JP2010093160A - 固体撮像装置とその製造方法並びに電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】画素領域と周辺領域で埋め込み層の表面の高さが均一となり、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減できる固体撮像装置と製造方法及びカメラを提供する。
【解決手段】半導体基板１０の素子領域Ａ１において画素ごとにフォトダイオードが形成され、画素領域及び周辺領域Ａ２において半導体基板上に絶縁膜２０が形成され、画素領域において光導波路用凹部２０ｂが形成され、周辺領域内の所定の領域において絶縁膜の上面の位置を半導体基板側に後退させるように絶縁膜に調整用凹部２０ａが形成されており、画素領域における光導波路用凹部と周辺領域における調整用凹部に埋め込まれて光透過性の埋め込み層２２が形成され、埋め込み層の上層にカラーフィルタ２３が形成されている構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は固体撮像装置とその製造方法並びに電子機器に関し、特に、受光面にフォトダイオードを有する画素がマトリクス状に並べられてなる固体撮像装置と、当該固体撮像装置その製造方法並びに当該固体撮像装置を備えた電子機器に関する。

例えば、ＣＭＯＳセンサあるいはＣＣＤ素子などの固体撮像装置では、半導体基板の表面に形成されたフォトダイオード（光電変換部）に光を入射させ、そのフォトダイオードで発生した信号電荷によって映像信号を得る構成となっている。

ＣＭＯＳセンサでは、例えば、受光面において二次元マトリクス状に並べられた画素ごとにフォトダイオードが設けられている。受光時に各フォトダイオードに発生及び蓄積される信号電荷はＣＭＯＳ回路の駆動でフローティングディフュージョンに転送される。信号電荷は信号電圧に変換して読み取られる構成となっている。

また、ＣＣＤ素子では、例えば、ＣＭＯＳセンサと同様に受光面において二次元マトリクス状に並べられた画素ごとにフォトダイオードが設けられている。受光時に各フォトダイオードに発生及び蓄積される信号電荷はＣＣＤ垂直転送路及び水平転送路により転送され、読み取られる構成となっている。

ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の固体撮像素子において、光の集光効率の向上を図るべく、画素の受光部上に光導波路及びオンチップレンズを設け、オンチップレンズ及び光導波路を透過した入射光の焦点を受光部近傍に導く技術が提案されている。

図１１は、従来例に係る固体撮像装置の画素部の模式断面図である。
図面は、画素が集積された画素領域Ａ１と、画素領域Ａ１の外周部に設けられた周辺領域Ａ２について示している。

以下、画素領域Ａ１について説明する。
例えば、半導体基板１１０に、フォトダイオードからなる不図示の受光部を有する画素がマトリクス状に集積して設けられている。
上記の半導体基板１１０上に、例えば、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の積層体などからなる絶縁膜１２０が形成されている。

上記の絶縁膜１２０中に銅配線などからなる配線１２１が埋め込まれている。
上記の配線は、受光部への光の入射を妨げないように受光部を除く領域において上記絶縁膜中に埋め込まれて形成された構成となっている。

例えば、フォトダイオードの上方部分における絶縁膜１２０の上面から個々のフォトダイオードに対して伸び、底部が半導体基板１１０から離間した位置となるように、光導波路となる凹部１２０ｂが形成されている。
凹部１２０ｂ内を埋め込んで、絶縁膜１２０の上層に全面に、光透過性の樹脂からなる埋め込み層１２２が形成されており、凹部１２０ｂ内の埋め込み層１２２が光導波路となる。

埋め込み層１２２の上層に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各色のカラーフィルタ１２３が画素ごとに区分されて設けられている。
カラーフィルタ１２３の上層にオンチップレンズ１２４が形成されている。

一方、周辺領域Ａ２においては、画素及び光導波路は設けられていない。
また、例えば画素領域Ａ１と同様のパターンで設けられた赤（Ｒ）フィルタ及び緑（Ｇ）フィルタと、それらを被覆する全面のパターンの青（Ｂ）フィルタを有するカラーフィルタ１２３ａが設けられている。周辺領域には画素が設けられてないのでカラーフィルタ１２３ａは本来不要であるが、迷光を低減する目的で設けられている。
また、周辺領域Ａ２においては、オンチップレンズは設けられておらず、オンチップレンズを設けるために塗布された樹脂材料の一部が残されている状態となっている。

図１２は、別の従来例に係る固体撮像装置の画素部の模式断面図である。
図１１と同様に、画素が集積された画素領域Ａ１と、画素領域Ａ１の外周部に設けられた周辺領域Ａ２について示している。

図１１の固体撮像装置に対して、画素領域Ａ１において、絶縁膜１２０に設けられた凹部１２０ｂの縁部１２０ｃがテーパ形状に加工されていることが異なる。さらに、縁部１２０ｃの加工が周辺領域Ａ２まで延長されている。

また、周辺領域Ａ２においては、絶縁膜１２０中に周辺部配線１２５が埋め込まれており、絶縁膜１２０上に上層配線１２７が形成されており、周辺部配線１２５と上層配線１２７を接続するコンタクト１２６が形成されている。
上記以外は、図１１と同様である。

特許文献１〜６には、形状や構成要素などにおいて種々の特徴を有する光導波路が設けられた固体撮像装置が開示されている。
特開２０００−１５０８４５号公報 特開２００２−３５９３６３号公報 特開２００３−３２４１８９号公報 特開２００４−２２１５３２号公報 特開２００５−２９４７４９号公報 特開２００６−８６３２０号公報

ここで、図１１及び図１２に示す固体撮像装置の製造工程において、画素領域Ａ１では光導波路となる凹部１２０ｂが形成されているので、埋め込み層１２２を形成する際に光透過性の樹脂が凹部内に埋め込まれていく。
一方で、周辺領域Ａ２では凹部１２０ｂが設けられていないことから、画素領域Ａ１より樹脂が余剰となってしまう。
即ち、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２で埋め込み層１２２の膜厚が不均一となり、図中に示すようにｔ_１＜ｔ_２となり、周辺領域Ａ２では埋め込み層１２２の表面高さが画素領域Ａ１よりも高くなってしまう。

図１１及び図１２に示すように、埋め込み層１２２の上層にカラーフィルタ１２３とオンチップレンズ１２４が形成されている。
カラーフィルタ１２３とオンチップレンズ１２４は形成材料を塗布することで形成されている。
このため、下地である埋め込み層１２２の表面の高さが画素領域Ａ１から周辺領域Ａ２にかけて高くなっていると、画素領域Ａ１の中央と端部でカラーフィルタ１２３の膜厚にムラが生じたり、オンチップレンズ１２４の形状に歪みが発生する。
この結果、画面の中央と端部で撮像特性にムラが生じることになる。

また、図１２に示すように、周辺領域Ａ２において、絶縁膜１２０上に、あるいは、画素領域Ａ１における絶縁膜１２０の表面と同程度の高さの位置に、上層配線１２７が形成されている場合、上記の埋め込み層１２２の膜厚の不均一の程度がさらに大きくなる。これにより、画面の中央と端部での撮像特性のムラを悪化させる。

解決しようとする問題点は、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２で埋め込み層１２２の表面の高さを均一にし、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することである。

本発明の固体撮像装置は、素子領域及び周辺領域を有する半導体基板と、前記素子領域において、前記半導体基板の複数の画素が集積された受光面に前記画素ごとに形成されたフォトダイオードと、前記画素領域及び前記周辺領域において前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記画素領域において、前記フォトダイオードの上方部分における前記絶縁膜の上面から個々の前記フォトダイオードに対して伸びるように形成された光導波路用凹部と、前記周辺領域内の所定の領域において、前記絶縁膜の上面の位置を前記半導体基板側に後退させるように前記絶縁膜に形成された調整用凹部と、前記画素領域における前記光導波路用凹部と前記周辺領域における前記調整用凹部に埋め込まれて形成された光透過性の埋め込み層と、前記埋め込み層の上層に形成されたカラーフィルタとを有する。

上記の本発明の固体撮像装置は、素子領域及び周辺領域を有する半導体基板の素子領域において、半導体基板の複数の画素が集積された受光面に画素ごとにフォトダイオードが形成されている。画素領域及び周辺領域において半導体基板上に絶縁膜が形成され、画素領域において、フォトダイオードの上方部分における絶縁膜の上面から個々のフォトダイオードに対して伸びるように光導波路用凹部が形成されている。また、周辺領域内の所定の領域において、絶縁膜の上面の位置を半導体基板側に後退させるように絶縁膜に調整用凹部が形成されている。画素領域における光導波路用凹部と周辺領域における調整用凹部に埋め込まれて光透過性の埋め込み層が形成され、埋め込み層の上層にカラーフィルタが形成されている。

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、素子領域及び周辺領域を有する半導体基板の前記素子領域において、前記半導体基板の複数の画素が集積された受光面に前記画素ごとにフォトダイオードを形成する工程と、前記画素領域及び前記周辺領域において前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記画素領域において、前記フォトダイオードの上方部分における前記絶縁膜の上面から個々の前記フォトダイオードに対して伸びるように光導波路用凹部を形成する工程と、前記周辺領域内の所定の領域において、前記絶縁膜の上面の位置を前記半導体基板側に後退させるように前記絶縁膜に調整用凹部を形成する工程と、前記画素領域における前記光導波路用凹部と前記周辺領域における前記調整用凹部に埋め込んで光透過性の埋め込み層を形成する工程と、前記埋め込み層の上層にカラーフィルタを形成する工程とを有する。

上記の本発明の固体撮像装置の製造方法は、素子領域及び周辺領域を有する半導体基板の前記素子領域において、半導体基板の複数の画素が集積された受光面に画素ごとにフォトダイオードを形成する。次に、画素領域及び周辺領域において半導体基板上に絶縁膜を形成する。次に、画素領域において、フォトダイオードの上方部分における絶縁膜の上面から個々のフォトダイオードに対して伸びるように光導波路用凹部を形成する。また、周辺領域内の所定の領域において、絶縁膜の上面の位置を半導体基板側に後退させるように絶縁膜に調整用凹部を形成する。次に、画素領域における光導波路用凹部と周辺領域における調整用凹部に埋め込んで光透過性の埋め込み層を形成する。次に、埋め込み層の上層にカラーフィルタを形成する。

また、本発明の電子機器は、固体撮像装置と、前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有し、前記固体撮像装置は、素子領域及び周辺領域を有する半導体基板と、前記素子領域において、前記半導体基板の複数の画素が集積された受光面に前記画素ごとに形成されたフォトダイオードと、前記画素領域及び前記周辺領域において前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記画素領域において、前記フォトダイオードの上方部分における前記絶縁膜の上面から個々の前記フォトダイオードに対して伸びるように形成された光導波路用凹部と、前記周辺領域内の所定の領域において、前記絶縁膜の上面の位置を前記半導体基板側に後退させるように前記絶縁膜に形成された調整用凹部と、前記画素領域における前記光導波路用凹部と前記周辺領域における前記調整用凹部に埋め込まれて形成された光透過性の埋め込み層と、前記埋め込み層の上層に形成されたカラーフィルタとを有する。

上記の本発明の電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有する。ここで、固体撮像装置は、上記の本発明の固体撮像装置である。

本発明の固体撮像装置は、周辺領域において絶縁膜の上面に調整用凹部が設けられていることから、画素領域と周辺領域で埋め込み層の表面の高さが均一となり、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、周辺領域において絶縁膜の上面に調整用凹部を設けるので、画素領域と周辺領域で埋め込み層の表面の高さが均一となり、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。

本発明の電子機器は、電子機器に含まれる固体撮像装置において、画素領域と周辺領域で埋め込み層の表面の高さが均一となり、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。

以下に、本発明に係る固体撮像装置と当該固体撮像装置を備えた電子機器の実施の形態について、図面を参照して説明する。

第１実施形態
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
図面は、画素が集積された画素領域Ａ１と、画素領域Ａ１の外周部に設けられた周辺領域Ａ２について示している。

以下、画素領域Ａ１について説明する。
例えば、半導体基板１０に、フォトダイオードからなる不図示の受光部を有する画素がマトリクス状に集積して設けられている。
上記の半導体基板１０上に、例えば、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の積層体などからなる絶縁膜２０が形成されている。炭化シリコン膜が積層されていてもよい。

上記の絶縁膜２０中に銅配線などからなる配線２１が埋め込まれている。
上記の配線は、受光部への光の入射を妨げないように受光部を除く領域において上記絶縁膜中に埋め込まれて形成された構成となっている。

例えば、フォトダイオードの上方部分における絶縁膜１２０の上面から個々のフォトダイオードに対して伸び、底部が半導体基板１０から離間した位置となるように、光導波路用凹部２０ｂが形成されている。
光導波路用凹部２０ｂ内を埋め込んで、絶縁膜２０の上層に全面に、光透過性の樹脂からなる埋め込み層２２が形成されており、光導波路用凹部２０ｂ内の埋め込み層２２が光導波路となる。

埋め込み層２２の上層に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各色のカラーフィルタ２３が画素ごとに区分されて設けられている。
カラーフィルタ２３の上層にオンチップレンズ２４が形成されている。

次に、周辺領域Ａ２について説明する。
周辺領域Ａ２においては、半導体基板１０上に絶縁膜２０が設けられているが、画素及び光導波路は設けられていない。
周辺領域Ａ２内の所定の領域において、絶縁膜２０の上面の位置を半導体基板１０側に後退させるように、絶縁膜２０に調整用凹部２０ａが形成されている。
上記の埋め込み層２２は、調整用凹部２０ａにおいても埋め込まれて形成されている。

埋め込み層２２の上層に、例えば画素領域Ａ１と同様のパターンで設けられた赤（Ｒ）フィルタ及び緑（Ｇ）フィルタと、それらを被覆する全面のパターンの青（Ｂ）フィルタを有するカラーフィルタ２３ａが設けられている。周辺領域には画素が設けられてないのでカラーフィルタ２３ａは本来不要であるが、迷光を低減する目的で設けられている。
また、オンチップレンズは設けられておらず、オンチップレンズを設けるために塗布された樹脂材料の一部が残されている状態となっている。

上記のように、本実施形態の固体撮像装置は、周辺領域Ａ２において絶縁膜２０の上面に調整用凹部２０ａが設けられている。このため、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２で埋め込み層２２の表面の高さが均一となり、カラーフィルタ２３の膜厚のムラが低減され、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。

例えば、絶縁膜２０の膜厚が３０００ｎｍであり、光導波路用凹部を２０００ｎｍ程度の深さで設けられる。
例えば、画素領域Ａ１における光導波路用凹部の占める面積は画素領域全体の１０％程度である。上記のような膜厚の場合には、光導波路用凹部の深さの１０％程度、即ち２００ｎｍ程度の深さで、周辺領域において全面に調整用凹部２０ａが形成された構成とする。

上記のように、本実施形態の固体撮像装置は、好ましくは、上記のようにカラーフィルタ２３の上層にオンチップレンズ２４が形成されている。
上記のように、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２で埋め込み層２２の表面の高さが均一となり、オンチップレンズの形状の歪みが抑制され、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。

上記のように、本実施形態の固体撮像装置は、好ましくは、絶縁膜２０中に埋め込まれて配線２１が形成されている。
光導波路が設けられているので、配線に妨げないで入射する光の受光部への集光が可能である。

次に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。
図２（ａ）〜図２（ｃ）、図３（ａ）及び図３（ｂ）は、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
上記の各図面においては、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２について示している。

まず、図２（ａ）に示すように、例えば、素子領域Ａ１及び周辺領域Ａ２を有する半導体基板１０の素子領域Ａ１において、半導体基板１０の複数の画素が集積された受光面に画素ごとに不図示のフォトダイオードを形成する。

次に、例えば、画素領域Ａ１及び周辺領域Ａ２において、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより半導体基板１０上に絶縁膜２０を３０００ｎｍの膜厚で形成する。
例えば、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜の積層体などから形成する。炭化シリコン膜が積層されるようにしてもよい。

例えば、上記の絶縁膜２０を形成する工程において、絶縁膜２０中に埋め込まれるように配線２１を形成しながら行う。
例えば、上記の絶縁膜を構成する１層の絶縁膜において配線を形成する領域に配線用の溝を形成し、シード層となるバリアメタル膜を形成する。次に、電解メッキにより銅を堆積し、溝の外部に堆積した導電材料をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理で除去する。上記のようなダマシン法により、上記の工程を各絶縁膜において行うことで、絶縁膜に埋め込まれた配線を形成することができる。
上記の構造においては、窒化シリコン膜や炭化シリコン膜は銅の拡散を防止する膜となる。

次に、図２（ｂ）に示すように、例えば、フォトリソグラフィ工程により周辺領域Ａ２内の所定の領域を開口するパターンのレジスト膜Ｒ１を形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのエッチング処理を行う。これにより、周辺領域Ａ２内の所定の領域において、絶縁膜２０の上面の位置を半導体基板１０側に後退させるように絶縁膜２０に調整用凹部２０ａを形成する。

次に、図２（ｃ）に示すように、例えば、画素領域Ａ１において、フォトダイオードの上方部分における絶縁膜２０の上面から個々のフォトダイオードに対して伸び、底部が半導体基板１０から離間した位置となるように、光導波路用凹部２０ｂを形成する。光導波路用凹部２０ｂの深さは、例えば２０００ｎｍ程度とする。

上記のように、例えば、絶縁膜２０の膜厚が３０００ｎｍであり、光導波路用凹部を２０００ｎｍ程度の深さであり、画素領域Ａ１における光導波路用凹部の占める面積は画素領域全体の１０％程度である場合、調整用凹部２０ａの深さは２００ｎｍ程度とする。

次に、図３（ａ）に示すように、例えば、画素領域Ａ１における光導波路用凹部２０ｂと周辺領域Ａ２における調整用凹部２０ａに埋め込んで、光透過性の埋め込み層２２を形成する。埋め込み層２２は、例えば、光透過性の樹脂をスピン塗布などで供給して形成することができる。

次に、図３（ｂ）に示すように、例えば、埋め込み層２２の上層にカラーフィルタ２３を形成する。例えば、画素領域Ａ１においては、画素のレイアウトに適合するように、リソグラフィによって、最初に赤（Ｒ）フィルタを形成し、次に緑（Ｇ）フィルタを形成し、最後に青（Ｂ）フィルタを形成する。
一方、周辺領域Ａ２においては、リソグラフィによって赤（Ｒ）フィルタと緑（Ｇ）フィルタを画素領域Ａ１と同様に形成し、最後にそれらを被覆する全面のパターンの青（Ｂ）フィルタを形成し、上述の構成のカラーフィルタ２３ａを形成する。

さらに、カラーフィルタ２３の上層にオンチップレンズ２４を形成する。例えば、オンチップレンズ２４は、レンズとなる樹脂材料をスピン塗布などで供給し、レンズ形状となるようにエッチング加工することで形成できる。
以上で、図１に示す構成の固体撮像装置を製造することができる。

上記のように、本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、周辺領域Ａ２において絶縁膜２０の上面に調整用凹部２０ａを設ける。このため、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２で埋め込み層２２の表面の高さが均一となり、カラーフィルタ２３の膜厚のムラが低減され、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。

上記のように、本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、好ましくは、上記のようにカラーフィルタ２３の上層にオンチップレンズ２４を形成する。
上記のように、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２で埋め込み層２２の表面の高さが均一となり、オンチップレンズの形状の歪みが抑制され、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。

上記のように、本実施形態の固体撮像装置は、好ましくは、絶縁膜２０を形成する工程において、絶縁膜２０中に埋め込んで配線２１を形成する。
光導波路が設けられているので、配線に妨げないで入射する光の受光部への集光が可能である。

第２実施形態
図４は、本実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
第１実施形態と同様に、画素が集積された画素領域Ａ１と、画素領域Ａ１の外周部に設けられた周辺領域Ａ２について示している。

第１実施形態の固体撮像装置に対して、画素領域Ａ１において、絶縁膜２０に設けられた光導波路用凹部２０ｂの縁部２０ｃがテーパ形状に加工されていることが異なる。

また、周辺領域Ａ２においては、絶縁膜２０中に周辺部配線２５が埋め込まれており、絶縁膜２０中の周辺部配線２５の上方に上層配線２７が形成されており、周辺部配線２５と上層配線２７を接続するコンタクト２６が形成されている。
上記以外は、第１実施形態と同様である。

本実施形態の固体撮像装置においては、周辺領域Ａ２において、画素領域Ａ１における絶縁膜２０の表面と同程度の高さの位置に、上層配線２７が形成されている。
ここで、周辺領域Ａ２内の上層配線２７を除く領域に、調整用凹部２０ｄが形成されている。

調整用凹部２０ｄとしては、上層配線２７の領域を含むように設けることはできないので、上層配線２７を除く領域に設ける。
上記のような上層配線２７は、埋め込み層２２の膜厚の不均一の原因となるので、本実施形態における調整用凹部２０ｄの深さは、上層配線２７により引き起こされる不均一を吸収できるような深さとなっている。

上記のように、本実施形態の固体撮像装置は、周辺領域Ａ２において絶縁膜２０の上面に調整用凹部２０ｄが設けられている。このため、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２で埋め込み層２２の表面の高さが均一となり、カラーフィルタ２３の膜厚のムラが低減され、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。
特に、上層配線によって埋め込み層２２の膜厚の不均一が増大しやすいが、上記のように調整用凹部２０ｄにより埋め込み層２２の表面の高さが均一となる。これにより、カラーフィルタ２３の膜厚のムラが低減され、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。

次に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。
図５（ａ）〜図５（ｃ）、図６（ａ）〜図６（ｃ）は、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
上記の各図面においては、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２について示している。

まず、図５（ａ）に示すように、例えば、素子領域Ａ１及び周辺領域Ａ２を有する半導体基板１０の素子領域Ａ１において、半導体基板１０の複数の画素が集積された受光面に画素ごとに不図示のフォトダイオードを形成する。

次に、例えば、画素領域Ａ１及び周辺領域Ａ２において、半導体基板１０上に絶縁膜２０を膜厚で形成する。
例えば、上記の絶縁膜２０を形成する工程において、画素領域Ａ１において絶縁膜２０中に埋め込まれるように配線２１を形成しながら行う。
また、周辺領域Ａ２において絶縁膜２０中に埋め込まれるように周辺部配線２５を形成しながら行う。

次に、図５（ｂ）に示すように、例えば、フォトリソグラフィ工程により周辺領域Ａ２内の所定の領域を開口するパターンのレジスト膜Ｒ１を形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのエッチング処理を行う。これにより、周辺領域Ａ２内の所定の領域において、絶縁膜２０の上面の位置を半導体基板１０側に後退させるように絶縁膜２０に調整用凹部２０ａを形成する。

次に、図５（ｃ）に示すように、例えば、周辺領域Ａ２の調整用凹部２０ａが形成された領域内において、周辺部配線２５に接続するコンタクト２６を形成し、コンタクトに接続するように上層配線２７を形成する。

次に、図６（ａ）に示すように、例えば、ＣＶＤ法により全面に酸化シリコンを堆積させ、絶縁膜２０を厚膜化する。図面上、点線で境界を示している。
このとき、上層配線２７は上記の酸化シリコン膜に被覆され、上層配線２７の領域を除く領域が実質的な調整用凹部２０ｄとなる。

次に、例えば、画素領域Ａ１において、光導波路用凹部２０ｂを形成する。
また、光導波路用凹部２０ｂの縁部２０ｃをテーパ形状に加工する。

次に、図６（ｂ）に示すように、例えば、画素領域Ａ１における光導波路用凹部２０ｂと周辺領域Ａ２における調整用凹部２０ｄに埋め込み層２２を形成する。

次に、図６（ｃ）に示すように、例えば、画素領域Ａ１で埋め込み層２２の上層にカラーフィルタ２３を形成し、周辺領域で上述のカラーフィルタ２３ａを形成する。
次に、カラーフィルタ２３の上層にオンチップレンズ２４を形成する。
以上で、図４に示す構成の固体撮像装置を製造することができる。

上記のように、本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、周辺領域Ａ２において絶縁膜２０の上面に調整用凹部２０ａを設ける。このため、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２で埋め込み層２２の表面の高さが均一となり、カラーフィルタ２３の膜厚のムラが低減され、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。
特に、上層配線によって埋め込み層２２の膜厚の不均一が増大しやすいが、上記のように調整用凹部２０ｄにより埋め込み層２２の表面の高さが均一となる。これにより、カラーフィルタ２３の膜厚のムラが低減され、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。

第３実施形態
図７は、本実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
第２実施形態と同様の構成であるが、周辺領域Ａ２において、絶縁膜２０上に上層配線２７が形成されていることが異なる。
上記以外は、第２実施形態と同様である。

本実施形態においても、周辺領域Ａ２内の上層配線２７を除く領域が、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２で埋め込み層２２の表面の高さの均一化に寄与する実質的な調整用凹部となる。

上記のように、本実施形態の固体撮像装置は、周辺領域Ａ２において絶縁膜２０の上面に調整用凹部２０ｄが設けられている。このため、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２で埋め込み層２２の表面の高さが均一となり、カラーフィルタ２３の膜厚のムラが低減され、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。

第４実施形態
図８は、本実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
画素が集積された画素領域Ａ１と、画素領域Ａ１の外周部に設けられた周辺領域Ａ２の全体の構成については第２及び第３実施形態と同様であるが、図面上、画素が集積された画素領域Ａ１における緑色画素ＰＸ_Ｇと青色画素ＰＸ_Ｂについて示している。

第２及び第３実施形態の固体撮像装置に対して、画素領域Ａ１において、絶縁膜２０に設けられた光導波路用凹部２０ｂのテーパ形状に加工された縁部２０ｃについて、緑色画素ＰＸ_Ｇの方が青色画素ＰＸ_Ｂより大きく開口されていることが異なる。
上記以外は、第２及び第３実施形態と同様である。

上記のように、本実施形態の固体撮像装置は、テーパ形状に加工された縁部２０ｃについて、緑色画素ＰＸ_Ｇの方が青色画素ＰＸ_Ｂより大きく開口されている。
従来、感度の入射角依存性が画素（カラーフィルタ）の色によって異なることに起因して、感度のＦ値依存性が画素（カラーフィルタ）の色によって異なる現象が生じていた。
本実施形態においては、テーパ形状に加工された縁部２０ｃについて、緑色画素ＰＸ_Ｇの方が青色画素ＰＸ_Ｂより大きく開口されていることにより、感度の入射角依存性の色間差が補正され、Ｆ値依存性の色間差が抑制される構成とすることができる。

また、赤色画素の光導波路用凹部２０ｂのテーパ形状に加工された縁部２０ｃについては、例えば、緑色画素ＰＸ_Ｇの縁部２０ｃと同等の構成とする。

さらに、本実施形態においては、上記の実施形態と同様に、周辺領域Ａ２において絶縁膜２０の上面に調整用凹部２０ｄが設けられている構成となっている。
このため、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２で埋め込み層２２の表面の高さが均一となり、カラーフィルタ２３の膜厚のムラが低減され、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。

次に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。
図９（ａ）〜図９（ｂ）は、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
上記の各図面においては、緑色画素ＰＸ_Ｇと青色画素ＰＸ_Ｂについて示している。

まず、工程までは第２及び第３実施形態と同様である。
次に、図９（ａ）に示すように、例えば、半導体基板１０の複数の画素が集積された受光面に画素ごとに不図示のフォトダイオードを形成し、半導体基板１０上に絶縁膜２０を膜厚で形成する。
ここで、絶縁膜２０中に埋め込まれるように配線２１などを形成しながら行う。

次に、例えば、フォトリソグラフィ工程により光導波路用凹部２０ｂの縁部２０ｃとなる領域を開口するレジスト膜ＰＲ１をパターン形成し、凹部の縁部２０ｃがテーパ状になるように、エッチング処理を行って、縁部２０ｃをテーパ形状に加工する。
この後、レジスト膜ＰＲ１を除去する。

次に、図９（ｂ）示すように、例えば、フォトリソグラフィ工程により光導波路用凹部２０ｂとなる領域を開口するレジスト膜ＰＲ２をパターン形成し、エッチング処理を行って、光導波路用凹部２０ｂを形成する。
この後、レジスト膜ＰＲ２を除去する。
以降及び上記以外の工程は、周辺領域Ａ２における調整用凹部２０ｄ工程を含めて、実質的に第２及び第３実施形態と同様にして、本実施形態に係る固体撮像装置を製造することができる。

上記のように、本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２で埋め込み層２２の表面の高さが均一となり、カラーフィルタ２３の膜厚のムラが低減され、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。

第５実施形態
図１０は、本実施形態に係る電子機器であるカメラの概略構成図である。本実施形態に係るカメラは、静止画撮影又は動画撮影可能なビデオカメラの例である。
本実施形態に係るカメラは、イメージセンサ（固体撮像装置）５０と、光学系５１と、信号処理回路５３などを有する。
本実施形態において、上記のイメージセンサ５０として、上記の第１実施形態に係る固体撮像装置が組み込まれている。

光学系５１は、被写体からの像光（入射光）をイメージセンサ５０の撮像面上に結像させる。これによりイメージセンサ５０内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。蓄積された信号電荷は出力信号Ｖｏｕｔとして取り出される。
シャッタ装置は、イメージセンサ５０への光照射期間および遮光期間を制御する。

画像処理部は、イメージセンサ５０の転送動作およびシャッタ装置のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。画像処理部から供給される駆動信号（タイミング信号）により、イメージセンサ５０の信号転送を行なう。信号処理回路５３は、イメージセンサ５０の出力信号Ｖｏｕｔに対して種々の信号処理を施して映像信号として出力する。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。

上記の本実施形態に係る電子機器によれば、内蔵される固体撮像装置において、周辺領域Ａ２において絶縁膜２０の上面に調整用凹部２０ｄが設けられている。このため、画素領域Ａ１と周辺領域Ａ２で埋め込み層２２の表面の高さが均一となり、カラーフィルタ２３の膜厚のムラが低減され、画面の中央と端部での撮像特性のムラを低減することができる。

上記の実施形態では、可視光の光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されてなるイメージセンサ５０に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はイメージセンサ５０への適用に限られるものではない。例えば、画素アレイ部の画素列ごとにカラム回路を配置してなるカラム方式の固体撮像装置全般に対して適用可能である。

また、本発明は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らない。赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置や、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用できる。

さらに、画素アレイ部の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限らず、画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すＸ−Ｙアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。

なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。

また、本発明は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。

ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置において、その固体撮像装置として先述した実施形態に係るイメージセンサ５０を用いることができる。これにより、当該イメージセンサ５０では、簡単な構成で、良質な画像を得ることができる。

本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、実施形態においてはＣＭＯＳセンサとＣＣＤ素子のいずれにも適用できる。
また、絶縁膜の層構成や絶縁膜中に埋め込まれている配線の構成などは、特に限定はなく、種々の構成が適用できる。
また、カラーフィルタのパターン及びオンチップレンズの形状などの本実施形態に示されたもの以外を適用することも可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

図１は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。 図２（ａ）〜図２（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。 図３（ａ）及び図３（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。 図４は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。 図５（ａ）〜図５（ｃ）は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。 図６（ａ）〜図６（ｃ）は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。 図７は本発明の第３実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。 図８は本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。 図９（ａ）〜図９（ｂ）は本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。 図１０は本発明の第５実施形態に係る電子機器の概略構成図である。 図１０は第１従来例に係る固体撮像装置の概略構成図である。 図１２は第２従来例に係る固体撮像装置の概略構成図である。

符号の説明

１０…半導体基板、２０…絶縁膜、２０ａ，２０ｄ…調整用凹部、２０ｂ…光導波路用凹部、２０ｃ…縁部、２１…配線、２２…埋め込み層、２３，２３ａ…カラーフィルタ、２４…オンチップレンズ、２５…周辺部配線、２６…コンタクト、２７…上層配線、Ａ１…画素領域、Ａ２…周辺領域、５０…イメージセンサ、５１…光学系、５３…信号処理回路

Claims (9)

1. 素子領域及び周辺領域を有する半導体基板と、
   前記素子領域において、前記半導体基板の複数の画素が集積された受光面に前記画素ごとに形成されたフォトダイオードと、
   前記画素領域及び前記周辺領域において前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、
   前記画素領域において、前記フォトダイオードの上方部分における前記絶縁膜の上面から個々の前記フォトダイオードに対して伸びるように形成された光導波路用凹部と、
   前記周辺領域内の所定の領域において、前記絶縁膜の上面の位置を前記半導体基板側に後退させるように前記絶縁膜に形成された調整用凹部と、
   前記画素領域における前記光導波路用凹部と前記周辺領域における前記調整用凹部に埋め込まれて形成された光透過性の埋め込み層と、
   前記埋め込み層の上層に形成されたカラーフィルタと
   を有する固体撮像装置。
2. 前記カラーフィルタの上層にオンチップレンズが形成されている
   請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記絶縁膜中に埋め込まれて配線が形成されている
   請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記周辺領域において、前記絶縁膜上にあるいは前記画素領域における前記絶縁膜の表面と同程度の高さの位置に、上層配線が形成されており、
   前記調整用凹部が前記上層配線を除く領域に形成されている
   請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
5. 素子領域及び周辺領域を有する半導体基板の前記素子領域において、前記半導体基板の複数の画素が集積された受光面に前記画素ごとにフォトダイオードを形成する工程と、
   前記画素領域及び前記周辺領域において前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
   前記画素領域において、前記フォトダイオードの上方部分における前記絶縁膜の上面から個々の前記フォトダイオードに対して伸びるように光導波路用凹部を形成する工程と、
   前記周辺領域内の所定の領域において、前記絶縁膜の上面の位置を前記半導体基板側に後退させるように前記絶縁膜に調整用凹部を形成する工程と、
   前記画素領域における前記光導波路用凹部と前記周辺領域における前記調整用凹部に埋め込んで光透過性の埋め込み層を形成する工程と、
   前記埋め込み層の上層にカラーフィルタを形成する工程と
   を有する固体撮像装置の製造方法。
6. 前記カラーフィルタを形成する工程の後に、前記埋め込み層の上層にオンチップレンズを形成する工程をさらに有する
   請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
7. 前記絶縁膜を形成する工程が、前記絶縁膜中に埋め込まれるように配線を形成する工程を含む
   請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
8. 前記周辺領域において、前記絶縁膜上にあるいは前記画素領域における前記絶縁膜の表面と同程度の高さとなる位置に、上層配線を形成する工程をさらに有し、
   前記調整用凹部を形成する工程において、前記調整用凹部を前記上層配線を除く領域に形成する
   請求項５〜７のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 固体撮像装置と、
   前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、
   前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と
   を有し、
   前記固体撮像装置は、
   素子領域及び周辺領域を有する半導体基板と、
   前記素子領域において、前記半導体基板の複数の画素が集積された受光面に前記画素ごとに形成されたフォトダイオードと、
   前記画素領域及び前記周辺領域において前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、
   前記画素領域において、前記フォトダイオードの上方部分における前記絶縁膜の上面から個々の前記フォトダイオードに対して伸びるように形成された光導波路用凹部と、
   前記周辺領域内の所定の領域において、前記絶縁膜の上面の位置を前記半導体基板側に後退させるように前記絶縁膜に形成された調整用凹部と、
   前記画素領域における前記光導波路用凹部と前記周辺領域における前記調整用凹部に埋め込まれて形成された光透過性の埋め込み層と、
   前記埋め込み層の上層に形成されたカラーフィルタと
   を有する電子機器。

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