明を行ってきたが、当該固体撮像装置は、ＭＯＳ型固体撮像装置であってもよい。

また、本実施形態に係る固体撮像装置での反射壁の断面形状は、図２に示すように、長方形であるが、当該反射壁の断面形状は、これに限らない。例えば、図８に示すように、当該反射壁の断面形状は、その幅が上部から下部に行くにしたがって狭くなるような形状であってもよい。これにより、図８に示すように、より効率よく斜光を開口部に集めることが可能となる。さらに、反射壁の下部の幅が狭くなるので、図２に示す反射壁よりも幅が狭くなった分だけ、反射壁を左右に大きく移動させることが可能となる。その結果、固体撮像装置の設計自由度が大きくなる。

また、本実施形態では、反射壁の材質は、金属であるとしているが、当該反射壁の材質はこれに限らない。例えば、反射壁の材質は、当該反射膜の周辺に存在する膜の材質よりも低い屈折率を有するような材料であってもよい。これにより、反射膜において全反射が生じて、金属が反射膜として用いられた場合と同じ効果を得ることが可能となる。

また、本実施形態では、ゲート電極は、１層構造を取っているが、当該ゲート電極の構造は、これに限らない。例えば、ゲート電極は、ゲート絶縁膜上に、ポリシリコン、シリコン酸化膜、ポリシリコンと堆積されたような複数層構造であってもよい。

また、本実施形態では、層内レンズ上に形成される平坦化膜は、ＳＯＧ等の樹脂系塗布、ＴＥＯＳ系ＳｉＯ２／ＢＰＳＧまたはバイアス高密度プラズマ法によるＳｉＯ２系ＣＶＤ膜によって薄膜を堆積後、エッチバックまたはＣＭＰ法により平坦化処理が施されることで形成されてもよい。また、当該平坦化膜は、ＳｉＯ２ではなく、ＳｉＯＮであってもよい。

また、本実施形態に係る固体撮像装置は、図９に示すように、反射壁および平坦化膜と、カラーフィルタとの間に素子平坦化膜７０が設けられる構造であってもよい。

また、本実施形態に係る固体撮像装置では、図２に示すように、遮光膜５８と反射壁６２とが接触しているが、これらは、必ずしも接触している必要はない。

本発明に係る固体撮像装置は、斜光による混色を防止することができると共に、各画素間に存在する受光感度のばらつきを低減することが必要な、複数の受光素子がマトリクス上に形成された固体撮像装置等の用途にも適用できる。

本発明の固体撮像装置の全体構成を示した図 本発明の固体撮像装置の断面構造を示した図 本発明の固体撮像装置の開口部と反射膜との配置関係を示した図 本発明の固体撮像装置の効果を説明するために用いる図 本発明の固体撮像装置の製造時の断面構造を示した図 本発明の固体撮像装置の製造時の断面構造を示した図 本発明の固体撮像装置の製造時の断面構造を示した図 本発明の固体撮像装置のその他の構成例を示した図 本発明の固体撮像装置のその他の構成例を示した図 従来の固体撮像装置の断面構造を示した図 従来の固体撮像装置の断面構造を示した図 従来の固体撮像装置の受光感度の分布を示した図

符号の説明

１ 受光部
２ 垂直ＣＣＤシフトレジスタ
３ 水平ＣＣＤシフトレジスタ
５１ 半導体基板
５２ ゲート絶縁膜
５３ ゲート電極
５４ フォトダイオード
５５ 電荷転送部
５７ 層間絶縁膜
５８ 遮光膜
５９ 絶縁膜
６０ 層内レンズ
６１ 平坦化膜
６２ 反射壁
６３ カラーフィルタ
６４ オンチップマイクロレンズ
７０ 素子平坦化膜

Claims (14)

1. 半導体基板と、前記半導体基板に設けた受光領域と、前記受光領域に設けた複数の受光素子と、複数の前記受光素子に対応して前記半導体基板上に設けられ前記受光素子が発生した電荷を読出す複数の電極と、前記電極を覆う遮光膜と、前記遮光膜の開口形状からなり前記受光素子に入射光を到達させる複数の開口部と、前記開口部および前記電極の上にあり前記開口部を挟んで互いに対向する反射壁と、前記反射壁および前記開口部の上に設けた複数のマイクロレンズとを有し、
   前記受光領域の周辺領域においてそれぞれ対応する前記マイクロレンズの中心と、前記開口部を挟んで互いに対向する前記反射壁の中心とは、前記受光領域の中心部に対し前記受光領域の中心方向にずらして配置され、
   前記反射壁のずらし量は、前記マイクロレンズのずらし量よりも小さいことを特徴とする、固体撮像装置。
2. 半導体基板と、前記半導体基板に設けた受光領域と、前記受光領域に設けた複数の受光素子と、複数の前記受光素子に対応して前記半導体基板上に設けられ前記受光素子が発生した電荷を読出す複数の電極と、前記電極を覆う遮光膜と、前記遮光膜の開口形状からなり前記受光素子に入射光を到達させる複数の開口部と、前記開口部および前記電極の上にあり前記開口部を挟んで互いに対向する反射壁と、前記反射壁の間及び前記開口部の上に設けた複数の第１マイクロレンズと、前記反射壁および前記開口部の上に設けた複数の第２マイクロレンズとを有し、
   前記受光領域の周辺領域においてそれぞれ対応する前記第１マイクロレンズの中心と、前記第２マイクロレンズの中心と、前記開口部を挟んで互いに対向する前記反射壁の中心とは、前記受光領域の中心部に対し前記受光領域の中心方向にずらして配置され、
   前記反射壁および第１マイクロレンズのずらし量は、前記第２マイクロレンズのずらし量よりも小さいことを特徴とする、固体撮像装置。
3. 前記反射壁と前記マイクロレンズと前記第１のマイクロレンズと前記第２のマイクロレンズのそれぞれのずれ量は、前記受光領域の中心から離れるに従って大きくなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
4. 前記反射壁は、鉛直方向の断面構造が上方から下方に向かって幅が狭くなる構造を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
5. 複数の前記反射壁の上に形成されるカラーフィルタを設けたことを特徴とする、請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
6. 前記反射壁は、金属であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
7. 前記反射壁は、前記反射壁の間の絶縁膜よりも低い屈折率を有する物質であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
8. 前記絶縁膜は、ＳＯＧ樹脂膜、ＳｉＯ２又はＳｉＯＮのいずれかにより形成されていることを特徴とする、請求項７に記載の固体撮像装置。
9. 前記固体撮像装置は、ＣＣＤ型固体撮像装置であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
10. 前記固体撮像装置は、ＭＯＳ型固体撮像装置であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
11. 半導体基板に規定した受光領域に複数の受光素子を形成する工程と、
    前記半導体基板の上かつ前記受光素子の周りに複数の電極を形成する工程と、
    前記電極の上に遮光膜と形成すると共に開口部を形成する工程と、
    前記開口部上に絶縁膜を堆積する工程と、
    前記絶縁膜上に前記開口部を仕切る保護マスクを形成する工程と、
    前記保護マスクを用いて前記絶縁膜を除去して反射壁を形成する工程と、
    前記反射壁および前記開口部の上に複数のマイクロレンズを形成する工程とを備えたことを特徴とする、固体撮像装置の製造方法。
12. 前記受光領域の周辺領域においてそれぞれ対応する前記マイクロレンズの中心と、前記開口部を挟んで互いに対向する前記反射壁の中心とは、前記受光領域の中心部に対し前記受光領域の中心方向にずらして配置され、
    前記反射壁のずらし量は、前記マイクロレンズのずらし量よりも小さいことを特徴とする、請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
13. 前記反射壁に光を反射する物質を埋めこみ形成する工程をさらに備え、
    第１の金属膜を前記反射壁に対してスパッタ法により堆積する工程と、
    第２の金属膜を前記第１の金属膜が形成された前記反射壁に対してＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により埋めこむ工程とを含むことを特徴とする、請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
14. 前記反射壁に光を反射する物質を埋めこむ形成する工程は、前記反射壁からはみ出した前記第１の金属膜および第２の金属膜をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）法により除去する工程をさらに含むことを特徴とする、請求項１３に記載の固体撮像装置の製造方法。

Images