JP2011165868A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像素子において、感度シェーディングを抑制する。
【解決手段】基板１０１上に複数の画素が配列された撮像領域を備える固体撮像素子において、各画素は、基板１０１の表面部に設けられ、光電変換により電荷を生成する光電変換領域１０２と、光電変換領域１０２上に設けられ、入射光を光電変換領域１０２に導く光導波路１０６と、基板１０１上における光導波路１０６の周囲に設けられた層間絶縁膜１０５とを備える。光導波路１０６は、層間絶縁膜１０５よりも屈折率の高い第１領域１０６ａを備える。少なくとも撮像領域のうちの周縁部に位置する画素において、光導波路１０６は、第１領域１０６ａ内に設けられ且つ第１領域１０６ａよりも屈折率の高い第２領域１０６ｂを更に備える。
【選択図】図１

Description

本開示は、固体撮像素子に関し、特に、感度シェーディングを抑制する技術に関する。

固体撮像素子は、複数の画素が縦横に配列された撮像領域を備える。図５は、背景技術の固体撮像素子１０について模式的に示す断面図である。

図５には、半導体基板１１上に配列された画素２つ程度を含む範囲が示されている。半導体基板１１の表面部にはフォトダイオードからなる光電変換領域１２が画素毎に設けられている。半導体基板１１上には絶縁膜１５が設けられていると共に、光電変換領域１２上には絶縁膜１５よりも屈折率の高い材料からなる光導波路１６が設けられている。光導波路１６は、入射光を効率的に光電変換領域１２へと導く働きを有する。絶縁膜１５内には、光電変換部１０２側方の半導体基板１１上に設けられた光電変換領域１２において生じた電荷を転送するための転送電極１３と、該転送電極１３を駆動するための配線１４とが設けられている。ここでは、配線１４は、画素間に漏れ込んだノイズ光を遮る遮光膜としても機能する。

また、絶縁膜１５及び光導波路１６の上を覆うように、平坦化層１７、カラーフィルタ１８、平坦化層１９が下からこの順に積層されている。更に、平坦化層１９上に、各光電変換領域１２に対応するマイクロレンズ２０が形成されている。

固体撮像素子１０への入射光は、マイクロレンズ２０により各画素の光電変換領域１２に向けて集光され、カラーフィルタ１８により色分離され、更に光導波路１６によって光電変換領域１２に導かれる。光電変換領域１２に入射した光は光電変換されて信号電荷となり、転送電極１３下方の半導体基板１１表面部に設けられた垂直転送ＣＣＤ（Charge Coupled Device 、図示省略）によって転送され、映像信号として取り出される。

ここで、画素が配列された撮像領域における中央の画素の場合、入射光は、画素に対して実質的に垂直に入射する。これに対し、撮像領域の周縁部に近い位置の画素ほど、入射光は画素に対して角度をもって入射することになる。

これについて、図５の入射光２１によって例示する。入射光２１は、画素に備えられたマイクロレンズ２０に対して斜めに入射した結果、光電変換領域１２の中心付近よりも外側（撮像領域の中心から見て外側、図５では左側）に外れた位置に集光されている。このことから、光電変換領域１２にて電荷を生じさせる入射光が減少している。このような入射光の減少は、画素に対する入射光の角度が大きくなるほど顕著になるため、撮像領域の中央付近から周縁部に向かって画素の感度が低下する。よって、撮像された画像の周縁部が暗くなる。これは、一般に感度シェーディングと呼ばれる。

感度シェーディングを抑制する方法として、マイクロレンズ２０を光電変換領域１２に対してズレた位置に設けることが知られている（特許文献１）。つまり、撮像領域の周縁部に近い画素ほど、光電変換領域１２に対して撮像領域の中央側にズレた位置にマイクロレンズ２０を形成する。この際、撮像領域の周縁側ほどズレを大きくする。このようにすると、マイクロレンズ２０により集光される位置を画素毎に調整し、光電変換領域１２内に入射させることができる。

また、感度シェーディングを抑制する他の方法として、光導波路１６の位置を画素毎に変えることも知られている（特許文献２）。このような方法によっても、撮像領域内の各画素において光電変換領域１２内に入射光を集めることができる。

特開２００５−３０２８８４号公報 特開２００６−３２４４３９号公報

しかしながら、前記の方法には、以下に説明するように、それぞれ課題がある。

マイクロレンズの位置にズレを設ける方法の場合、ズレの大きさには限度がある。一般に、マイクロレンズの形成には、樹脂からなるパターンを熱フローによって曲面形状とする工程が利用される。隣接するマイクロレンズ同士の距離が小さくなると、熱フローの際にマイクロレンズ同士が接触し易くなり、目的の形状を得ることが難しくなる。目的の形状が得られなければマイクロレンズによる集光の効果は低下する。この結果、特に、大きなズレが要求されることからマイクロレンズ間の距離が小さくなるので目的形状の得にくくなる周縁部の画素において、感度が低下するつまり、感度シェーディングが生じることになる。

また、光導波路１６の位置を変えるには、光導波路１６の周囲に設けられる配線１４等についても位置を変える必要がある。このような変更は、配線１４と転送電極１３とのコンタクトの不良、電荷転送の不良等の原因となる。よって、光導波路１６の位置の変化が大きいほど画素の感度が低下し、結果として、感度シェーディングが生じることになる。

以上に鑑み、本開示の技術の目的は、各画素における感度の低下、更には感度シェーディングを抑制することのできる固体撮像素子を提供することである。

前記の目的を達成するため、本開示に係る固体撮像素子は、基板上に複数の画素が配列された撮像領域を備え、各画素は、基板の表面部に設けられ、光電変換により電荷を生成する光電変換領域と、光電変換領域上に設けられ、入射光を光電変換領域に導く光導波路と、基板上における光導波路の周囲に設けられた層間絶縁膜とを備え、光導波路は、層間絶縁膜よりも屈折率の高い第１領域を備え、少なくとも撮像領域のうちの周縁部に位置する画素において、光導波路は、第１領域内に設けられ且つ第１領域よりも屈折率の高い第２領域を更に備える。

このような固体撮像素子によると、光導波路が第１領域及びそれよりも屈折率の高い第２領域を備えることから、第１領域と第２領域の側部との界面において光を全反射させることができる。これを利用して、光を光電変換領域の中央側に導くことができるので、光が斜めに入射する画素においても感度の低下を抑制し、感度シェーディングを抑制することができる。ここで、入射光の画素に対する角度は撮像領域の外側に近いほど大きくなるのであるから、少なくとも周縁部の画素について第２領域が備えられていればよい。周縁部とは、その内側には第２領域を備えない画素が備えられるような相対的に外側の領域をいうものである。

尚、第２領域を備える画素よりも内側の画素において、光導波路は第１領域からなっていても良い。

また、全ての画素において、光導波路は第２領域を備えていても良い。

中央付近の画素については、入射光はほぼ垂直に入射するので、第２領域を備えていなくも良い。しかし、中央付近の画素を含む全ての画素が第２領域を備えている構造であってもよい。

また、各画素の撮像領域の中心からの距離に応じて、各画素の光導波路において、平面視による第２領域の位置、形状及び大きさの少なくとも一方が異なっていても良い。

撮像領域の中心から外れる画素ほど、当該画素に対する入射光は垂直方向から大きく外れる。そこで、これに応じて第２領域の位置、大きさ等を設定することにより、入射光の角度の違いに起因する感度の違いを抑制して感度シェーディングを抑制することができる。

また、各画素の撮像領域の中心からの距離が大きくなるに従い、各画素の光導波路における第２領域が撮像領域の外側寄りに形成されていても良い。

撮像領域の中心から外れる画素ほど、入射光は撮像領域の外側寄りに入射する。このことに応じて第２領域を撮像領域の外側寄りに形成することによって、各画素において入射光を撮像領域に導くことができる。

また、各画素において第２領域は同じ大きさを有し、複数の画素は行列状に配列されており、行方向及び列方向のそれぞれについて、各画素の撮像領域の中心からの距離が大きくなるに従い、各画素の光導波路における第２領域が撮像領域の外側寄りに形成されていても良い。

つまり、各画素の撮像領域の中心からの距離について、行方向と列方向とに分けて個別に考えても良い。この場合、行の中心又は列の中心からの距離を考えれば良いことになる。

また、各画素において、第２領域は第１領域の中心に形成され、各画素の撮像領域の中心からの距離が大きくなるに従い、第２領域が大きくなっていても良い。

各画素におけるより具体的な第２領域の構成として、このようになっていても良い。

また、各画素は、光導波路の上方に設けられたマイクロレンズを更に備えていても良い。

マイクロレンズによる集光を行なう場合にも、第１領域及び第２領域を有する光導波路の効果を利用することができる。

また、各画素は、光導波路の上方に設けられたマイクロレンズを更に備え、各画素の撮像領域の中心からの距離が大きくなるに従い、マイクロレンズが撮像領域の内側寄りにズレて形成されていても良い。

このようにすると、各画素に対する集光の位置を調整して感度シェーディングを抑制する効果を得ることができる。また、目的とする形状のマイクロレンズを形成可能な範囲でズレを設定し、第１領域及び第２領域を有する光導波路の効果と併用することによって、より確実に感度シェーディングを抑制することができる。

また、各画素の撮像領域の中心からの距離及びマイクロレンズの位置のズレに応じて、各画素の光導波路において、平面視による第２領域の位置及び大きさの少なくとも一方が異なっていても良い。

このようにすると、マイクロレンズの位置にズレを設ける場合について、より確実に各画素の感度の低下、感度シェーディングを抑制することができる。

また、第２領域の上面は、第１領域の上面と一致していても良い。

第１領域と第２領域の側部との界面による光の反射をより確実に利用するためには、このようになっているのがよい。第２領域の下面は、第１領域の下面と一致していてもよい。

また、第２領域の全ての側部は、第１領域と接していても良い。

第２領域の側部が第１領域と接していない部分があると、その部分では第１領域と第２領域の側部との界面における光の反射を利用できないため、これを避けるのが有益である。

また、層間絶縁膜の屈折率は、１．３以上で且つ１．５以下であり、第１領域の屈折率は、１．５以上で且つ１．８以下であると共に層間絶縁膜の屈折率よりも大きく、第２領域の屈折率は、１．８以上で且つ２．０以下であると共に第１領域の屈折率よりも大きくなっていても良い。

このようにすると、より確実に感度シェーディングを抑制する効果が得られる。

また、層間絶縁膜は、シリコン酸化膜からなり、第１領域は、シリコン酸窒化膜からなり、第２領域は、シリコン窒化膜からなるっていても良い。

層間絶縁膜、第１領域及び第２領域について、それぞれ望ましい屈折率の関係を実現できる材料の例として、このようなものが挙げられる。

尚、以上の固体撮像素子において、光導波路の位置の変更は不要であり、そのような変更を行なった場合に生じるコンタクトの不良、電荷転送の不良等を避けることができる。

本開示の固体撮像素子によると、各画素に、第１領域にそれよりも屈折率の高い第２領域が埋め込まれた構造の光導波路を備えることにより、画素毎の感度の低下と、感度シェーディングとを抑制することができる。

図１は、本開示の一実施形態における例示的固体撮像素子の断面を模式的に示す図である。 図２は、図１の固体撮像素子の撮像領域を示す平面図であり、撮像領域内における各画素の位置と、個々の画素が備える光導波路内における第２領域の位置との関係を示す図である。 図３は、図２に示す固体撮像素子の変形例を説明する図である。 図４は、図１に示す固体撮像素子の変形例を説明する図である。 図５は、背景技術の固体撮像素子の断面を模式的に示す図である。

以下、本開示の実施形態について図面を参照して説明する。いずれも、本開示の固体撮像素子の構成、作用・効果、製造方法等を説明する例として示しており、以下の内容に限定されるわけではない。本開示の技術思想の範囲内において、適宜変更されうるものである。

図１は、本実施形態の例示的固体撮像素子１００の断面を模式的に示す図であり、特に、基板上に設けられた光電変換領域を備える画素２つ分の範囲を示している。固体撮像素子１００は、複数の画素が縦横に配列された撮像領域を備えている。

図１に示す通り、例えばｐ型シリコン基板である基板１０１の表面部に、光電変換により電荷を生成するためのｎ型半導体領域からなる光電変換領域１０２が画素毎に設けられている。

基板１０１上には、基板１０１上を覆う層間絶縁膜１０５に埋め込まれるように、光電変換領域１０２にて生じた電荷を転送するための転送電極１０３と、配線１０４とが形成されている。配線１０４は、タングステン等の金属からなり、転送電極１０３の駆動等を行なうと共に、画素間に漏れ込むノイズ光を遮る遮光膜としての機能を果たす。また、転送電極１０３と配線１０４とは、画素毎にコンタクトにより接続されている。尚、層間絶縁膜１０５は、複数の絶縁膜が積層されたものであっても良い。

また、光電変換領域１０２上に、層間絶縁膜１０５に埋め込まれるように、入射光を光電変換領域１０２に導くための光導波路１０６が設けられている。光電変換領域１０２上に設けられた光導波路１０６の周囲に層間絶縁膜１０５が形成されていると考えても良い。

層間絶縁膜１０５上及び光導波路１０６上を覆うように、第１の平坦化層１０７、画素毎に入射光の色分解を行なうためのカラーフィルタ１０８と、第２の平坦化層１０９とが下からこの順に積層されている。

更に、第２の平坦化層１０９上には、入射光を光導波路１０６、光電変換領域１０２に向けて集光するためのマイクロレンズ１１０が光導波路１０６の上方に設けられている。本実施形態の固体撮像素子１００の場合、撮像領域内のどの画素においても、マイクロレンズ１１０はそれぞれの光電変換領域１０２に対して同じ位置に形成されている。

固体撮像素子への入射光は、マイクロレンズ１１０により各画素の光電変換領域１０２に向けて集光され、カラーフィルタ１０８により色分離され、更に光導波路１０６によって光電変換領域１０２に導かれる。光電変換領域１０２に入射した光は光電変換されて信号電荷となり、転送電極１０３下方の半導体基板１０１表面部に設けられた垂直転送ＣＣＤ（図示省略）によって転送され、映像信号として取り出される。

ここで、光導波路１０６は、周囲の層間絶縁膜１０５よりも屈折率の高い材料からなる第１領域１０６ａと、該第１領域１０６ａの上部に設けられた凹部内に埋め込まれ、第１領域１０６ａよりも更に屈折率の高い材料からなる第２領域１０６ｂとを含む。第２領域１０６ｂの全ての側部は、第１領域１０６ａに接するように形成されている。層間絶縁膜１０５の屈折率をｎ１、第１領域１０６ａの屈折率をｎ２、第２領域１０６ｂの屈折率をｎ３とするとき、次の式（１）の関係を満たしていることになる。

ｎ１＜ｎ２＜ｎ３ …… （１）
このような関係から、層間絶縁膜１０５と第１領域１０６ａとの界面、第１領域１０６ａと第２領域１０６ｂとの界面において、それぞれ入射光を反射させて光電変換領域１０２の中央側に導くことができる。

ここで、光導波路１０６が、第１領域１０６ａと、それよりも屈折率の高い第２領域１０６ｂを備えていることによって、より確実に入射光を光電変換領域１０２に誘導できる。この結果、各画素における感度低下を抑制できる。

更に、第２領域１０６ｂの配置を画素毎に設定することにより、撮像領域の周縁部の画素についてより効果的に感度低下を抑制し、固体撮像素子１００における感度シェーディングを抑制することができる。このための光導波路１０６における第２領域１０６ｂの配置について、以下に説明する。

固体撮像素子１００の撮像領域のうち中央部の画素においては、入射光は基板１０１に対して垂直に入射する。この場合、マイクロレンズ１１０により、入射光は光電変換領域１０２の中央に向かって集光される。そこで、撮像領域の中央部の画素については、基板１０１に垂直な方向から見て、第２領域１０６ｂを光導波路１０６の中央に配置すればよい。これによって、より確実に光電変換領域１０２の中央に集光させることができる。

これに対し、撮像領域の周縁部に近い位置の画素ほど、入射光は基板１０１に対して角度をもって入射し、マイクロレンズ１１０を通過した光が撮像領域の外側寄りに集光される。図１には、左側を撮像領域の外側として、撮像領域の周縁部の画素が示されているので、斜めに入射する入射光１１１は左側寄りに集光されている。

この場合にも、光導波路１０６が第１領域１０６ａ及び第２領域１０６ｂからなる構造を備えていることにより、図１に示す通り、入射光１１１は、光電変換領域１０２の中央側により多く誘導される。これは、第１領域１０６ａよりも高屈折率である第２領域１０６ｂの存在により入射光の経路が（第２領域１０６ｂの存在しない場合と比べて）変化すること、第１領域１０６ａと第２領域１０６ｂの側部との界面において反射されること等による。光導波路が屈折率の異なる複数の領域を備えていない場合、図５に示した背景技術のように、集光された光は光電変換領域１０２を外れてしまう場合もある。

特に、第２領域１０６ｂに入射した光が、撮像領域の外側（図１では左側）に位置する界面１１３において反射されることの効果が顕著である。撮像領域の周縁部の画素ほど撮像領域の外側寄りに入射光が集光されるので、界面１１３を外側寄りに配置することが望ましい。

言い換えると、各画素における撮像領域の外側に近い部分において、第１領域１０６ａと第２領域１０６ｂの側部との界面１１３から、光導波路１０６の端部までの距離Ｄを考えるとき、撮像領域の外側寄りの画素ほど距離Ｄを短くする。すなわち、各画素の撮像領域の中心からの距離が大きくなるに従い、各画素の光導波路１０６における第２領域１０６ｂが撮像領域の外側寄りに形成されている。

この点について、図２を参照して更に説明する。図２は、固体撮像素子１００の撮像領域２００の平面構成について示す図である。固体撮像素子１００の撮像領域２００には、例えば数百万から一千万以上もの画素が等間隔に行列状に配列されており、各画素に光導波路１０６が設けられている。

撮像領域２００の中央に位置する画素２０１の場合、第１領域１０６ａの中央に第２領域１０６ｂが配置された構造の光導波路１０６が備えられている。つまり、光導波路１０６の中心と、高屈折率である第２領域１０６ｂの中心とは一致する。

これに対し、外周端の画素の一つである画素２０２（撮像領域２００の辺の中心に位置する画素）の場合、第２領域１０６ｂは撮像領域２００の外側寄りにズレて配置されている。よって、画素２０２における界面１１３から光導波路１０６の端部までの距離Ｄ（Ｄ２とする）は、中央の画素２０１における距離Ｄ（Ｄ１）に比べて短い。

また、撮像領域２００の角に位置する画素２０３の場合、第２領域１０６ｂは、光導波路１０６における撮像領域２００の外側寄りの角に近い位置に配置されている。距離Ｄは、画素の配列の行方向・列方向それぞれについて、中央の画素２０１におけるＤ１よりも短いＤ２となっている。

中間的な位置（撮像領域２００の中心と最外周との間）に配置された画素については、それぞれ、位置に応じて第２領域１０６ｂの配置（距離Ｄの値等）が決定されている。

すなわち、各画素において第２領域１０６ｂは同じ大きさを有し、複数の画素は行列状に配列されており、行方向及び列方向のそれぞれについて、各画素の撮像領域２００の中心からの距離が大きくなるに従い、各画素の光導波路１０６における第２領域１０６ｂが撮像領域２００の外側寄りに形成されている。

このような第２領域１０６ｂの配置により、撮像領域２００の外側の画素ほど入射光が斜めになることに対応し、周縁部の画素における感度低下を抑制することができる。つまり、感度シェーディングを抑制することができる。この際、各画素において光導波路１０６の位置の変更は不要であり、そのような変更を行なった場合に生じるコンタクトの不良、電荷転送の不良等を避けることができる。

尚、理論上は、全ての画素について個別に第２領域１０６ｂの配置（又は距離Ｄ）等を設定するのが最も優れている。しかし、撮像領域２００に配列された複数の画素を幾つかのグループに分け、各グループの撮像領域２００における位置に応じて第２領域１０６ｂの配置等を設定するのであってもよい。このようにしても、感度シェーディングを抑制する効果は得られる。この場合、図２に示されている画素が、該当する領域に複数配置されている画素の構成を代表して示しているものと考えればよい。

また、以上では、撮像領域２００内のどの画素においても第２領域１０６ｂは同じ大きさを有するものとして説明した。しかしながら、これには限らない。撮像領域２００の周縁部に近い画素ほど、撮像領域２００の外側寄りの界面１１３が、光導波路１０６内において撮像領域２００の外側寄りに配置されていればよい。これは、図３に示すように、撮像領域２００の周縁部に近い画素ほど（各画素の撮像領域の中心からの距離が大きくなるほど）、平面視における第２領域１０６ｂの面積を大きくする等によっても実現可能である。この場合、全ての画素において、光導波路１０６の中心と第２領域１０６ｂの中心とが一致していても良い。各画素の配置される位置に応じて、第２領域１０６ｂの大きさ及び面積を共に変更することも当然可能である。

更に、第２領域１０６ｂの側部と第１領域１０６ａの界面が、少なくとも撮像領域２００の外側寄りの部分（例えば、図２において、画素２０２では左側、画素２０３では上側及び左側）に配置されていれば効果が有り、他の部分においては必須ではない。つまり、撮像領域２００の内側寄りの部分等については、第２領域１０６ｂが光導波路１０６の端にまで形成され、層間絶縁膜１０５と接していても良い。

また、以上では、第２領域１０６ｂが第１領域１０６ａの上部に埋め込まれるように形成されている場合を説明した。つまり、第２領域１０６ｂについて、上面は第１領域１０６ａの上面と一致しており、下面は第１領域１０６ａの下面よりも上方に離れている。しかしながら、図４に示すように、第２領域１０６ｂが第１領域１０６ａを上下に貫通し、上面・下面とも第１領域１０６ａと一致していても良い。このような構造であっても、第２領域１０６ｂの形成及びその配置の設定により、画素の感度低下及び感度シェーディングを抑制することができる。

また、以上では、撮像領域２００内のどの画素においてもマイクロレンズ１１０が同じ位置に形成されている場合を説明した。しかしながら、特許文献１の技術を適用し、撮像領域２００内の外側の画素ほどマイクロレンズ１１０を撮像領域２００内の内側寄りにズレた配置としても良い。

この際には、目的の形状のマイクロレンズが得られる（マイクロレンズ同士が近付き過ぎて形成中に接触するのを避けられる）程度の大きさにズレを設定し、光導波路１０６における第２領域１０６ｂの配置とあわせて各画素における集光の位置を設定する。このようにすると、マイクロレンズ同士の接触等を避けながらマイクロレンズの位置にズレを設ける効果を得ると共に、光導波路１０６に第２領域１０６ｂを設けてその位置を設定する効果を得ることができ、感度シェーディングの抑制に利用することができる。

ここで、マイクロレンズの位置にズレを設けることにより、各画素のマイクロレンズ１１０による集光の位置を補正することはできるが、光電変換領域１０２に入射する光の角度はほとんど補正されない。これを考慮して、第２領域１０６ｂの配置を設定する。具体的には、マイクロレンズ１１０の形状及びズレの大きさ、各構成要素（光導波路１０６、第１の平坦化層１０７、カラーフィルタ１０８、第２の平坦化層１０９）の寸法及び材料（屈折率）等に基づいて設定する。この際、例えば、マイクロレンズ１１０の位置にズレを設けない場合とは逆に、撮像領域２００の外側寄りの画素ほど第２領域１０６ｂを内側に配置することも考えられる。

また、以上では、全ての画素において光導波路１０６が第１領域１０６ａ及び第２領域１０６ｂを備えるものとして説明した。しかしながら、撮像領域の中央付近に位置する画素については、入射光はほぼ垂直に入射するので、第２領域１０６ｂを備えない構造であっても良い。例えば、図２における中央の画素２０１（又は画素２０１が代表して示す中央付近の画素）については、第２領域１０６ｂを備えない構造の光導波路１０６となっていても良い。第２領域１０６ｂを備えない画素を囲む周縁部の画素については、第１領域１０６ａ及び第２領域１０６ｂを備える構造とする。

尚、層間絶縁膜１０５は、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によりシリコン酸化膜を用いて形成する。光導波路１０６の第１領域１０６ａは、例えば、フォトレジストのパターニング及びドライエッチングを用いて層間絶縁膜１０５に開口を設けた後、該開口を埋め込むように、プラズマＣＶＤ法等によりシリコン酸窒化膜を成膜することにより形成する。光導波路１０６の第２領域１０６ｂは、フォトレジストのパターニング及びドライエッチングを用いて第１領域１０６ａに開口を設けた後、該開口を埋め込むように、プラズマＣＶＤ法等によりシリコン窒化膜を成膜することにより形成する。

シリコン酸化膜の屈折率は１．３〜１．５程度、シリコン酸窒化膜の屈折率は１．５〜１．８程度、シリコン窒化膜の屈折率は１．８〜２．０程度である。そこで、このような材料を用いて、前記の式（１）の関係（ｎ１＜ｎ２＜ｎ３）を満たすように、層間絶縁膜１０５の屈折率ｎ１、第１領域１０６ａの屈折率ｎ２、第２領域１０６ｂの屈折率ｎ３を設定することができる。

また、第１の平坦化層１０７及び第２の平坦化層１０９は、例えば、可視光に対して透明な有機膜を回転塗布することにより形成する。カラーフィルタ１０８は、例えば、感光剤を含有する顔料レジストを用い、リソグラフィによってパターニングすることにより形成する。この際、顔料の組成を調整して、画素毎に可視光のうちの所望の波長帯を吸収する色分離フィルタとして作用させる。マイクロレンズ１１０は、例えば、感光性を有する有機材料を用いたリソグラフィによって矩形形状にパターニングした後、熱フローによって曲面を形成し、更に、紫外線照射によって可視光に対して透明化することにより形成する。

以上のようにして、固体撮像素子１００の各構成要素を形成することができる。但し、いずれも例示であり、他の材料、方法を用いて形成することも可能である。

本開示の固体撮像素子は、撮像領域の周縁部の画素において入射光が斜めになることに起因する感度低下を抑制することができ、感度シェーディングが抑制された固体撮像素子としても有用である。

１００ 固体撮像素子
１０１ 基板
１０２ 光電変換領域
１０３ 転送電極
１０４ 配線
１０５ 層間絶縁膜
１０６ 光導波路
１０６ａ 第１領域
１０６ｂ 第２領域
１０７ 第１の平坦化層
１０８ カラーフィルタ
１０９ 第２の平坦化層
１１０ マイクロレンズ
１１１ 入射光
１１３ 界面
２００ 撮像領域
２０１ 画素（撮像領域中央）
２０２ 画素（撮像領域周縁、辺の中心）
２０３ 画素（撮像領域周縁、角）

Claims (15)

1. 基板上に複数の画素が配列された撮像領域を備える固体撮像素子において、
   前記各画素は、
   前記基板の表面部に設けられ、光電変換により電荷を生成する光電変換領域と、
   前記光電変換領域上に設けられ、入射光を前記光電変換領域に導く光導波路と、
   前記基板上における前記光導波路の周囲に設けられた層間絶縁膜とを備え、
   前記光導波路は、前記層間絶縁膜よりも屈折率の高い第１領域を備え、
   少なくとも前記撮像領域のうちの周縁部に位置する前記画素において、前記光導波路は、前記第１領域内に設けられ且つ前記第１領域よりも屈折率の高い第２領域を更に備えることを特徴とする固体撮像素子。
2. 請求項１の固体撮像素子において、
   全ての前記画素において、前記光導波路は前記第２領域を備えることを特徴とする固体撮像素子。
3. 請求項１の固体撮像素子において、
   前記第２領域を備える前記画素よりも内側の前記画素において、前記光導波路は前記第１領域からなることを特徴とする固体撮像素子。
4. 請求項１〜３のいずれか一つの固体撮像素子において、
   前記各画素の前記撮像領域の中心からの距離に応じて、前記各画素の前記光導波路において、平面視による前記第２領域の位置、形状及び大きさの少なくとも一方が異なることを特徴とする固体撮像素子。
5. 請求項１〜４のいずれか一つの固体撮像素子において、
   前記各画素の前記撮像領域の中心からの距離が大きくなるに従い、前記各画素の前記光導波路における前記第２領域が前記撮像領域の外側寄りに形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
6. 請求項１の固体撮像素子において、
   前記各画素において前記第２領域は同じ大きさを有し、
   前記複数の画素は行列状に配列されており、
   行方向及び列方向のそれぞれについて、前記各画素の前記撮像領域の中心からの距離が大きくなるに従い、前記各画素の前記光導波路における前記第２領域が前記撮像領域の外側寄りに形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
7. 請求項１の固体撮像素子において、
   前記各画素において、前記第２領域は前記第１領域の中心に形成され、
   前記各画素の前記撮像領域の中心からの距離が大きくなるに従い、前記第２領域が大きくなっていることを特徴とする固体撮像素子。
8. 請求項１〜７のいずれか一つの固体撮像素子において、
   前記各画素は、前記光導波路の上方に設けられたマイクロレンズを更に備えることを特徴とする固体撮像素子。
9. 請求項１の固体撮像素子において、
   前記各画素は、前記光導波路の上方に設けられたマイクロレンズを更に備え、
   前記各画素の前記撮像領域の中心からの距離が大きくなるに従い、前記マイクロレンズが前記撮像領域の内側寄りにズレて形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
10. 請求項９の固体撮像素子において、
    前記各画素の前記撮像領域の中心からの距離及び前記マイクロレンズの位置のズレに応じて、前記各画素の前記光導波路において、平面視による前記第２領域の位置及び大きさの少なくとも一方が異なることを特徴とする固体撮像素子。
11. 請求項１〜１０のいずれか一つの固体撮像素子において、
    前記第２領域の上面は、前記第１領域の上面と一致することを特徴とする固体撮像素子。
12. 請求項１１の固体撮像素子において、
    前記第２領域の下面は、前記第１領域の下面と一致することを特徴とする固体撮像素子。
13. 請求項１〜１２のいずれか一つの固体撮像素子において、
    前記第２領域の全ての側部は、前記第１領域と接していることを特徴とする固体撮像素子。
14. 請求項１〜１３のいずれか一つの固体撮像素子において、
    前記層間絶縁膜の屈折率は、１．３以上で且つ１．５以下であり、
    前記第１領域の屈折率は、１．５以上で且つ１．８以下であると共に前記層間絶縁膜の屈折率よりも大きく、
    前記第２領域の屈折率は、１．８以上で且つ２．０以下であると共に前記第１領域の屈折率よりも大きいことを特徴とする固体撮像素子。
15. 請求項１〜１４のいずれか一つの固体撮像素子において、
    前記層間絶縁膜は、シリコン酸化膜からなり、
    前記第１領域は、シリコン酸窒化膜からなり、
    前記第２領域は、シリコン窒化膜からなることを特徴とする固体撮像素子。

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