JP2009158944A - 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及び電子機器 - Google Patents
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Abstract
【課題】赤外光をカットする層内光学フィルタ層を有する固体撮像装置における感度の向上、混色の発生を抑制した固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及びこの固体撮像装置を備えた電子機器を提供する。
【解決手段】光電変換部31と画素トランジスタを含む画素22が複数配列され、所要の画素22の光電変換部31の受光面に対向して赤外光をカットする層内光学フィルタ層62が形成され、層内光学フィルタ層62より下部に層内レンズ72が形成されて成る。
【選択図】図4
【解決手段】光電変換部31と画素トランジスタを含む画素22が複数配列され、所要の画素22の光電変換部31の受光面に対向して赤外光をカットする層内光学フィルタ層62が形成され、層内光学フィルタ層62より下部に層内レンズ72が形成されて成る。
【選択図】図4
Description
本発明は、固体撮像装置、特に光電変換部と画素トランジスタを画素内に含む固体撮像装置、例えばMOSイメージセンサ等に関する。
また、本発明は、かかる固体撮像装置を備えた電子機器に関する。
また、本発明は、かかる固体撮像装置を備えた電子機器に関する。
固体撮像装置は、CCDイメージセンサに代表される電荷転送型固体撮像装置と、CMOSイメージセンサに代表される増幅型固体撮像装置とに大別される。CCDイメージセンサとCMOSイメージセンサとを比較すると、CCDイメージセンサでは、信号電荷の転送に高い駆動電圧を必要とするため、CMOSイメージセンサに比べて電源電圧が高くならざるを得ない。このように、CMOSイメージセンサは、消費電力の点などから、CCDイメージセンサに比べて有利とされている。
従って、近年、カメラ付き携帯電話やPDA(Personal Digital Assistant)などのモバイル機器に搭載されている固体撮像装置としては、CCDイメージセンサよりも有利なCMOSイメージセンサが多く用いられている。
モバイル機器等に用いられる固体撮像装置においては、小型化、高解像度化に伴い1画素あたりの面積が縮小され、この1画素の面積の縮小に伴い、光電変換部となるフォトダイオードの面積が減少し、光電変換される電子(ホール)の数も減少していた。画素面積の縮小は、光の集光に対して不利であり、感度の低下やS/Nの低下などを招くことになる。このため、従来、赤外光(IR)をカットする層内光学フィルタ層(赤外光カットフィルタ層)を有するカラー画素と赤外光を入射する画素とを単位画素マトリクスとして有する固体撮像装置が知られている(特許文献1参照)。層内光学フィルタ層を有し、カラー画素と、赤外光を入射する画素とを単位画素として有することにより、暗い被写体を明るく撮影できる効果を有する。
通常のカラー画素に赤外光が入射すると、色再現性が悪くなる。このため、上記赤外光を使って感度、S/Nを改善する方法では、屈折率差を利用した誘電体多層膜などの上述した層内光学フィルタ層を用いることにより、カラー画素から赤外光をカットしていた。
図18に、赤外光カットフィルタ層の無いCMOSイメージセンサを示し、図17に赤外光カットフィルタ層を有するCMOSイメージセンサを示す。図18及び図17では、構成を分かり易くするために、画素をフォトダイオード(PD)のみで代表させ、画素トランジスタを省略した状態で模式的に表している。
図18に示すCMOSイメージセンサ1は、半導体基板2の主面側に光電変換部となるフォトダイオード(PD)3と複数の画素トランジスタ(MOSトランジスタ:図示せず)で構成された複数の画素が、2次元アレイ状に形成されてなる撮像領域を有する。この画素が形成された半導体基板2の主面上に層間絶縁膜4を介して複数層の配線5が形成された多層配線層6が形成される。さらに、この上に平坦化膜(図示せず)を介してカラーフィルタ7及びオンチップマイクロレンズ8が形成される。
図17に示すCMOSイメージセンサ11は、半導体基板2の主面側に光電変換部となるフォトダイオード(PD)3と複数の画素トランジスタ(MOSトランジスタ:図示せず)で構成された複数の画素が、2次元アレイ状に形成されてなる撮像領域を有する。この画素が形成された半導体基板2の主面上に層間絶縁膜4を介して複数層の配線5が形成された多層配線層6が形成され、この多層配線層6上に赤外光の入射をカットするべき画素に対応して、層内光学フィルタ層(赤外光カットフィルタ層)12が形成される。すなわち、赤(R),緑(G),青(B)の各画素の上部には層内光学フィルタ層12が形成され、他の1つの画素(いわゆるIR画素)の上部には層内光学フィルタ層12が形成されない。そして、層内光学フィルタ層12が形成されない領域に埋め込み層13が形成され、平坦化膜14を介してカラーフィルタ7及びオンチップマイクロレンズ8が形成される。ここで、R,G,Bの各画素とIR画素の4つの1画素で単位画素マトリクスが構成される。IR画素に対応するカラーフィルタは、可視光及び赤外光が透過するフィルタで形成される。誘電体多層膜による層内光学フィルタ層12は、成膜温度の制限から、オンチップマイクロレンズ8、カラーフィルタ7、有機膜などによる平坦化膜14の下部に配置する必要があった。
このCMOSイメージセンサ11では、IR画素により赤外光を積極的に利用しているので、例えば暗い被写体を明るく撮りたい場合に、色調がとれて明るく撮ることができるなど、感度、S/Nなどを上げることができる。
一方、各画素のフォトダイオード(PD)への集光効率を高めるために層内レンズを設けるようにした固体撮像装置も知られている(特許文献2参照)。
ところで、上述した図17で示すCMOSイメージセンサ11においては、フォトダイオード(PD)3の受光面からオンチップマイクロレンズ8までの距離H1が、図18のCMOSイメージセンサ1における距離H2に比べて大きくなる。これは、図17に示すCMOSイメージセンサにおいて層内レンズが形成されているためである。この距離H1が大きくなることによって、入射光のフォトダイオード(PD)3への到達確率が減り、また、オンチップマイクロレンズ8による集光が不十分となる。このため、カラーフィルタを通過して目的の画素に入射する色光、特に斜め光L′が隣接する他の色の画素に入り易くなる。これにより、感度の低下、混色の増加を来たす虞れがあった。
また、図17に示すように、赤外光をカットするフィルタとして、誘電体多層膜からなる層内光学フィルタ層12を用いる場合には、層厚が増加すると共に、層内光学フィルタ層12を多層膜で形成するため、工程数が増加するという問題がある。また、多層膜によって層内光学フィルタ層12を構成し、多層膜の屈折率の変化を用いて赤外光をカットする場合には、多層膜の総数の制限や、各層のバラツキにより、波長の光のスペクトルにリップルが発生し、リップルが画面内やチップ間でばらつく。これにより、最適な分光特性を得ることができない。
本発明は、上述の点に鑑み、赤外光をカットする層内光学フィルタ層を有すると共に、感度の向上、混色の発生を抑制した固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、及びこの固体撮像装置を備えた電子機器を提供するものである。
本発明に係る固体撮像装置は、画素と、カラーフィルタと、層内光学フィルタ層と、層内レンズを有する。画素は、光電変換部と画素トランジスタを含んで複数配列されている。カラーフィルタは、画素の光電変換部の受光面に対向して形成されている。層内光学フィルタ層は、所要の画素の光電変換部と、カラーフィルタとの間に形成されている。層内レンズは、層内光学フィルタ層より下部に形成されている。
また、本発明に係る固体撮像装置は、画素と、カラーフィルタと、層内光学フィルタ層を有する。画素は、光電変換部と画素トランジスタを含んで複数配列されている。カラーフィルタは、画素の光電変換部の受光面に対向して形成されている。層内光学フィルタ層は、所要の画素の光電変換部と、カラーフィルタとの間に形成され、赤外光をカットする有機材料から構成されている。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、以下の工程を有して行われる。
まず、基板上に光電変換部と画素トランジスタとを含む画素を複数配列して形成する。次に、画素の光電変換部の受光面に対向する所望の領域に、赤外光をカットする有機材料からなる層内光学フィルタ層を形成する。次に、層内光学フィルタ層よりも上部の、画素の光電変換部の受光面に対向する所望の領域に、カラーフィルタを形成する。次に、カラーフィルタよりも上部の、画素の光電変換部の受光面に対向する全領域にオンチップマイクロレンズを形成する。
まず、基板上に光電変換部と画素トランジスタとを含む画素を複数配列して形成する。次に、画素の光電変換部の受光面に対向する所望の領域に、赤外光をカットする有機材料からなる層内光学フィルタ層を形成する。次に、層内光学フィルタ層よりも上部の、画素の光電変換部の受光面に対向する所望の領域に、カラーフィルタを形成する。次に、カラーフィルタよりも上部の、画素の光電変換部の受光面に対向する全領域にオンチップマイクロレンズを形成する。
本発明に係る電子機器は、固体撮像装置と光学レンズ系を備える。固体撮像装置は、光電変換部と画素トランジスタを含む画素が複数配列され、所要の画素の光電変換部の受光面に対向して赤外光をカットする層内光学フィルタ層が形成され、層内光学フィルタ層より下部に層内レンズが形成されていることを特徴とする。
本発明における固体撮像装置では、赤外光をカットする層内光学フィルタ層より下部に層内レンズが形成されるので、斜め光が層内レンズで集光され目的の光電変換部に入射される。
本発明に係る固体撮像装置によれば、斜めに入る光が層内光学フィルタ層より下部の層内レンズで集光され、隣接する画素への光入射が抑制されるので、感度を向上し、混色の発生を抑制することができる。
本発明に係る電子機器によれば、上記固体撮像装置を備えるので、感度が向上し、混色の発生が抑制され、高画質化が図れる。
本発明に係る電子機器によれば、上記固体撮像装置を備えるので、感度が向上し、混色の発生が抑制され、高画質化が図れる。
以下に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器の一例を、図1〜図16を参照しながら説明する。本発明の実施形態は以下の順で説明する。なお、本発明は以下の例に限定されるものではない。
1.第1の実施形態:多層膜の層内光学フィルタ層と、層内レンズを構成する例
2.第2の実施形態:多層膜の層内光学フィルタ層と、層内レンズを構成する例
3.第3の実施形態:多層膜の層内光学フィルタ層と、層内レンズを構成する例
4.第4の実施形態:多層膜の層内光学フィルタ層と、層内レンズを構成する例
5.第5の実施形態:有機材料からなる層内光学フィルタ層と、層内レンズを構成する例
6.第6の実施形態:有機材料からなる層内光学フィルタ層と、光導波路を構成する例
7.第7の実施形態:有機材料からなる層内光学フィルタ層と、層内レンズと、形状の異なるオンチップマイクロレンズを構成する例
8.第8の実施形態:有機材料からなる層内光学フィルタ層を構成する例
9.第9の実施形態:電子機器
1.第1の実施形態:多層膜の層内光学フィルタ層と、層内レンズを構成する例
2.第2の実施形態:多層膜の層内光学フィルタ層と、層内レンズを構成する例
3.第3の実施形態:多層膜の層内光学フィルタ層と、層内レンズを構成する例
4.第4の実施形態:多層膜の層内光学フィルタ層と、層内レンズを構成する例
5.第5の実施形態:有機材料からなる層内光学フィルタ層と、層内レンズを構成する例
6.第6の実施形態:有機材料からなる層内光学フィルタ層と、光導波路を構成する例
7.第7の実施形態:有機材料からなる層内光学フィルタ層と、層内レンズと、形状の異なるオンチップマイクロレンズを構成する例
8.第8の実施形態:有機材料からなる層内光学フィルタ層を構成する例
9.第9の実施形態:電子機器
まず、図1に、本発明に係る固体撮像装置、すなわちCMOS固体撮像装置(イメージセンサ)の一実施の形態の全体の概略構成を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置21は、半導体基板100上に、撮像領域23と、その周辺回路として垂直駆動回路24と、カラム信号処理回路25と、水平駆動回路26と、出力回路27と、制御回路28等を有して構成される。半導体基板100は、例えばシリコン基板からなり、また、撮像領域23は、規則的に2次元アレイ状に配列された複数の光電変換部を含む画素22を有する。
制御回路28は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路24、カラム信号処理回路25及び水平駆動回路26などの動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成する。そして生成した制御信号を、垂直駆動回路24、カラム信号処理回路25及び水平駆動回路26等に入力する。
垂直駆動回路24は、例えばシフトレジスタによって構成される。ここでは、撮像領域23の各画素22を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線29を通して各画素22の光電変換部(フォトダイオード)において受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号をカラム信号処理回路25に供給する。
カラム信号処理回路25は、画素22の例えば列毎に配置されている。ここでは、CDS回路(相関二重サンプリング回路)により、1行分の画素22から出力される信号を画素列毎に黒基準画素(図示しないが、有効画素領域の周囲に形成される)からの信号によってノイズを除去したり、信号増幅等の信号処理を行う。ノイズとは、画素22固有の固定パターンノイズである。カラム信号処理回路25の出力段には、水平選択スイッチ(図示せず)が水平信号線30との間に接続されて設けられる。
水平駆動回路26は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路25の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路25の各々から画素信号を水平信号線30に出力させる。
出力回路27は、カラム信号処理回路25の各々から水平信号線30を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。
出力回路27は、カラム信号処理回路25の各々から水平信号線30を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。
図2は、上記画素22の一例の等価回路である。画素22は、光電変換部を構成する例えばフォトダイオード(PD)31と、複数の画素トランジスタ、いわゆるMOSトランジスタを有して成る。複数のMOSトランジスタは、例えば転送用トランジスタ32と、リセット用トランジスタ33と、増幅用トランジスタ34と、選択用トランジスタ35で構成される。
フォトダイオード(PD)31は、受光した光量に応じた電荷量の光電荷(ここでは、電子)に光電変換する。フォトダイオード(PD)31のカソードは、転送用トランジスタ32を介して増幅用トランジスタ34のゲートに接続される。この増幅用トランジスタ34のゲートと電気的に繋がったノードをフローティング・ディフージョン部FDと呼ぶ。このフローティング・ディフージョン部FDは、転送用トランジスタ32のドレインで構成される。
転送用トランジスタ32は、フォトダイオード(PD)31のカソードとフローティング・ディフージョン部FDとの間に接続される。転送用トランジスタ32では、そのゲートに転送配線42を介してゲートパルスφTRGが印加されることによってゲートがオン状態となり、フォトダイオード(PD)31の電荷をフローティング・ディフージョン部FDに転送する。
リセット用トランジスタ33は、ドレインが画素電源(Vdd)配線43に接続され、ソースがフローティング・ディフージョン部FDに接続される。リセット用トランジスタ33では、ゲートにリセット配線44を介してリセットパルスφRSTが印加されることによってオン状態となる。このオン状態において、フローティング・ディフージョン部FDへの信号電荷の転送に先立って、フローティング・ディフージョン部FDの電荷を画素電源配線43に捨てることにより、フローティング・ディフージョン部FDをリセットする。
増幅用トランジスタ34は、ゲートがフローティング・ディフージョン部FDに接続され、ドレインが画素電源配線43に接続される。増幅用トランジスタ34では、リセット用トランジスタ33によってリセットした後のフローティング・ディフージョン部FDの電位をリセットレベルとして出力する。さらに転送用トランジスタ32によって信号電荷を転送した後のフローティング・ディフージョン部FDの電位を信号レベルとして出力する。
選択用トランジスタ35は、例えばドレインが増幅用トランジスタ34のソースに接続され、そのソースが垂直信号線29に接続される。選択用トランジスタ35では、ゲートに選択配線45を介して選択パルスφSELが印加されることによってオン状態となり、画素22を選択状態として増幅用トランジスタ34から出力される信号を垂直信号線29に中継する。
横方向の配線、すなわちリセット配線44及び選択配線45は、同一行の画素について共通となっており、垂直駆動回路24によって制御される。
なお、選択用トランジスタ35については、画素電源配線43と増幅用トランジスタ34のドレインとの間に接続した回路構成を採ることも可能である。上例では4トランジスタ型の画素構成としたが、その他、選択用トランジスタを省略して3トランジスタ型の画素構成とすることもできる。
図3に、画素の要部の断面構造の一例を示す。単位画素22は、フォトダイオード(PD)31と、複数の画素トランジスタとから構成される。フォトダイオード31は、半導体基板100の主面に第1導電型、例えばn型の電荷蓄積領41とその表面に第2導電型となるp型の半導体領域(いわゆるp型アキュミュレーション層)46とによるフォトから構成される。また、複数の画素トランジスタは、MOSトランジスタにより構成される。フォトダイオード(PD)31が光電変換部となる。図3では、複数の画素トランジスタのうち、転送用トランジスタ32とリセット用トランジスタ33を示す。転送用トランジスタ32は、フローティング・ディフージョン部FDとなるn型半導体領域47と、フォトダイオード(PD)31と、ゲート絶縁膜を介して形成された転送ゲート電極48とにより構成される。リセット用トランジスタ33は、フローティング・ディフージョン部FDとなるn型半導体領域47と、n型半導体領域49と、ゲート絶縁膜を介して形成されたリセットゲート電極50とにより構成される。単位画素22は、素子分離領域51にて隣接画素と分離される。
画素22が形成された半導体基板100上には、層間絶縁膜53を介して複数層、本例では3層の金属膜による配線54〔541、542、543〕を形成してなる、いわゆる多層配線層55が形成される。多層配線層55上には平坦化膜56が形成される。配線54はフォトダイオード(PD)31に対応する領域を除いて形成される。さらに、図示しないが、カラーフィルタ、オンチップマイクロレンズ、その他の後述する光学要素が形成される。
そして、本実施の形態においては、多層配線層55の上部に全画素、少なくとも有効画素領域の全ての各画素に対応して入射光を集光する層内レンズを形成し、層内レンズの上部に赤外光をカットする層内光学フィルタ層を形成するようになす。換言すれば、本実施の形態では層内光学フィルタ層より下部に層内レンズを形成し、斜め光を層内レンズで集光し、画素への集光効率を上げて感度を向上し、同時に斜め光の隣接画素への入射を防ぎ、混色を抑制するようになす。
〈1.第1の実施形態〉
[構成]
次に、図4に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第1の実施形態の要部の断面構造を示す。なお、発明を分かり易くするために、画素をフォトダイオード(PD)31のみで代表させ、画素トランジスタを省略した状態で模式的に表している。後述する他の各実施形態においても同様である。
[構成]
次に、図4に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第1の実施形態の要部の断面構造を示す。なお、発明を分かり易くするために、画素をフォトダイオード(PD)31のみで代表させ、画素トランジスタを省略した状態で模式的に表している。後述する他の各実施形態においても同様である。
第1の実施形態に係るCMOS固体撮像装置71は、図4に示すように、半導体基板100の主面にフォトダイオード(PD)31を含む複数の画素22と、この半導体基板100上に形成された多層配線層55とから構成される。画素22は、半導体基板100上に複数2次元アレイ状に配列されている。多層配線層55は、この半導体基板100上に層間絶縁膜53を介して複数層、本例では3層に形成された配線54〔541、542、543〕から構成されている。この多層配線層55より上部に、各画素に対応して層内レンズ72が形成され、この層内レンズ72の上部に所要の画素に対応して赤外光をカットする層内光学フィルタ層62が形成される。
さらに、隣合う層内光学フィルタ層62の間を絶縁性の埋め込み層75で埋め込むと共に、その上に平坦化された絶縁膜いわゆる平坦化膜76が形成される。本例では、埋め込み層75として例えばシリコン酸化膜、あるいはシリコン窒化膜などの絶縁膜が用いられ、平坦化膜76として有機膜が用いられる。この平坦化膜76上にカラーフィルタ65、オンチップマイクロレンズ66が順次形成される。
本実施形態例で用いられるカラーフィルタ65を図5Aに示す。本実施形態例では、赤(R)フィルタ成分65Rと、緑(G)フィルタ成分65Gと、青(B)フィルタ成分65Bと、赤外光(IR)フィルタ成分65IRとを1単位としたカラーフィルタ65が用いられる。赤外光フィルタ成分65IRは、赤外光を含む全波長の光を透過するフィルタ成分を便宜的に示したものである。実際のカラーフィルタ65は、図5Aで示す領域を1単位として、繰り返し配列されたレイアウトとされている。赤フィルタ成分65Rに対応する画素が赤(R)画素、緑フィルタ成分65Gに対応する画素が緑(G)画素、青フィルタ成分65Bに対応する画素が青(B)画素、赤外光フィルタ成分65IRに対応する画素が赤外光(IR)画素となる。
上記の層内光学フィルタ層62は、IR画素を除く他の3色のR画素、G画素及びB画素に対応して形成される。層内光学フィルタ層62は、図6に示すように、屈折率が異なる誘電体材料膜、例えば所要の膜厚に設定されたシリコン酸化(SiO2)膜621とシリコン窒化(SiN)膜622とを交互に複数積層してなる積層誘電体膜623にて構成される。例えば、SiO2/SiNの積層膜では、膜厚131nmのSiO2膜と、膜厚95nmのSiN膜を各5層、計10層構造などがある。
本実施形態例において、上記層内レンズ72は、多層配線層55と層内光学フィルタ層62との間の平坦化された層間膜領域を利用して形成されるものである。すなわち、この層間膜領域のIR画素、R画素、G画素及びB画素の各フォトダイオード(PD)31に対応する位置に、上凸型の層内レンズ72が形成される。この層内レンズ72は、屈折率の異なる層間膜、例えばシリコン酸化膜とシリコン窒化膜で形成される。例えば、層内レンズ72は、上凸型の第1の層間膜73と、その上の第2の層間膜74と、第1の層間膜73の下の多層配線層55を構成する層間絶縁膜53とから構成される。第1の層間膜73は、層間絶縁膜(例えばシリコン酸化膜)53より屈折率の高いシリコン窒化膜などで形成される。また第2の層間膜74は、第1の層間膜73より屈折率の低いシリコン酸化膜や有機平坦化膜などで形成される。
層内光学フィルタ層62を設けるとその分、フォトダイオード(PD)の受光面からオンチップマイクロレンズまでの距離(いわゆる層厚)が大きくなり、特に斜め光が隣接画素に入り込みやすくなり、混色を起こし易い。
上述の第1の実施形態に係るCMOS固体撮像装置71によれば、層内光学フィルタ層62より下部に層内レンズ72が設けられるので、斜め光は層内レンズ72で集光されて目的の画素22のフォトダイオード(PD)31に入射される。これにより、フォトダイオード31への集光効率が上がり、感度を向上させることができる。同時に、隣接画素22への光の漏れ込みが防止され混色の発生を抑制することができる。本実施形態例のように層内光学フィルタ層62の下部に層内レンズ72を設けるときは、層内光学フィルタ層62の上部に層内レンズを設けた場合と比較して、フォトダイオード(PD)の受光面からオンチップマイクロレンズまでの高さが変わらない。このため、よりフォトダイオード(PD)31の受光面への集光を十分にすることができる。
またシェーディングの発生も抑制することができる。また、有機膜による平坦化膜76を用いるので、平坦化膜の形成工程の増加を防ぐことができる。因みに、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などによる平坦化膜の形成では、絶縁膜の成膜工程とCMP(化学機械研磨)工程の2工程が必要となるが、本実施形態例では有機膜コートの1工程で済むので工程増加が防げる。
またシェーディングの発生も抑制することができる。また、有機膜による平坦化膜76を用いるので、平坦化膜の形成工程の増加を防ぐことができる。因みに、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜などによる平坦化膜の形成では、絶縁膜の成膜工程とCMP(化学機械研磨)工程の2工程が必要となるが、本実施形態例では有機膜コートの1工程で済むので工程増加が防げる。
[製造方法]
図7A〜図7Cに、上述の第1の実施形態に係るCMOS固体撮像装置71の製造方法の一例を示す。
先ず、図7Aに示すように、半導体基板100の主面に素子分離領域(図示せず)、複数のフォトダイオード(PD)を含む画素22などを形成した後、層間絶縁膜53及び複数の配線54〔541、542、543〕からなる多層配線層55を形成する。この多層配線層55上に、各画素22のフォトダイオード(PD)31に対応して第1の層間膜73による上凸型のレンズ形状を形成する。
図7A〜図7Cに、上述の第1の実施形態に係るCMOS固体撮像装置71の製造方法の一例を示す。
先ず、図7Aに示すように、半導体基板100の主面に素子分離領域(図示せず)、複数のフォトダイオード(PD)を含む画素22などを形成した後、層間絶縁膜53及び複数の配線54〔541、542、543〕からなる多層配線層55を形成する。この多層配線層55上に、各画素22のフォトダイオード(PD)31に対応して第1の層間膜73による上凸型のレンズ形状を形成する。
次に、図7Bに示すように、第1の層間膜73上を平坦化するために、第1の層間膜73より屈折率の低い第2の層間膜74を形成する。その後、IR画素を除く他のR画素、G画素及びB画素の上部に赤外光をカットする層内光学フィルタ層62を形成する。レンズ形状の第1の層間膜73と平坦化のための第2の層間膜74と層間絶縁膜53により層内レンズ72を形成する。
次に、図7Cに示すように、隣合う層内光学フィルタ層62の間を埋め込むように埋め込み層75、例えばシリコン酸化膜を成膜し、その後に例えばCMP(化学機械研磨)法により平坦化する。次いで、有機膜による平坦化膜76を形成し、この平坦化膜76上に、カラーフィルタ65及びオンチップマイクロレンズ66を順次に形成して、目的のCMOS固体撮像装置71を得る。
本実施形態例では、図5Aに示すカラーフィルタ65を用いる例としたが、図5Bに示すカラーフィルタ65を用いることもできる。図5Bに示すカラーフィルタ65は、1画素分の赤(R)フィルタ成分65R、青(B)フィルタ成分65Bと、2画素分の赤外光(IR)フィルタ成分65IRとを1単位としている。そして赤フィルタ成分65Rに対応する画素が赤(R)画素、青フィルタ成分65Bに対応する画素が青(B)画素、赤外光フィルタ成分65IRに対応する画素が赤外光(IR)画素となる。すなわち、図5Bに示すカラーフィルタ65は、緑(G)フィルタ成分を有さない。図5Bに示すカラーフィルタを用いる場合は、R画素、B画素、IR画素から出力される信号を演算処理することにより、緑色の光による信号を得ることができる。
さらに、図5A、図5Bに示すカラーフィルタ65の赤外光フィルタ成分65IRを、グレイフィルタ成分に変えた構成とすることもできる。赤外光フィルタ成分65IRを、赤外光から可視光全てを透過する、いわゆるホワイトフィルタとすると、フォトダイオード(PD)31における飽和が早くなるという問題がある。グレイフィルタ成分に変えることにより、入射光量を落とし、フォトダイオード(PD)31における飽和を遅らせることが可能となる。
〈2.第2の実施形態〉
図8に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第2の実施形態を示す。本実施形態例に係るCMOS固体撮像装置77は、層内光学フィルタ層62間を埋め込む埋め込み層と平坦化膜とを有機膜81で一体に形成して構成される。その他の構成は、前述の図4と同様であるので、図4と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図8に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第2の実施形態を示す。本実施形態例に係るCMOS固体撮像装置77は、層内光学フィルタ層62間を埋め込む埋め込み層と平坦化膜とを有機膜81で一体に形成して構成される。その他の構成は、前述の図4と同様であるので、図4と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第2の実施形態のCMOS固体撮像装置77によれば、層内光学フィルタ層62間を埋め込む有機膜81が層内光学フィルタ層62上の平坦化膜を兼ねるので、CMP(化学機械研磨)やエッチバック等が不要になる。このため、工程の短縮と、受光面からオンチップマイクロレンズまでの距離、つまり層厚の低減とを図ることができる。その他の層内光学フィルタ層62の下部に層内レンズ72を形成したことによる効果、すなわち感度が向上すること、混色の発生が抑制できること、シェーディング発生が抑制できること、等の効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
〈3.第3の実施形態〉
図9に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第3の実施形態を示す。本実施形態例に係るCMOS固体撮像装置78は、層内レンズ72のレンズ形状を層内光学フィルタ層62に転写して構成される。すなわち、層間絶縁膜53と上凸レンズ形状の第1の層間膜73とその上面に沿うレンズ形状の第2の層間膜74とにより層内レンズ72が形成され、第2の層間膜74の面上にレンズ形状の層内光学フィルタ層62が形成される。その他の構成は、前述の図4と同様であるので、図4と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
図9に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第3の実施形態を示す。本実施形態例に係るCMOS固体撮像装置78は、層内レンズ72のレンズ形状を層内光学フィルタ層62に転写して構成される。すなわち、層間絶縁膜53と上凸レンズ形状の第1の層間膜73とその上面に沿うレンズ形状の第2の層間膜74とにより層内レンズ72が形成され、第2の層間膜74の面上にレンズ形状の層内光学フィルタ層62が形成される。その他の構成は、前述の図4と同様であるので、図4と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
第3の実施形態に係るCMOS固体撮像装置78では、層内光学フィルタ層62がレンズ形状に転写されることにより、層内光学フィルタ層62自体にレンズ作用が生じ、入射光の集光がより促進される。その他の層内光学フィルタ層62の下部に層内レンズ72を形成したことによる効果、すなわち感度が向上すること、混色の発生が抑制できること、シェーディング発生が抑制できること、等の効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
〈4.第4の実施形態〉
図10に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第4の実施形態を示す。本実施形態例に係るCMOS固体撮像装置79は、層内光学フィルタ層62の面積を画素面積より大きく形成して構成される。すなわち、層内光学フィルタ層62はIR画素側に広げるように形成して構成される。この場合のカラーフィルタ65を、図5Bに示す。1単位内には赤(R)フィルタ成分65R、緑(G)フィルタ成分65G、青(B)フィルタ成分65Bがそれぞれ1画素分と、赤外光(IR)フィルタ成分65IRが4画素分構成されている。この1単位が繰り返し配列したレイアウトのフィルタが用いられる。
図10に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第4の実施形態を示す。本実施形態例に係るCMOS固体撮像装置79は、層内光学フィルタ層62の面積を画素面積より大きく形成して構成される。すなわち、層内光学フィルタ層62はIR画素側に広げるように形成して構成される。この場合のカラーフィルタ65を、図5Bに示す。1単位内には赤(R)フィルタ成分65R、緑(G)フィルタ成分65G、青(B)フィルタ成分65Bがそれぞれ1画素分と、赤外光(IR)フィルタ成分65IRが4画素分構成されている。この1単位が繰り返し配列したレイアウトのフィルタが用いられる。
第4の実施形態に係るCMOS固体撮像装置79によれば、層内光学フィルタ層62をIR画素側に広げるように形成することにより、赤外光の混色が減少する。その他の層内光学フィルタ層62の下部に層内レンズ72を形成したことによる効果、すなわち感度が向上すること、混色の発生が抑制できること、シェーディング発生が抑制できること、等の効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
〈5.第5の実施形態〉
[構成]
図11に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第5の実施形態を示す。本実施形態例に係るCMOS固体撮像装置82は、層内光学フィルタ層84が、有機材料からなる有機膜により構成される例である。その他の構成は、前述の図4と同様であるので、図4に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
[構成]
図11に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第5の実施形態を示す。本実施形態例に係るCMOS固体撮像装置82は、層内光学フィルタ層84が、有機材料からなる有機膜により構成される例である。その他の構成は、前述の図4と同様であるので、図4に対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
本実施形態例では、カラーフィルタ65は、図5Aで示したレイアウトを有する例とする。
層内光学フィルタ層84は、IR画素を除く他の3色のR画素、G画素及びB画素に対応して形成され、R画素、G画素及びB画素のカラーフィルタ65と、フォトダイオード(PD)31の受光面との間に形成された層内に形成されている。また、本実施形態例は、入射した光をフォトダイオード(PD)31に集光させるための層内レンズ72が形成されているので、この層内光学フィルタ層84は、層内レンズ72の上部に形成する。層内光学フィルタ層84は、下記一般式で示すフタロシアニン系化合物をフィルタ染料として含有する有機材料から構成されている。
層内光学フィルタ層84は、IR画素を除く他の3色のR画素、G画素及びB画素に対応して形成され、R画素、G画素及びB画素のカラーフィルタ65と、フォトダイオード(PD)31の受光面との間に形成された層内に形成されている。また、本実施形態例は、入射した光をフォトダイオード(PD)31に集光させるための層内レンズ72が形成されているので、この層内光学フィルタ層84は、層内レンズ72の上部に形成する。層内光学フィルタ層84は、下記一般式で示すフタロシアニン系化合物をフィルタ染料として含有する有機材料から構成されている。
フィルタ染料としては、上述したフタロシアニン系化合物の他、アントラキノン系化合物、シアニン系化合物、ポリメチレン系化合物、アルミニウム系化合物、ジイモニウム系化合物、イモニウム系化合物、アゾ系化合物を適用できる。また、フィルタ染料として、ジアンモニウム系化合物、フタロシアニン系化合物、又はニッケル鎖化合物のうち少なくとも2種類の化合物を含有した染料も適用可能である。
[製造方法]
図12A〜図12Cに、上述の第5の実施形態に係るCMOS固体撮像装置82の製造方法の一例を示す。
先ず、図12Aに示すように、半導体基板100の主面に素子分離領域(図示せず)、複数のフォトダイオード(PD)31を含む画素22などを形成した後、層間絶縁膜53及び複数の配線54〔541、542、543〕からなる多層配線層55を形成する。この多層配線層55上に、各画素22のフォトダイオード(PD)31に対応して第1の層間膜73による上凸型のレンズ形状を形成する。
図12A〜図12Cに、上述の第5の実施形態に係るCMOS固体撮像装置82の製造方法の一例を示す。
先ず、図12Aに示すように、半導体基板100の主面に素子分離領域(図示せず)、複数のフォトダイオード(PD)31を含む画素22などを形成した後、層間絶縁膜53及び複数の配線54〔541、542、543〕からなる多層配線層55を形成する。この多層配線層55上に、各画素22のフォトダイオード(PD)31に対応して第1の層間膜73による上凸型のレンズ形状を形成する。
次に、図12Bに示すように、第1の層間膜73上を平坦化するために、第1の層間膜73より屈折率の低い第2の層間膜74を形成する。これにより、レンズ形状の第1の層間膜73と平坦化のための第2の層間膜74と層間絶縁膜53により層内レンズ72を形成する。その後、IR画素を除く他のR画素、G画素及びB画素の上部に赤外光をカットする層内光学フィルタ層84を形成する。層内光学フィルタ層84は、赤外線を吸収する色素が含有された有機材料からなる有機膜を、第2の層間膜74上に形成し、その後、リソグラフィー法を用いて所望の形状にパターニングすることにより形成する。有機材料からなる層内光学フィルタ層84は、有機材料の特性にもよるが、およそ40〜400nmの膜厚で形成される。すなわち、赤外線をカットできる膜厚とされればよい。
次に、図12Cに示すように、隣合う層内光学フィルタ層84の間を埋め込むように有機材料からなる埋め込み層85を形成する。この埋め込み層85は、平坦化膜を兼ねるものである。そして、この埋め込み層85上に、カラーフィルタ65及びオンチップマイクロレンズ66を順次に形成して、目的のCMOS固体撮像装置82を得る。
本実施形態例のCMOS固体撮像装置82によれば、層内光学フィルタ層84は、有機材料により形成されるので、1回のリソグラフィー法で形成できる。ところで、上述の実施形態例における多層膜による層内光学フィルタ層を形成する場合には、1層ずつ成膜し、エッチングし、CMP法により研磨する工程が必要であった。本実施形態例では、それらの工程が必要なく、工程数の削減が可能となる。また、有機材料によって形成される1層の層内光学フィルタ層84とされるため、層厚が低減する。このように、有機材料によって形成される層内光学フィルタ層84の膜厚は、図6で説明した多層膜による層内光学フィルタ層の膜厚よりも薄く形成することができる。これにより、フォトダイオード(PD)31の受光面からオンチップマイクロレンズ66までの距離が縮小される。このため、感度が向上し、また、シェーディング、混色等の光学特性が改善される。
また、本実施形態例では、層内光学フィルタ層84は、有機材料により1層で構成されるので、多層膜からなる層内光学フィルタ層に比較して、光の干渉による分光特性の悪化が改善され、分光特性の向上が図られる。また、本実施形態例の層内光学フィルタ層84に必要な膜厚は、有機材量の特性次第で、さらに小さくすることが可能である。
また、本実施形態例のCMOS固体撮像装置82によれば、層内光学フィルタ層84は、フォトダイオード(PD)31の受光面とカラーフィルタ65との間の層に形成される。これにより、層内光学フィルタ層84を受光面のより近くに配置することができるので、斜めに入射してくる光についても赤外光をカットすることができ、また、集光された状態で層内光学フィルタ層84を透過させることができるので赤外光のカットに有利になる。また、本実施形態例では、IR画素を除く、R画素、G画素、B画素に層内光学フィルタ層84を形成されているが、受光面のより近くに層内光学フィルタ層84を配置することで、赤外光をカットする画素と、しない画素とを確実に調整できる。
また、本実施形態例の固体撮像装置の製造方法によれば、層内光学フィルタ層84が有機材料で構成されるので、製造時の温度が300℃程度に抑えることができ、製造時における下層の構成への影響を低減できる。
〈6.第6の実施形態〉
[構成]
図13に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第6の実施形態を示す。本実施形態例に係るCMOS固体撮像装置83は、層内レンズを構成せずに、光導波路を構成する例である。その他の構成は、前述の図11と同様であるので、図13において、図11と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
[構成]
図13に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第6の実施形態を示す。本実施形態例に係るCMOS固体撮像装置83は、層内レンズを構成せずに、光導波路を構成する例である。その他の構成は、前述の図11と同様であるので、図13において、図11と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
本実施形態例のCMOS固体撮像装置83では、半導体基板100に形成されたフォトダイオード(PD)31上の層間絶縁膜53において、フォトダイオード(PD)31上に開口部88が形成される。
そしてこの開口部88が光導波路を構成するように、例えば、多層配線層55を構成する層間絶縁膜53よりも高屈折率の有機材料により埋め込み層を形成する。層間絶縁膜53を例えば屈折率1.4の酸化シリコンで形成した場合には、埋め込み層86は、例えば、シロキサン系樹脂、あるいは、ポリイミド、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂などの高屈折率樹脂で構成することができる。シロキサン系樹脂を用いた場合には、添加物により屈折率を調整することができ、添加物を含有したシロキシ酸系樹脂の屈折率は、たとえば、1.7とすることができる。また、前述した樹脂中に例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ハフニウムなどの金属酸化物微粒子を含有することにより、屈折率を高めることができる。また、その他、埋め込み層86の材料としては、窒化シリコン(SiN)を用いることもできる。
そしてこの開口部88が光導波路を構成するように、例えば、多層配線層55を構成する層間絶縁膜53よりも高屈折率の有機材料により埋め込み層を形成する。層間絶縁膜53を例えば屈折率1.4の酸化シリコンで形成した場合には、埋め込み層86は、例えば、シロキサン系樹脂、あるいは、ポリイミド、アクリル系樹脂、ポリスチレン系樹脂などの高屈折率樹脂で構成することができる。シロキサン系樹脂を用いた場合には、添加物により屈折率を調整することができ、添加物を含有したシロキシ酸系樹脂の屈折率は、たとえば、1.7とすることができる。また、前述した樹脂中に例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化ハフニウムなどの金属酸化物微粒子を含有することにより、屈折率を高めることができる。また、その他、埋め込み層86の材料としては、窒化シリコン(SiN)を用いることもできる。
開口部88に高屈折率の有機材料を埋め込む構成とすることにより、層間絶縁膜53と埋め込み層86との屈折率との差により光導波路が形成され、この光導波路より入射光が屈折され、効率良く、フォトダイオード(PD)31に光が入射される。
その他、本実施形態例においても、第5の実施形態と同様の効果を得ることができる。
その他、本実施形態例においても、第5の実施形態と同様の効果を得ることができる。
〈7.第7の実施形態〉
[構成]
図14に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第7の実施形態を示す。本実施形態例に係るCMOS固体撮像装置87は、オンチップマイクロレンズの構成を変えた例である。その他の構成は、前述の図11と同様であるので、図14において、図11と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
[構成]
図14に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第7の実施形態を示す。本実施形態例に係るCMOS固体撮像装置87は、オンチップマイクロレンズの構成を変えた例である。その他の構成は、前述の図11と同様であるので、図14において、図11と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
本実施形態例のCMOS固体撮像装置87では、オンチップマイクロレンズ89の厚さ、曲率を、画素毎に異ならせている。フォトダイオード(PD)31では、入射した光が光電変換されることにより信号電荷が生成されるが、半導体基板100への光の侵入長は、光の波長によって異なるため、フォトダイオード(PD)31の深さ方向で、光電変換される光は異なる。すなわち、波長の短い青色の光は、フォトダイオード(PD)31の表面側で光電変換され、波長の長い赤外光は、フォトダイオード(PD)31の深い位置で光電変換される。この原理に基づき、オンチップマイクロレンズ89の構成を画素毎に変えることにより、フォトダイオード(31)PD内において光が集光される位置を変えることができる。
図14に示す例では、層内光学フィルタ層84を有さない画素、すなわち、赤外光を検出するIR画素におけるオンチップマイクロレンズ89を、他の画素のオンチップマイクロレンズ89よりも薄く、かつ、曲率を小さく形成している。オンチップマイクロレンズ89を薄くし、曲率を小さくすることにより、屈折率を小さくすることができるので、このオンチップマイクロレンズ89を透過した光は、フォトダイオード(PD)31のより深い位置に集光する。図14では、IR画素におけるオンチップマイクロレンズ89の構成のみを変える例としたが、B画素、G画素、R画素におけるオンチップマイクロレンズ89のそれぞれの構成を最適に選択することが好ましい。このような構成とすることにより、オンチップマイクロレンズ89の集光構造を最適化することができる。
本実施形態例では、IR画素において、赤外光を含む全ての光を透過するIRカットフィルタ成分からなるカラーフィルタ65が形成されているが、実際には、IR画素において、カラーフィルタ65を形成しなくてもよい。この場合には、カラーフィルタ65が形成される画素と、されない画素とでオンチップマイクロレンズ89から、フォトダイオード(PD)31の受光面までの距離が異なる。また、カラーフィルタ65は、Bフィルタ成分、Gフィルタ成分、Rフィルタ成分毎に形成されるため、表面が平坦に形成されない場合がある。このような場合も、オンチップマイクロレンズ89の形状を最適化することにより、フォトダイオード(PD)31に集光される光の深さを最適にすることができる。
その他、本実施形態例においても第5の実施形態と同様の効果を得ることができる。
〈8.第8の実施形態〉
[構成]
図15に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第8の実施形態を示す。本実施形態例に係るCMOS固体撮像装置90は、第5の実施形態において、層内レンズを構成しない例である。その他の構成は、前述の図11と同様であるので、図15において、図11と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
[構成]
図15に、本発明に係るCMOS固体撮像装置の第8の実施形態を示す。本実施形態例に係るCMOS固体撮像装置90は、第5の実施形態において、層内レンズを構成しない例である。その他の構成は、前述の図11と同様であるので、図15において、図11と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
本実施形態例のCMOS固体撮像装置90では、多層配線層55上の所定の位置に、赤外線をカットできるフィルタ材料が含有された有機材料により、層内光学フィルタ層84を形成する。この層内光学フィルタ層84は、IR画素を除く他のR画素、G画素及びB画素に対向する多層配線層55上部に形成されるものである。
本実施形態例のCMOS固体撮像装置90では、層内光学フィルタ層84が有機材料により構成されるので、第1〜第4の実施形態のように、図6で示した多層膜を用いた場合に比べ、層厚を薄く構成できる。このため、フォトダイオード(PD)31の受光面と、オンチップマイクロレンズまでの距離を小さくすることができるので、層内レンズや光導波路を構成しなくても、集光効率を十分に得ることができる。これにより、感度が向上し、また、シェーディング、混色、分光等の光学特性が改善された固体撮像装置が得られる。
また、本実施形態例のCMOS固体撮像装置では、層内レンズや光導波路が構成されないので、製造時の工程数を減らすことができる。
また、本実施形態例のCMOS固体撮像装置では、層内レンズや光導波路が構成されないので、製造時の工程数を減らすことができる。
上例においては、画素を例えば図2で示すように、1つのフォトダイオード(PD)と4つの画素トランジスタで構成した例を示した。本発明はこれに限定されず、その他、図示しないが、複数のフォトダイオード(PD)が画素トランジスタを共有する、いわゆる画素共有型のCMOS固体撮像装置にも、本発明は適用できる。
また、本発明の固体撮像装置は第1〜第8の実施形態の構成を適宜組み合わせて用いることも可能であり、上例に限定されるものではない。
〈9.第9の実施形態〉
図16に、本発明に係る電子機器の実施の形態の概略構成を示す。本実施形態例では、電子機器として、カメラを用いて説明する。本実施形態例に係るカメラ110は、CMOS固体撮像装置117、光学レンズ系111、入出力部112、信号処理装置(DSP)113、光学レンズ系制御用の中央演算装置(CPU)114を1つに組み込んで構成する。このCMOS固体撮像装置117は、上述した第1〜第8の実施形態のCMOS固体撮像装置のいずれかを適用したものである。
カメラ115としては、例えばCMOS固体撮像装置117、光学レンズ系111及び入出力部112のみで構成することもできる。また、CMOS固体撮像装置117、入出力部112及び信号処理装置(DSP)113を備えたカメラ116を構成することもできる。なお、図16の構成は、カメラモジュールに適用することもできる。
図16に、本発明に係る電子機器の実施の形態の概略構成を示す。本実施形態例では、電子機器として、カメラを用いて説明する。本実施形態例に係るカメラ110は、CMOS固体撮像装置117、光学レンズ系111、入出力部112、信号処理装置(DSP)113、光学レンズ系制御用の中央演算装置(CPU)114を1つに組み込んで構成する。このCMOS固体撮像装置117は、上述した第1〜第8の実施形態のCMOS固体撮像装置のいずれかを適用したものである。
カメラ115としては、例えばCMOS固体撮像装置117、光学レンズ系111及び入出力部112のみで構成することもできる。また、CMOS固体撮像装置117、入出力部112及び信号処理装置(DSP)113を備えたカメラ116を構成することもできる。なお、図16の構成は、カメラモジュールに適用することもできる。
本実施形態例に係るカメラによれば、隣接画素への光学的な混色の発生を抑制し、感度の向上を図り、しかも赤外光を利用して暗い被写体を明るく撮ることができるカメラを実現することができる。
また、本発明に係るCMOS固体撮像装置を撮像カメラに適用した場合にも、隣接画素への光学的な混色の発生を抑制し、感度の向上を図り、しかも赤外光を利用して暗い被写体を明るく撮ることができる撮像カメラを実現することができる。さらに、CMOS固体撮像装置117として、第5〜第8の実施形態におけるCMOS固体撮像装置を適用した場合には、分光特性の改善された撮像カメラを実現できる。
71、77、78、79・・CMOS固体撮像装置、100・・半導体基板、22・・単位画素、31・・フォトダイオード(PD)、53・・層間絶縁膜、54〔541、542、543〕・・配線、55・・多層配線層、62・・層内光学フィルタ層(赤外光カットフィルタ層)、65・・カラーフィルタ、66・・オンチップマイクロレンズ、72・・層内レンズ、75・・埋め込み層、76・・平坦化膜、81・・有機膜、110・・電子機器、111・・光学レンズ、112・・入出力部、113・・DSP、114・・CPU
Claims (19)
- 光電変換部と画素トランジスタを含む画素が複数配列され、
前記所要の画素の光電変換部の受光面に対向して赤外光をカットする層内光学フィルタ層が形成され、
前記層内光学フィルタ層より下部に層内レンズが形成されている
固体撮像装置。 - 前記層内レンズが、有効画素領域の全ての各画素に対応して形成されている請求項1記載の固体撮像装置。
- 前記層内光学フィルタ層間の埋め込み層と、前記層内光学フィルタ層及び前記埋め込み層上の平坦化膜とが、有機膜で形成されている請求項2記載の固体撮像装置。
- 前記層内光学フィルタ層の上面がレンズ形状に形成されている請求項2記載の固体撮像装置。
- 前記層内光学フィルタ層の面積が画素面積より大きい請求項2記載の固体撮像装置。
- 光電変換部と画素トランジスタを含んで複数配列された画素と、
前記画素の光電変換部の受光面に対向して形成されたカラーフィルタと、
前記所要の画素の光電変換部と、前記カラーフィルタとの間に形成された赤外光をカットする有機材料からなる層内光学フィルタ層と、
を有する固体撮像装置。 - 前記層内光学フィルタ層の有機材料には、フタロシアニン系のフィルタ染料が混合されている請求項6記載の固体撮像装置。
- 前記層内光学フィルタ層と、前記画素の光電変換部との間に層内レンズが形成されている請求項7記載の固体撮像装置。
- 前記層内光学フィルタ層と、前記画素の光電変換部との間に光導波路が形成されている請求項7記載の固体撮像装置。
- 前記カラーフィルタ上に、前記光電変換部に入射光を集光するためのオンチップマイクロレンズが形成され、前記オンチップマイクロレンズは、画素毎に形状が異なる請求項8又は9記載の固体撮像装置。
- 基板上に光電変換部と画素トランジスタとを含む画素を複数配列して形成する工程、
前記画素のうち、所要の画素の光電変換部の受光面に対向する領域に、赤外光をカットする有機材料からなる層内光学フィルタ層を形成する工程、
前記層内光学フィルタ層よりも上部の、前記画素の光電変換部の受光面に対向する所望の領域に、カラーフィルタを形成する工程、
前記カラーフィルタよりも上部の、前記画素の光電変換部の受光面に対向する全領域にオンチップマイクロレンズを形成する工程、
とを含む固体撮像装置の製造方法。 - 前記層内光学フィルタ層を構成する有機材料には、フタロシアニン系のフィルタ染料が混合されている請求項11記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記オンチップマイクロレンズは、画素毎に形状を異ならせて形成される請求項12記載の固体撮像装置。
- 固体撮像装置と光学レンズを備え、
前記固体撮像装置は、
光電変換部と画素トランジスタを含む画素が複数配列され、
前記所要の画素の光電変換部の受光面に対向して赤外光をカットする層内光学フィル
層が形成され、
前記層内光学フィルタ層より下部に層内レンズが形成されている電子機器。 - 前記固体撮像装置において、前記層内レンズが有効画素領域の全ての各画素に対応して形成されている請求項14記載の電子機器。
- 前記固体撮像装置において、前記層内光学フィルタ層間の埋め込み層と、前記層内光学フィルタ層及び前記埋め込み層上の平坦化膜とが、有機膜で形成されている請求項15記載の電子機器。
- 前記固体撮像装置において、前記層内光学フィルタ層の上面がレンズ形状に形成されている請求項15記載の電子機器。
- 前記固体撮像装置において、前記層内光学フィルタ層の面積が画素面積より大きい請求項15記載の電子機器。
- 固体撮像装置と光学レンズを備え、
前記固体撮像装置は、光電変換部と画素トランジスタを含んで複数配列された画素と、
前記画素の光電変換部の受光面に対向して形成されたカラーフィルタと、
前記所要の画素の光電変換部と、前記カラーフィルタとの間に形成された赤外光をカットする有機材料からなる層内光学フィルタ層と、
を有する電子機器。
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