JP2006237315A - 固体撮像装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】遮光層等のシュリンクを行う際に、遮光層兼配線層とその下層の配線との電気的不導通を防止する固体撮像装置を提供する。
【解決手段】遮光層兼配線層を、画素アレイ内で画素中心に対してその中心位置が変化する第二の金属層１０６Ａと、画素中心に対してその中心位置が変化しない第二の金属層１０６Ｂとが一体的に結合したパターンとすることにより、遮光層兼配線層と下層配線との電気的接続を確実にでき、高画質かつ高信頼性の固体撮像装置を得ることができる。
【選択図】図１
【解決手段】遮光層兼配線層を、画素アレイ内で画素中心に対してその中心位置が変化する第二の金属層１０６Ａと、画素中心に対してその中心位置が変化しない第二の金属層１０６Ｂとが一体的に結合したパターンとすることにより、遮光層兼配線層と下層配線との電気的接続を確実にでき、高画質かつ高信頼性の固体撮像装置を得ることができる。
【選択図】図１
Description
本発明は、固体撮像装置、特にＭＯＳ型イメージセンサの遮光膜パターンレイアウトに関する。
一般に、固体撮像装置は、フォトダイオードに蓄積された電荷を光電変換により電気信号として検出するものであり、特に半導体基板上に二次元的に垂直方向と水平方向に配列されたセルと信号検出回路から構成される。
従来の固体撮像装置としては、ＭＯＳ型イメージセンサとＣＣＤ（ｃｏｕｐｌｅｄ ｃｈａｒｇｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）が知られている。
ＭＯＳ型イメージセンサでは光電変換領域（フォトダイオード）で変換される信号電荷はトランジスタによって増幅されるため、高感度、低消費電力であり、さらに単一電源動作が可能である。
信号電荷蓄積領域のポテンシャルは光電変換により発生する信号電荷によって変調され、増幅トランジスタの増幅係数はそのポテンシャルによって変わる。また、ＭＯＳ型イメージセンサの場合には、増幅トランジスタは画素部に含まれているため、画素サイズの減少と画素数の増加を実現しやすい。
さらに、ＭＯＳ型イメージセンサには、さまざまな回路を同じ基板上に組み込みやすいという利点がある。例えば、周辺回路（レジスタ回路、タイミング回路）、Ａ／Ｄ変換回路（アナログ−デジタル変換回路）、命令回路、Ｄ／Ａ変換回路（デジタル−アナログ変換回路）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）である。それゆえ、ＭＯＳイメージセンサと同じチップ上に機能回路を組み込むことにより、低コストを実現できる。
図９に従来のＭＯＳ型イメージセンサの回路模式図を示す（例えば、特許文献１、２参照）。画像取り込み領域１０は複数のセル（１１−１−１，１１−１−２，・・・１１−３−３）から構成され、各セルは２次元的に配列される。
それぞれのセル１１は、光電変換素子であるフォトダイオード１２（１２−１−１，１２−１−２，・・・１２−３−３）、電荷転送トランジスタ１３（１３−１−１，１３−１−２，・・・１３−３−３）と電荷を消去するためのリセットトランジスタ１４（１４−１−１，１４−１−２，・・・１４−３−３）と、増幅トランジスタ１５（１５−１−１，１５−１−２，・・・１５−３−３）とから構成される。この場合、光電変換領域は、フォトダイオード１２、電荷転送トランジスタ１３から構成される。また、信号検出回路領域はリセットトランジスタ１４と増幅トランジスタ１５から構成される。
画像取り込み領域１０の周辺領域には、垂直シフトレジスタ２１、水平シフトレジスタ２２などの周辺回路領域を配置する。水平画素選択配線２４とリセット配線２３は水平シフトレジスタにより、セル位置の水平方向を選択する。さらに信号電荷を読み出すラインを決定するために、水平アドレス線２４はそれぞれの増幅トランジスタ１５のゲートに接続される。また、セル位置の垂直方向を選択するため、垂直方向の電圧入力トランジスタ２８を垂直信号線２６に接続している。
ＭＯＳ型イメージセンサとＣＣＤ型イメージセンサの共通点は、シリコン基板表面付近に形成されるフォトダイオードにて光電変換が行われることである。そして、両者とも、光電変換領域の上部には、金属遮光膜と集光レンズを形成することにより、入射光を光電変換領域に集光することが一般的である。しかし、ＣＣＤでは、光電変換領域と金属遮光膜の距離が、ＭＯＳ型イメージセンサに比べて小さく、比較的、光が入射しやすい。その理由はＭＯＳ型イメージセンサでは、ＣＣＤと異なり、電荷検出領域にＭＯＳ−ＦＥＴを形成するため、電圧供給のために複数層（２層以上）の金属配線が必要となるためである。また、金属遮光膜を電圧供給配線としても利用する手法も広く知られている。
図１０に一般的なＭＯＳイメージセンサの光電変換領域付近での模式図を示す（例えば、特許文献３、４参照）。
図１０（ａ）が画素アレイ領域の中心付近での平面模式図、図１０（ｂ）は周辺付近での平面模式図、図１０（ｃ）が画素アレイ領域の中心付近での断面模式図、図１０（ｄ）は周辺付近での断面模式図である。なお、図１０（ｃ）、（ｄ）では、第二の金属配線層１０６とフォトダイオード１１０と金属埋め込み層１０４の位置関係のみを示す。
ここで、光電変換領域は、半導体基板１０１内部に形成されたフォトダイオード１１０の上部に、第一の絶縁膜１０２、第一の金属層１０３、また、金属埋め込み層１０４、第二の絶縁膜１０５、第二の金属層１０６が形成されることで構成される。さらに、カラーフィルター１０７、第三の絶縁膜１０８が形成され、その上に集光レンズ１０９が形成される。図９に示した例では、デバイスを構成する材料は同じであるが、図１０（ｄ）では第一の金属層１０３、金属埋め込み層１０４、第二の金属層１０６が、画素アレイ領域の中心方向に、それぞれ距離ａ、ｂ、ｃ分シフトして形成されている点が異なる。
ここで、第一の絶縁膜１０２、第二の絶縁膜１０５は、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などから構成され、第三の絶縁膜１０８は、アクリルなどの樹脂から構成される。
第一の金属層１０３は、配線としての役割を果たし、アルミニウムや銅などから構成される。また、金属埋め込み層１０４は、タングステンなどから構成される。第二の金属層１０６は、画素アレイ上の光の入射を阻止するための遮光膜としての役割と、金属埋め込み層１０４と電気的に接続された配線層としての役割を持つ。
図１１に実際の光入射の模式図を示す。
図１１に示したように、光源が画素アレイ上の中心部の画素の直上にあるとすると、中心部の画素にはほぼ垂直に光が入射するのに対して、周辺部では斜め方向から光が入射する。そこで、周辺部の画素のフォトダイオード１１０に光が入射しやすいように、第二の金属層１０６とカラーフィルター１０７と集光レンズ１０９をそれぞれ所定の距離ａ、ｂ、ｃだけ、光源側（画素アレイ中心側）に移動させることが有効である（以降、シュリンクと呼ぶ）。
図１２は、画素アレイにおける各部の配置を示した図である。
図１２において、点線２０１はフォトダイオード１１０の配置、点線２０２は金属遮光膜１０６の配置、２０３はカラーフィルター１０７、２０４は集光レンズ１０９の配置を示す。
一般的に、フォトダイオード１１０に対して、第二の金属層１０６、カラーフィルター１０７、集光レンズ１０９の順に、各配置間隔は小さくなる。通常、周辺部でのフォトダイオード１１０に対する第二の金属層１０６、カラーフィルター１０７、集光レンズ１０９のずれをそれぞれａ、ｂ、ｃとしたとき、ａ＞ｂ＞ｃの関係とすることで、周辺部での中心部に対する入射光量低下を抑制できる。また、中心と画素アレイ端の間の画素でも、シュリンクは距離ａ＞ｂ＞ｃの関係を保つが、中心に近い画素ほど、ずれ量ａ、ｂ、ｃが小さくなることが一般的である。また、画素アレイの周辺部の最外周では、ａ、ｂ、ｃは、それぞれ、０．３〜２μｍ程度の大きさとなる。
特開平１０−１５０１８２号公報
特開２００３−４６８６５号公報
特許第２６００２５０号公報
特開２００１−２３７４０４号公報
上述したように、イメージセンサでは、フォトダイオード上に、遮光のための金属遮光膜を形成する。金属遮光膜はフォトダイオードより、基板の上方に形成するため、画素アレイ部周辺では中心部に比べて光が入射しにくくなり、周辺での光量が減少し、画質が劣化する。そこで、画素中心以外の領域では、金属遮光膜と集光レンズを光が入射しやすいように、位置をシフトする必要がある。
しかし、金属遮光膜１０６は下層の金属層１０３と電気的に接続された配線としても利用される。第一の金属層１０３は、通常、配線密度が高いため、そのピッチはフォトダイオード１１０への光入射を妨げない程度で小さく設定されている。
このとき、金属遮光膜１０６の位置を一定量以上シフトさせると、第一の導電層とのコンタクトマージンが無くなるため（例えば、図１０（ｂ））、金属遮光膜１０６の位置シフト量はこの点から制限される。
しかし、この位置シフト量が制限されると、中心と周辺で入射光量が異なることによる画質劣化（感度シェーディング）が発生するおそれがあることは上述の通りである。
特に、最近のデジタルスチルカメラやカメラ付携帯電話においては、ＭＯＳ型イメージセンサに対して、低コストだけでなく、ＣＣＤに匹敵するもしくはそれ以上の高画質、高性能であることが要求されており、画質の劣化の許容範囲はきわめて小さくなってきている。
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、金属遮光膜のパターンを、主に遮光及び配線としての役割を果たす部分と、主に下層配線とのコンタクトを取るための部分との結合パターンとして構成し、それぞれのパターンの画素内での位置を、画素アレイの中心と周辺とで変化させることで、中心と周辺とでの入射光量差を低減しつつ、下層配線とのコンタクトが確実に行える固体撮像装置を提供することを目的とする。
上記の課題を解決するため、本発明の固体撮像装置は、半導体基板に、少なくとも光電変換部と信号検出部を有する画素が２次元的に配置された画素アレイと、前記画素毎に設けられ、少なくとも前記光電変換部の上部に開口部を有する遮光部が２次元的に配置された遮光アレイを備え、前記遮光部は、複数のパターンが一体的に結合して構成され、前記複数のパターンは、前記画素の中心に対する中心位置が一定である第１のパターンと、前記画素の中心に対する中心位置が前記画素アレイ内で変化する第２のパターンと、を少なくとも含むことを特徴とする。
前記第２のパターンは、前記開口部を有することが好ましい。
前記画素アレイ内において、前記第１のパターンは、一定のピッチで配置されていることが好ましい。
前記第１のパターンは、前記画素の配置ピッチと同じピッチで配置されていることがさらに好ましい。
前記第１のパターンの中心位置と前記第２のパターンの中心位置との距離が、前記画素アレイの中心から周辺にかけて連続的あるいは階段的に変化することが好ましい。
前記画素アレイ内において、前記第１のパターンおよび前記第２のパターンの幅は、それぞれ一定であることが好ましい。
前記画素アレイ内において、前記第１のパターンは、その幅が変化することが好ましい。
前記画素アレイの中心領域において、前記第１のパターンの幅は、前記第２のパターンの幅と等しいことがさらに好ましい。
前記画素アレイは縦方向と横方向とで外周の１辺の長さが異なり、前記第２のパターンにおいて、前記縦方向または前記横方向のうち、前記外周の１辺が長い方向に延びる部分にのみ、前記第１のパターンが結合していることが好ましい。
前記画素アレイは縦方向と横方向とで画素数が異なることが好ましい。
前記遮光部は配線を兼ねることが好ましい。
前記遮光部と前記光電変換部との間に導電層が設けられ、前記導電層と前記遮光部とが電気的に接続されていることが好ましい。
前記導電層と前記第１のパターンとが電気的に接続されていることがさらに好ましい。
前記導電層の配置ピッチと、前記第１のパターンとの配置ピッチが同じであることがさらに好ましい。
本発明の別の固体撮像装置は、半導体基板に、少なくとも光電変換部と信号検出部を有する画素が２次元的に配置された画素アレイと、前記画素毎に設けられ、少なくとも前記光電変換部の上部に開口部を有する遮光部が２次元的に配置された遮光アレイを備え、前記遮光部は、複数のパターンが一体的に結合して構成され、前記複数のパターンは、前記画素の中心に対する中心位置が一定である第１のパターンと、前記画素の中心に対する中心位置が前記画素アレイ内で変化する第２のパターンと、を少なくとも含み、前記画素アレイが複数の領域に分割されており、前記第１のパターンの配置ピッチが、各領域毎に異なることを特徴とする。
本発明によれば、画素アレイ領域周辺での入射光量低下による感度シェーディングを抑制し、かつ下層配線と上層配線を良好に接続でき、高性能かつ高信頼性の固体撮像装置が得られる。
また、従来の構造と同様の工程で製造可能であり、新たに製造工程を追加する必要が無く、コスト面で有利である。
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１の固体撮像装置について述べる。
本発明の実施の形態１の固体撮像装置について述べる。
図１は本発明の実施の形態１における固体撮像装置の構造模式図であり、回路構成は図９に示したのと同様である。
図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、画素アレイ中心と周辺付近の平面模式図を示し、図１（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、画素アレイ中心と周辺付近における画素中心と金属埋め込み層の中心とを通る線に沿った断面の模式図である。
図１（ｃ）、（ｄ）に示したように、半導体基板１０１の内部に形成されたフォトダイオード１１０の上部に第一の絶縁膜１０２を介して、第一の金属層１０３が形成される。さらに、第二の絶縁膜１０５を介して、その上部に第二の金属層１０６Ａ、１０６Ｂが形成される。なお、発明の理解の便宜上、第二の金属層１０６Ａ、１０６Ｂと分けて記述しているが、実際にはこれらが一体的に結合して一つのパターンを構成している。
また、第一の金属層１０３と第二の金属層１０６Ａ、１０６Ｂとは、金属埋め込み層（コンタクト）１０４を介して、電気的に接続される。
本実施の形態では、主に第二の金属層１０６Ａによって、遮光を行なっているため、画素周辺では光電変換領域への光の入射量が多くなるように、第二の金属層１０６Ａを画素アレイの中心方向にシフトしなければならない。
一方、第二の金属層１０６Ｂは、主に金属埋め込み層１０４を介して第二の金属層１０６Ａと第一の金属層１０３とを電気的に接続するために設けられている。
また、第一の金属層１０３及び第二の金属層１０６Ａ、１０６Ｂとは、それぞれ固体撮像装置内での素子間あるいは内部回路間をつなぐ配線の役割を果たす。
上述したように、本実施の形態では、第二の金属層１０６Ａの画素内での位置がシフトしても、第二の金属層１０６Ａと金属埋め込み層１０４とが電気的に不導通にならないようにするため、第二の金属層１０６Ｂは、画素アレイ中の画素の配置ピッチと等ピッチで、金属埋め込み層１０４の上部に形成される。
このとき、金属埋め込み層１０４および第一の金属層１０３も、それぞれ、画素アレイ中の画素の配置ピッチと等ピッチに配置されている。
遮光膜兼配線層である第二の金属層１０６Ａ、１０６Ｂを上記の構成とすることで、第二の金属層１０６Ａと金属埋め込み層１０４との導通を維持したまま、画素内での第二の金属層１０６Ａの位置をシフトさせることが可能となる。
さらに、第二の金属層１０６Ａ、１０６Ｂの上部に、色フィルタ１０７を形成し、第三の絶縁膜１０８を介して、集光レンズ１０９が形成される。色フィルタ１０７と集光レンズ１０９は図１０に示した従来の方法と同様に、画素アレイ部の中心方向に向かってシフトさせる。
図２は、本実施の形態における画素アレイ内での第二の金属層の配置を示す図であり、図２（ａ）は画素アレイ内での第二の金属層１０６Ａの位置シフト量の変化を示す図、図２（ｂ）は画素アレイ内での第二の金属層１０６Ｂの配置ピッチを示す図である。
各画素でのシフト量は、図２（ａ）に示すように画素中心から周辺に向かうに従って、連続的、または階段状で変化するようにすることが好ましい。理由は、急激にシフト量を変化させると、その付近の光電変換領域での入射光量が急激に変化し、画像として表示した場合、急激に画像の明暗の変化が生じるためである。また、図２（ｂ）に示すように、第二の金属層１０６Ｂのピッチは、画素アレイ全領域で同一である。
なお、通常、光電変換領域の集光を考慮すると、第二の金属層１０６Ａのシフト量は０．５〜２μｍ程度であることが望ましい。そうすることにより、シフトさせない場合には、画素アレイ中心での入射光量に比べ、周辺では光量は６０％以下になるのに対して、本実施の形態でシフトさせた場合には、７０〜９０％程度となる。このような周辺での光量低下は、実際に画像で見た場合に、周辺では画像が暗くなる現象として現れる。
本実施の形態によれば、そのような現象を大幅に改善することが可能である。
また、第二の金属層１０６Ｂの面積は、金属埋め込み層１０４との加工上のマージンおよび第一の金属層１０３と第二の金属層１０６Ａ、１０６Ｂとの電気的接続の信頼性を考慮して決定される。
具体的には、第二の金属層１０６Ａと第二の金属層１０６Ｂ、金属埋め込み層１０４とが不導通にならないように、第二の金属層１０６Ｂのパターン幅ｄは次のように設定される。
パターン幅ｄは、第二の金属層１０６Ａのシフト方向のパターン幅をｇ、画素アレイにおける最外周部での第二の金属層１０６Ａの位置シフト量をｃ、金属埋め込み層１０４のパターン幅をＷとしたとき、
ｄ＝Ｗ＋ｃ−（ｇ／２） （式１）
と表される。
ｄ＝Ｗ＋ｃ−（ｇ／２） （式１）
と表される。
なお、ｃは画素中心と第二の金属層１０６Ａの中心とが一致するとき０である。
通常、ｃは０．４〜１μｍ程度であり、Ｗは０．１〜０．４μｍ程度、ｇは１〜３μｍである。ｄは、０．５〜２．０μｍ程度である。
（実施の形態２）
図３は本発明の実施の形態２における画素アレイの平面模式図を示す。各画素でのデバイス構造は図１に示した構造と同様であり、また、回路構成は図９に示した構成と同様である。
図３は本発明の実施の形態２における画素アレイの平面模式図を示す。各画素でのデバイス構造は図１に示した構造と同様であり、また、回路構成は図９に示した構成と同様である。
実施の形態１に示した例との違いは、対向する位置にある第二の金属層１０６Ｂ間の距離、つまり、図１（ａ）、（ｂ）に示したピッチＰが、画素アレイ上の複数に分割された領域毎に、異なることである。具体的には、図３に示すように、分割領域は、同心円状（図３（ａ））、または長方形状（図３（ｂ））である。それぞれの領域内では距離Ｄは一定であるが、各領域毎にＤの大きさは異なる。
このことは、各領域における第二の金属層１０６Ａの開口径が、複数に分割された領域内では一定で、領域が異なると変化すると言うことに実質的に対応している。
図４にその一例を示す。図４には第二の金属層１０６Ｂのピッチの変化を示した。
各画素に入射する光の入射角が、画素アレイの中心領域で線形的に増加し、ある程度離れた領域では一定になるため、図４に示したように、遮光層である第二の金属層１０６Ｂのピッチ、言い換えれば第二の金属層１０６Ａの開口径が画素アレイの中心から周辺にかけて小さくなるように規定してやれば、それぞれの領域毎に光が最も入射しやすくなるようにすることが可能となり、感度シェーディングを効果的に抑制できる。
（実施の形態３）
図５は本発明の実施の形態３における固体撮像装置の構造模式図であり、回路構成は図９に示したのと同様である。
図５は本発明の実施の形態３における固体撮像装置の構造模式図であり、回路構成は図９に示したのと同様である。
図５（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、画素アレイ中心と周辺付近の平面模式図を示し、図５（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、画素アレイ中心と周辺付近における画素中心と金属埋め込み層の中心とを通る線に沿った断面の模式図である。
本実施の形態と、実施の形態１に示した例との違いは、実施の形態１では第二の金属層１０６Ｂの形状が各画素で同一であるのに対して、実施の形態２では、各画素で形状もしくは寸法が変化することである。
具体的には、図６に示すように、第二の金属層１０６Ｂの幅ｄを、第二の金属層１０６Ａのシフト量に対応して変化させる。
画素アレイにおける各画素での第二の金属層１０６Ａの位置シフト量をｃ’とすると
ｄ’＝ｗ＋ｃ’−（ｇ／２）＋α （式２）
と表される。
ｄ’＝ｗ＋ｃ’−（ｇ／２）＋α （式２）
と表される。
言い換えると、（式１）では、第二の金属層１０６Ａのシフト量を最大（画素アレイの最外周部）に固定して、パターン幅を設計しているのに対し、本実施の形態では、画素アレイ内で変化するシフト量をパラメータとして、パターン幅ｄ’を可変としている点で異なる。
本実施の形態によれば、各画素において、第二の金属層１０６Ｂがフォトダイオード１１０の上部で占める面積率を最小限に抑えることが可能となり、フォトダイオード１１０に入射する光量を大きくすることができる。このことにより、フォトダイオード１１０で光電変換された出力電気信号（通常、電圧）が大きくなり、Ｓ／Ｎ比の向上、高画質化を実現できる。
ただし、ｄ’の寸法は第二の金属層１０６Ａのシフト量が０、すなわち、画素中心と第二の金属層１０６Ａの中心とが一致していても、有限の大きさはｄ１となる。
この様子を図６（ｂ）に示した。
このようにｄの大きさが制限される理由は、以下の通りである。
金属埋め込み層１０４と第二の金属層１０６Ｂとは、製造工程において、別々に形成されるため、加工上、特にリソグラフィー工程での位置ずれが生じる。
そこで、この加工マージン確保のため、第二の金属層１０６Ｂをあらかじめ、ずれ量の最大値だけ大きめに形成することが必要である。
このマージン分が（式２）に示したαであり、具体的には、ｄ１は第二の金属層１０６Ｂのパターン幅ｇ程度となる。ｄ１をｇより小さくしても光量を増加させる効果はさほど大きくなく、むしろ電気的不導通を引き起こすおそれのほうが高くなるからである。また、図６（ｂ）に示したように、第二の金属層１０６Ａの位置シフト量がｄ１／２を超えたときに、電気的に不導通にならないようにｄを増加させる必要が生じる。通常は、加工時の金属埋め込み層１０４と第二の金属層１０６Ｂとの位置ずれの最大値が０．１μｍ程度であるのに対して、第二の金属層１０６Ａのシフト量は１μｍ程度である。
（実施の形態４）
図７に本発明の実施の形態４における固体撮像装置の平面模式図を示す。この撮像装置の断面構造および回路構成は実施の形態１〜３と同様である。
図７に本発明の実施の形態４における固体撮像装置の平面模式図を示す。この撮像装置の断面構造および回路構成は実施の形態１〜３と同様である。
本実施の形態と実施の形態１、２との違いは、金属埋め込み層１０４を画素アレイの縦方向に配列されたフォトダイオード間に配置することである。
通常、図８（ａ）に示すように、固体撮像装置は、画素アレイの横方向と縦方向の画素数の比が３：４で形成される。Ｈ端、Ｖ端、Ｄ端とは、それぞれ、図８（ａ）に示すように、画素アレイ最外周の横方向、縦方向、対角線方向の端の位置を指す。
また、第二の金属層１０６Ａの１画素当りのシフト量は、画素アレイの中心からの位置が同じであれば、縦方向と横方向で等しい。画素アレイの中心に対して光の入射方向は点対称となるためである。
そうすると、縦方向の端（Ｖ端）でのシフト量は横方向の端（Ｈ端）の３／４になるが、第二の金属層１０６Ｂのパターン幅ｄは、上述したように第二の金属層１０６Ｂの移動量に比例して大きくなる（図８（ｂ））。一方、図８（ｃ）に示したように、第二の金属層１０６Ｂと第二の金属層１０６Ａとの配置関係は、一方向のみではなく、設計上、許容する範囲において任意である。
従って、図８（ｃ）のように第二の金属層１０６Ｂが配置されているとき、そのパターン幅ｄは、縦方向の端（Ｖ端）よりも横方向の端（Ｈ端）で大きくなる。
しかし、このように第二の金属層１０６Ｂのパターン幅ｄが大きくなると、遮光領域の面積が増大し、画素の微細化が図れない恐れがある。通常、ｄは０．５〜２．０μｍである。
そこで、図７に示すように金属埋め込み層１０４を縦方向に配列されたフォトダイオード間のみに配置すれば、第二の金属層１０６Ｂの大きさｄを小さくすることが可能となり、遮光領域の縮小ひいては画素の微細化に有効である。また、ｄが小さくなれば、フォトダイオード１１０への入射光量は大きくなり、上述したようにＳ／Ｎ比の向上、画質の向上が図れる。
なお、実施の形態１〜４において、画素内の各素子の構造等は特に限定されない。
また、第一の金属層１０３は、ＡＬやＷ等を主要部とする金属配線でもよく、あるいは画素内のトランジスタのゲート電極あるいは拡散層であっても良い。
また、第二の金属層１０６Ａ、１０６Ｂは、遮光層及び配線としての機能を有していれば、その材質等は特に限定しない。
同様に、金属埋め込み層１０４も導体であればよく、金属以外に例えば、低抵抗のポリシリコンプラグ等であってもよい。
本発明に係る固体撮像装置によれば、シュリンクを行った場合でも、画素に入射する光量を落とさず、かつ遮光層兼配線層と下層配線との電気的接続を確実にでき、高画質かつ高信頼性の固体撮像装置が得る上で有用である。
１０ 信号取り出し領域
１２−１−１〜１２−３−３ フォトダイオード
１３−１−１〜１３−３−３ 電荷転送トランジスタ
１４−１−１〜１４−３−３ リセットトランジスタ
１５−１−１〜１５−３−３ 増幅トランジスタ
２１ 垂直シフトレジスタ
２２ 水平シフトレジスタ
２３−１〜２３−３ リセット配線
２４−１〜２４−３ 水平画素選択配線
２５−１〜２５−３ 電流安定トランジスタ
２６−１〜２６−３ 垂直信号配線
２８−１〜２８−３ 電圧入力トランジスタ
１０１ 半導体基板
１０２ 第一の絶縁膜
１０３ 第一の金属層
１０４ 金属埋め込み層
１０５ 第二の絶縁膜
１０６Ａ、１０６Ｂ 第二の金属層
１０７ カラーフィルター層
１０８ 第三の絶縁膜
１０９ 集光レンズ
２０１ 画素アレイ
２０２ 金属層アレイ
２０３ フィルターアレイ
２０４ 集光レンズ・アレイ
１２−１−１〜１２−３−３ フォトダイオード
１３−１−１〜１３−３−３ 電荷転送トランジスタ
１４−１−１〜１４−３−３ リセットトランジスタ
１５−１−１〜１５−３−３ 増幅トランジスタ
２１ 垂直シフトレジスタ
２２ 水平シフトレジスタ
２３−１〜２３−３ リセット配線
２４−１〜２４−３ 水平画素選択配線
２５−１〜２５−３ 電流安定トランジスタ
２６−１〜２６−３ 垂直信号配線
２８−１〜２８−３ 電圧入力トランジスタ
１０１ 半導体基板
１０２ 第一の絶縁膜
１０３ 第一の金属層
１０４ 金属埋め込み層
１０５ 第二の絶縁膜
１０６Ａ、１０６Ｂ 第二の金属層
１０７ カラーフィルター層
１０８ 第三の絶縁膜
１０９ 集光レンズ
２０１ 画素アレイ
２０２ 金属層アレイ
２０３ フィルターアレイ
２０４ 集光レンズ・アレイ
Claims (15)
- 半導体基板に、少なくとも光電変換部と信号検出部を有する画素が２次元的に配置された画素アレイと、
前記画素毎に設けられ、少なくとも前記光電変換部の上部に開口部を有する遮光部が２次元的に配置された遮光アレイを備え、
前記遮光部は、複数のパターンが一体的に結合して構成され、
前記複数のパターンは、
前記画素の中心に対する中心位置が一定である第１のパターンと、
前記画素の中心に対する中心位置が前記画素アレイ内で変化する第２のパターンと、を少なくとも含むことを特徴とする固体撮像装置。 - 半導体基板に、少なくとも光電変換部と信号検出部を有する画素が２次元的に配置された画素アレイと、
前記画素毎に設けられ、少なくとも前記光電変換部の上部に開口部を有する遮光部が２次元的に配置された遮光アレイを備え、
前記遮光部は、複数のパターンが一体的に結合して構成され、
前記複数のパターンは、
前記画素の中心に対する中心位置が一定である第１のパターンと、
前記画素の中心に対する中心位置が前記画素アレイ内で変化する第２のパターンと、を少なくとも含み、
前記画素アレイが複数の領域に分割されており、
前記第１のパターンの配置ピッチが、各領域毎に異なることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記画素アレイ内において、
前記第１のパターンは、一定のピッチで配置されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。 - 前記第１のパターンは、前記画素の配置ピッチと同じピッチで配置されていることを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
- 前記第１のパターンの中心位置と前記第２のパターンの中心位置との距離が、前記画素アレイの中心から周辺にかけて連続的あるいは階段的に変化することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記画素アレイ内において、
前記第１のパターンおよび前記第２のパターンの幅は、それぞれ一定であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記画素アレイ内において、
前記第１のパターンは、その幅が変化することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記画素アレイの中心領域において、
前記第１のパターンの幅は、前記第２のパターンの幅と等しいことを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置。 - 前記画素アレイは縦方向と横方向とで外周の１辺の長さが異なり、
前記第２のパターンにおいて、前記縦方向または前記横方向のうち、前記外周の１辺が長い方向に延びる部分にのみ、前記第１のパターンが結合していることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記画素アレイは縦方向と横方向とで画素数が異なることを特徴とする請求項９記載の固体撮像装置。
- 前記第２のパターンは、前記開口部を有することを特徴とする請求項１ないし１０のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記遮光部は配線を兼ねることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記遮光部と前記光電変換部との間に導電層が設けられ、前記導電層と前記遮光部とが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１２記載の固体撮像装置。
- 前記導電層と前記第１のパターンとが電気的に接続されていることを特徴とする請求項１３記載の固体撮像装置。
- 前記導電層の配置ピッチと、前記第１のパターンとの配置ピッチが同じであることを特徴とする請求項１４記載の固体撮像装置。
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