JP2014075378A - 固体撮像装置、および撮像システム - Google Patents
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Abstract
【課題】 高い遮光性能を有する固体撮像装置を提供する。
【解決手段】 信号電荷の蓄積が可能な第１半導体領域を含む光電変換部と、第１半導体領域と同一導電型の第２半導体領域と、第１半導体領域と第２半導体領域との間に設けられたゲート電極と、第１半導体領域と、第２半導体領域と、ゲート電極の上に設けられた絶縁膜と、を含む固体撮像装置において、第１半導体領域と第２半導体領域との間の絶縁膜の開口または溝に設けられた金属からなる部分を含む第１遮光部と、第２半導体領域の上の絶縁膜の上に設けられた金属からなる部分を含む第２遮光部と、を有する。
【選択図】 図１
【解決手段】 信号電荷の蓄積が可能な第１半導体領域を含む光電変換部と、第１半導体領域と同一導電型の第２半導体領域と、第１半導体領域と第２半導体領域との間に設けられたゲート電極と、第１半導体領域と、第２半導体領域と、ゲート電極の上に設けられた絶縁膜と、を含む固体撮像装置において、第１半導体領域と第２半導体領域との間の絶縁膜の開口または溝に設けられた金属からなる部分を含む第１遮光部と、第２半導体領域の上の絶縁膜の上に設けられた金属からなる部分を含む第２遮光部と、を有する。
【選択図】 図１
Description
本発明は、固体撮像装置、および撮像システムに関する。
ＣＭＯＳイメージセンサに代表されるアクティブピクセル型の固体撮像装置では、画素にグローバル電子シャッター機能を持たせた構成や焦点検出用の画素を有する構成が提案されている。
グローバル電子シャッター機能とは、行列状に配された複数の画素の光電荷蓄積の開始時刻と終了時刻とを全画素で同時に行う機能である。このグローバル電子シャッター機能を行うために、画素に光電変換部と、光電変換された電荷を一定時間保持しておく電荷保持部を有する固体撮像装置の構造が検討されている。グローバル電子シャッターのための電荷保持部は、光電荷の蓄積終了後から読み出しまでの期間、電荷を保持する。この時、光電変換部以外で発生した電荷が電荷保持部に混入するとノイズ信号となり画質が劣化する可能性がある。このような電荷の混入に対して、特許文献１では、電荷保持部を覆う遮光膜と、電荷保持部を囲う間隙を有する構成が開示されている。
また、特許文献２には、焦点検出用の画素を有する構成において、焦点検出用の画素に設けられたスリットを有する遮光膜の記載がある。
特許文献１の間隙は透明であるため、光の角度によっては遮光性能を有さない場合がありうる。また、特許文献２の固体撮像装置においても、光電変換部の受光面にて反射した光が、スリットを有する遮光膜の下面にて反射して迷光となる可能性がある。よって、特許文献２の固体撮像装置においても、グローバル電子シャッター機能を有する固体撮像装置と同様に、遮光性能の向上が望まれている。
よって、本発明は、高い遮光性能を有する固体撮像装置を提供することを目的とする。
よって、本発明は、高い遮光性能を有する固体撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の１つの側面は、信号電荷の蓄積が可能な第１半導体領域を含む光電変換部と、前記第１半導体領域と同一導電型の第２半導体領域と、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間に設けられたゲート電極と、前記第１半導体領域と、前記第２半導体領域と、前記ゲート電極の上に設けられた絶縁膜と、を含む固体撮像装置において、前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間の前記絶縁膜の開口または溝に設けられた金属からなる部分を含む第１遮光部と、前記第２半導体領域の上の前記絶縁膜の上に設けられた金属からなる部分を含む第２遮光部と、を有する。
また、本発明の１つの側面は、焦点検出用の光電変換部と、前記光電変換部からの電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、前記光電変換部と前記フローティングディフュージョン部との間に設けられたゲート電極と、前記光電変換部と、前記フローティングディフュージョン部と、前記ゲート電極の上に設けられた絶縁膜と、前記光電変換部の上の前記絶縁膜の溝または開口に設けられた金属からなる部分を含む第１遮光部と、前記絶縁膜の上に設けられ、前記光電変換部の上に設けられた金属からなる部分を含み、前記焦点検出用の開口を形成する第２遮光部と、を有する。
本発明によれば、高い遮光性能を有する固体撮像装置を提供することが可能となる。
第１乃至第４実施形態は、信号電荷の蓄積が可能な第１半導体領域を含む光電変換部と、第１半導体領域と同一導電型の第２半導体領域と、ゲート電極と、ゲート電極の上に設けられた絶縁膜と、を有する画素を含む固体撮像装置に関する。ここで、第１半導体領域と第２半導体領域との間の絶縁膜の開口または溝に設けられた金属からなる部分を含む第１遮光部と、第２半導体領域の上の絶縁膜の上に設けられた金属からなる部分を含む第２遮光部と、を有する。また、第５実施形態は、焦点検出用画素を有する固体撮像装置に関する。この焦点検出用画素の光電変換部の上の絶縁膜の開口または溝に設けられた金属からなる部分を含む第１遮光部と、絶縁膜の上に設けられ、光電変換部の上に設けられた金属からなる部分を含み、焦点検出用の開口を形成する第２遮光部と、を有する。このような構成によって、高い遮光性能を有する固体撮像装置を提供することが可能となる。
ここで、遮光部は入射光を１００％遮光するものでなくてもよい。また、遮光部は、少なくともある波長範囲の光に対して、透過率を低減させるものであればよい。例えば、ある波長範囲の光に対して、少しでも反射あるいは吸収されるものであればよい。なお、ある波長範囲とは、例えば、可視光の固体撮像装置では約４００ｎｍ以上約７５０ｎｍ以下の範囲である。
以下、図面を用いて各実施形態を詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態の固体撮像装置を、図１乃至３を用いて説明する。
第１実施形態の固体撮像装置を、図１乃至３を用いて説明する。
まず、図１（Ｂ）は本実施形態の固体撮像装置の１画素分の回路図を示している。図１（Ｂ）において、画素１４０は、光電変換部１４１と、電荷保持部１４３と、転送トランジスタ１４２と、転送トランジスタ１４４と、増幅トランジスタ１４５と、選択トランジスタ１４６と、リセットトランジスタ１４７と、を含む。画素１４０において、浮遊拡散部（フローティングディフュージョン部、以下ＦＤ部）を含むノード１５１は、増幅トランジスタ１４５のゲート電極と電気的に接続されている。また、ノード１５１は、リセットトランジスタ１４７によって所望の電位にリセットされる。電源１４９及び電源１５０は、それぞれ、増幅トランジスタ１４５とリセットトランジスタ１４７とに所定の電圧を供給する配線である。信号線１４８には、増幅トランジスタとソースフォロア回路を構成する定電流源（不図示）が設けられる。本実施形態において、画素１４０とは、１つの光電変換部１４１を含む構成であり、固体撮像装置の構成における最小の繰り返し単位である。
図１（Ａ）には、固体撮像装置の断面模式図であり、図１（Ｂ）の光電変換部１４１、電荷保持部１４３、ＦＤ部を含む部分を示している。以下、図１（Ａ）と図１（Ｂ）とを用いて、本実施形態の固体撮像装置の構造を説明する。光電変換部１４１を構成する半導体領域１０３と、電荷保持部１４３を構成する半導体領域１０４との間には、ゲート電極１０８が配置されている。ゲート電極１０８は、転送トランジスタ１４２のゲート電極である。そして、電荷保持部１４３を構成する半導体領域１０４と、ＦＤ部を構成する半導体領域１０５との間には、ゲート電極１０９が配置されている。ゲート電極１０９は、転送トランジスタ１４４のゲート電極である。本実施形態において、ゲート電極１０８は、半導体領域１０４の上に延在しており、半導体領域１０４とＭＯＳ容量を構成している。また、本実施形態において、半導体領域１０３と、半導体領域１０４と、半導体領域１０５とは、半導体基板１００内に設けられている。そして、例えば、半導体領域１０３、と半導体領域１０４と、半導体領域１０５の導電型は、Ｎ型であり、半導体基板１００の導電型はＰ型であるものとする。なお、第１半導体領域を半導体領域１０３、第２半導体領域を半導体領域１０４、第３半導体領域を半導体領域１０５とする。
図１（Ａ）において、半導体基板１００の表面１０１は、光電変換部１４１の受光面を含む。半導体基板１００の表面側には、素子分離部１０２が設けられている。素子分離部１０２と半導体基板１００の上には、例えば、酸化シリコンからなる絶縁膜１０６が設けられている。ゲート電極１０８とゲート電極１０９との下に位置する絶縁膜１０６は、ゲート絶縁膜としても機能している。配線１１０は、ゲート電極１０８とゲート電極１０９と同一材料で構成されており、例えば、ポリシリコンからなる。配線１１０は、ゲート電極１０８とゲート電極１０９と同一層であるともいえる。絶縁膜１０７は、ゲート電極１０８とゲート電極１０９と配線１１０とを覆い、絶縁膜１０６の上に設けられている。絶縁膜１０７は、例えば、窒化シリコンからなる。絶縁膜１０７の上には、例えば、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）からなる絶縁膜１１９が設けられている。
絶縁膜１１９には、金属からなるプラグ１１１がその開口に設けられている。プラグ１１１は、半導体領域１０５と配線１１６とを電気的に接続するためのものである。絶縁膜１１９の上には、表面１０１側からこの順に、絶縁膜１２０と、絶縁膜１２１と、絶縁膜１２２と、保護膜１２３と、平坦化膜１２４と、カラーフィルタ１２５と、平坦化膜１２６と、マイクロレンズ１２７とが設けられている。絶縁膜１２０の開口には、プラグ１１１と配線１１６とを接続するための金属からなるプラグ１１５が設けられており、プラグ１１１とプラグ１１５とで、いわゆるスタックコンタクトを構成している。配線１１６は絶縁膜１２０の上に設けられている。ここで、配線１１７と配線１１８が絶縁膜１２１の上に設けられている。配線１１７と配線１１８は、遮光膜として機能しうる。
そして、本実施形態の固体撮像装置は、第１遮光部１１２と第２遮光部１１３とを有する。第１遮光部１１２は絶縁膜１１９の開口に設けられており、第２遮光部１１３は絶縁膜１１９の上に設けられている。第１遮光部１１２は、半導体領域１０３と半導体領域１０４との間の、絶縁膜１１９の開口に設けられた金属からなる部分１１２ａを含む。本実施形態では、更に、第１遮光部１１２は、半導体領域１０４と半導体領域１０５との間の、絶縁膜１１９の開口に設けられた金属からなる部分１１２ｂを含む。そして、第２遮光部１１３は、半導体領域１０４の上に設けられた金属からなる部分を含む。本実施形態では、第２遮光部１１３は、部分１１２ａと部分１１２ｂと接している。
このような第１遮光部と第２遮光部とを有することで、半導体領域１０３側から半導体領域１０４へ光が混入することを低減することができる。つまり、電荷保持部１４３への光の混入が低減できる。
本実施形態では、第１遮光部１１２は、絶縁膜１１９の開口に設けられているものとしたが、絶縁膜１１９の溝に設けられてもよく、少なくとも絶縁膜１１９の上面と下面との間に第１遮光部１１２が位置する。また、開口とは絶縁膜１１９の貫通孔であり、溝は絶縁膜１１９の一部が残った場合を示す。第１遮光部１１２が開口に設けられる場合には、第１遮光部１１２の底面に絶縁膜１１９が存在せず、第１遮光部１１２が溝に設けられる場合には、第１遮光部１１２の底面が絶縁膜１１９に接することになる。
また、本実施形態の第１遮光部１１２と第２遮光部１１３は、電気的に浮遊（フローティング）の状態となっている。これら遮光部をフローティングにすることで、配線等への寄生容量を低減することが出来る。しかし、これら遮光部に任意の電圧を与えてもよい。この時、これら遮光部と、ゲート電極１０８またはゲート電極１０９とが接続している場合には、ゲート電極１０８またはゲート電極１０９に電圧を供給することが可能となる。
また、そして、第２遮光部１１３は半導体基板１００との間に絶縁膜１１９の一部分１１９’を有する。このように、絶縁膜１１９の一部分１１９’を有することで、他の配線とゲート電極１０８の間や、他の配線やゲート電極１０９の間や、ゲート電極１０８とゲート電極１０９との間等の電位の変動を低減することができる。
次に、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、および図２（Ｃ）を用いて、第１遮光部１１２と第２遮光部１１３について、説明を行う。図２（Ａ）、図２（Ｂ）、および図２（Ｃ）は、本実施形態の固体撮像装置を説明するための平面模式図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）と同様に光電変換部と電荷保持部とＦＤ部という要部を示す平面模式図である。図２（Ｂ）は図２（Ａ）に第１遮光部１１２を設けた構成を示したものであり、図２（Ｃ）は図２（Ｂ）に第２遮光部１１３を設けた構成を示したものである。
図２（Ａ）において、素子分離部１０２で囲まれた活性領域２００は、図１（Ａ）の半導体領域１０３が形成される領域と、図１（Ａ）の半導体領域１０４が形成される領域と、図１（Ａ）の半導体領域１０５が形成される領域とを有する。また、ゲート電極１０８及び１０９には、それぞれ接続部２０１及び２０２が設けられている。これらの接続部において、金属からなるプラグがゲート電極１０８やゲート電極１０９に接続されている。
このような構成の固体撮像装置に、図２（Ｂ）に示すような第１遮光部１１２を設ける。第１遮光部１１２は、第２半導体領域を囲むように、金属からなる部分１１２ａと、部分１１２ｂと、部分１１２ｃと、部分１１２ｄとを含む。部分１１２ａは、半導体領域１０３の上とゲート電極１０８の上とに渡って設けられている。そして、部分１１２ｂは、ゲート電極１０９の上と半導体領域１０５の上とに渡って設けられている。部分１１２ｃと部分１１２ｄは、部分１１２ａと部分１１２ｂとを接続するように、活性領域２００の外側の素子分離部１０２に設けられている。つまり、これら部分を含む第１遮光部１１２の、光電変換部の受光面を含む面への正射影は、枠状である。
そして、枠状の第１遮光部１１２の上に、図２（Ｃ）に示すような第２遮光部１１３が設けられている。第１遮光部１１２と第２遮光部１１３とは、一部が重なるように配置されている。第２遮光部１１３は、例えば、幅ＳＷ１と長さＳＬ１とを有する。ここで、電荷保持部は、例えば、幅Ｗ１と長さＬ１とを有する。この第２遮光部１１３と電荷保持部とは、幅ＳＷ１≦幅Ｗ１、長さＳＬ１≦長さＬ１であってもよいが、幅ＳＷ１＞幅Ｗ１、且つ長さＳＬ１＞長さＬ１であることが望ましい。このような関係によって、電荷保持部の遮光性能をより高めることが可能となる。その他、例えば、幅ＳＷ１＜幅Ｗ１の場合には、幅Ｗ１と幅ＳＷ１との差分となる領域に、部分１１２が設けられていてもよい。また、部分１１２ａが複数設けられていてもよい。また、ここで、第２遮光部１１３は、途中にスリットが入っていてもよい。このような第１遮光部と第２遮光部とを有することで、電荷保持部への光の混入が低減できる。
図３（Ａ）乃至図３（Ｆ）は本実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する断面模式図である。図３（Ａ）乃至図３（Ｆ）は、図１（Ａ）の断面模式図と対応した図面である。図３（Ａ）乃至図３（Ｆ）において、図１（Ａ）と同一の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。
図３（Ａ）に示す工程では、素子分離部１０２と、半導体領域１０３と、半導体領域１０４と、半導体領域１０５とが設けられた、例えばシリコンからなる半導体基板１００を用意する。半導体基板１００の上には、酸化シリコンからなる絶縁膜３００と、ポリシリコンからなるゲート電極１０８と、ポリシリコンからなるゲート電極１０９と、ポリシリコンからなる配線１１０とが設けられている。絶縁膜３００はゲート絶縁膜としても機能し得る。そして、絶縁膜３００と、ゲート電極１０８と、ゲート電極１０９と、配線１１０との上に、窒化シリコンからなる絶縁膜３０１が設けられている。絶縁膜３０１の上には、ＢＰＳＧからなる絶縁膜３０２が設けられている。本工程では、このような構成の半導体基板１００を用意する。なお、このような構成の半導体基板１００は、一般の半導体製造方法によって製造可能であり、詳細な説明は省略する。
次に、図３（Ｂ）に示す工程では、プラグ１１１を形成する。プラグ１１１は、金属からなり、半導体領域１０５と接続する。図３（Ａ）において、半導体領域１０５に対応する部分の絶縁膜３００と絶縁膜３０１と絶縁膜３０２とに、開口を形成し、その開口に金属を設けることによって、プラグ１１１は形成される。プラグ１１１は、例えば、タングステンからなり、チタンやタンタルからなるバリアメタルを含む。プラグ１１１の形成は、例えば、金属膜の堆積と、余分な部分をエッチングやＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｃｈｉｎｇ）法によって除去することによって形成可能である。なお、絶縁膜３００と絶縁膜３０１と絶縁膜３０２とは、それぞれ、絶縁膜１０６と絶縁膜１０７と絶縁膜３０３になる。
そして、図３（Ｃ）に示す工程では、第１遮光部１１２を形成する。ここでは、部分１１２ａと部分１１２ｂだけを示している。部分１１２ａと部分１１２ｂとは、金属からなる。図３（Ｂ）において、絶縁膜３０３に開口を形成し、金属を設けることで、部分１１２ａと部分１１２ｂとは形成可能である。図３（Ｃ）では図示していない部分１１２ｃと部分１１２ｄも、部分１１２ａと部分１１２ｂと同時に形成可能である。部分１１２ａと部分１１２ｂは、プラグ１１１と同様に、例えば、タングステンからなり、チタンやタンタルからなるバリアメタルを含み、開口を形成した後に金属膜を堆積し、余分な部分をエッチングやＣＭＰ法によって除去することによって形成可能である。ここで、金属膜の堆積と、余分な部分の除去は、先のプラグ１１１の工程と同時に行うことも可能である。なお、絶縁膜３０３に開口を形成する際には、絶縁膜３０３をエッチングすることによって開口が形成されうる。この時には、絶縁膜１０７をエッチングストップとして利用しうる。開口が形成された後の絶縁膜３０３は、絶縁膜１１９となる。ここで、絶縁膜１１９は、一部分１１９’を含む。ここで、絶縁膜１１９の開口に設けられた半導体領域１０５に接続するプラグ１１１の上面と、部分１１２ａと部分１１２ｂの上面とは、実質的に同一面内に形成されうる。部分１１２ａと部分１１２ｂとを形成するにあたって、ここでは絶縁膜１１９は開口が形成されたものとしたが、溝であってもよい。
図３（Ｄ）に示す工程では、第２遮光部１１３を形成する。第２遮光部１１３は、金属からなり、絶縁膜１１９と、部分１１２ａと、部分１１２ｂとの上に形成される。図３（Ｃ）において、例えば、アルミニウムからなる金属膜を堆積し、フォトリソグラフィ技術とエッチング技術を用いることによって、金属膜をパターニングし、第２遮光部１１３を形成する。
そして、図３（Ｅ）に示す工程では、第２遮光部１１３と絶縁膜１１９との上に、絶縁膜３０４を形成する。絶縁膜３０４は、例えば、酸化シリコンからなり、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成される。
図３（Ｆ）に示す工程では、プラグ１１５と配線１１６とを形成する。具体的には、図３（Ｅ）に示す絶縁膜３０４のプラグ１１１に対応する部分をエッチングによって除去することで、開口を形成し、金属を開口に形成することで、プラグ１１１と接続するプラグ１１５を形成する。プラグ１１５は、プラグ１１１と同様に、例えば、タングステンからなり、チタンやタンタルからなるバリアメタルを含み、開口を形成した後に金属膜を堆積し、余分な部分をエッチングやＣＭＰ法によって除去することによって形成可能である。この、プラグ１１５の上に、例えば、アルミニウムからなる配線１１６を形成する。配線１１６の形成方法は、第２遮光部１１３と同様である。その後、絶縁膜や配線などの任意の構成を、一般半導体の製造方法によって形成することによって、本実施形態の固体撮像装置は形成される。
なお、第１遮光部１１２を形成する際には、絶縁膜の開口に金属を形成する前に、開口の表面を薄い絶縁膜で被覆する方法を行ってもよい。この方法によって、より確実に第１遮光部１１２と半導体基板１００とを電気的に分離することができる。また、この方法によって、半導体基板１００への第１遮光部の金属による汚染を低減することが可能となる。
なお、光電変換部とＦＤ部との間に電荷保持部を有さない構成においても、本実施形態の遮光部の構成は適用可能である。その場合には、第２遮光部はＦＤ部の上に設けられうる。
また、第２遮光部は、第１遮光部と接していることが好ましく、また、最も半導体基板に近い配線層の配線と同一層に形成されることが望ましい。
（第２実施形態）
本実施形態の固体撮像装置を、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、および図４（Ｃ）を用いて説明する。図４（Ａ）は図１（Ａ）と、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）は、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）とそれぞれ対応する図面であり、同一の機能を有する構成には同一の符号や名称を付し、説明を省略する。本実施形態は、第１遮光部の形状の点で第１実施形態と相違する。具体的には、本実施形態の第１遮光部４１２は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように半導体領域１０３と半導体領域１０４との間にのみ配置されている。このような構成によっても、光電変換部への入射する光が電荷保持部へ入射することを低減することが可能である。
本実施形態の固体撮像装置を、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、および図４（Ｃ）を用いて説明する。図４（Ａ）は図１（Ａ）と、図４（Ｂ）および図４（Ｃ）は、図２（Ｂ）および図２（Ｃ）とそれぞれ対応する図面であり、同一の機能を有する構成には同一の符号や名称を付し、説明を省略する。本実施形態は、第１遮光部の形状の点で第１実施形態と相違する。具体的には、本実施形態の第１遮光部４１２は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように半導体領域１０３と半導体領域１０４との間にのみ配置されている。このような構成によっても、光電変換部への入射する光が電荷保持部へ入射することを低減することが可能である。
（第３実施形態）
本実施形態の固体撮像装置を、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、および図５（Ｃ）を用いて説明する。図５（Ａ）、図５（Ｂ）、および図５（Ｃ）は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、および図４（Ｃ）とそれぞれ対応する図面であり、同一の機能を有する構成には同一の符号や名称を付し、説明を省略する。本実施形態は、第２遮光部の形状と配置の点で第２実施形態と相違する。具体的には、本実施形態の第２遮光部５１３は、第１遮光部４１２と接しておらず、隙間５００が設けられている。しかし、半導体領域１０３と半導体領域１０４との間に第１遮光部４１２が設けられており、電荷保持部の上に第２遮光部５１３が設けられているため、遮光性能は向上する。
本実施形態の固体撮像装置を、図５（Ａ）、図５（Ｂ）、および図５（Ｃ）を用いて説明する。図５（Ａ）、図５（Ｂ）、および図５（Ｃ）は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、および図４（Ｃ）とそれぞれ対応する図面であり、同一の機能を有する構成には同一の符号や名称を付し、説明を省略する。本実施形態は、第２遮光部の形状と配置の点で第２実施形態と相違する。具体的には、本実施形態の第２遮光部５１３は、第１遮光部４１２と接しておらず、隙間５００が設けられている。しかし、半導体領域１０３と半導体領域１０４との間に第１遮光部４１２が設けられており、電荷保持部の上に第２遮光部５１３が設けられているため、遮光性能は向上する。
（第４実施形態）
本実施形態の固体撮像装置を、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、および図６（Ｃ）を用いて説明する。図６（Ａ）、図６（Ｂ）、および図６（Ｃ）は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、および図４（Ｃ）とそれぞれ対応する図面であり、同一の機能を有する構成には同一の符号や名称を付し、説明を省略する。
本実施形態の固体撮像装置を、図６（Ａ）、図６（Ｂ）、および図６（Ｃ）を用いて説明する。図６（Ａ）、図６（Ｂ）、および図６（Ｃ）は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）、および図４（Ｃ）とそれぞれ対応する図面であり、同一の機能を有する構成には同一の符号や名称を付し、説明を省略する。
本実施形態は、第１遮光部６１２の構造、および第２遮光部６１３の構造が、第２実施形態等と相違する。具体的には、図６（Ｂ）に示すように、第１遮光部６１２は、半導体領域１０３と半導体領域１０４との間に設けられた部分６１２ａと、半導体領域１０４と半導体領域１０５との間に設けられた部分６１２ｂとを含む。また、第１遮光部６１２は、半導体領域１０４と、接続部２０１と接続部２０２との間に設けられた部分６１２ｃとを有する。部分６１２ａは部分６１２ｄと一体となっており、部分６１２ａと部分６１２ｄは、半導体領域１０３を囲い、その形状は枠状である。部分６１２ｂは部分６１２ｅと一体となっており、部分６１２ｂと部分６１２ｅは、ＦＤ部のプラグ１１１を囲い、その形状は枠状である。部分６１２ｃは部分６１２ｆと一体となっており、部分６１２ｃと部分６１２ｆは、ゲート電極１０８とゲート電極１０９との上に設けられ、ゲート電極１０８の接続部２０３と、ゲート電極１０９の接続部２０４とを囲う。
そして、図６（Ｃ）に示すように、第２遮光部６１３は、半導体領域１０３と、接続部２０１と、接続部２０２と、プラグ１１１に対応する開口を有し、それ以外の部分には連続的に金属からなる部分が配置されている。
このような構成によって、より遮光性能が高い固体撮像装置を提供することが可能となる。
（第５実施形態）
本実施形態の固体撮像装置は、像面位相差ＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）が可能な固体撮像装置である。本実施形態の固体撮像装置は、それぞれマイクロレンズが配置された撮像用画素と焦点検出用画素とを有する。焦点検出用画素は、少なくとも２種類の画素（第１画素と第２画素）を有し、本実施形態の固体撮像装置は、複数の第１の画素によって得られる第１像と、複数の第２の画素によって得られる第２像とを比較することによって、合焦状況を判断することが出来る。ここで、撮像用画素と焦点検出用画素のそれぞれに設けられるマイクロレンズは、カメラ等の撮像システムにおける撮影レンズの射出瞳を出た光束を集光することにより、射出瞳の実像を形成する。射出瞳の半分からマイクロレンズに入射する光束は、実像の片側へ集められ、射出瞳のもう半分からマイクロレンズに入射する光束は実像のもう片側へ集められる。この時、焦点検出用画素には、例えば光電変換部の半分に対応した光開口を有する遮光部が設けられているため、この射出瞳のある半分から入射する光束は遮光され、別の半分から入射する光束が光電変換部に入射することになる。例えば、本実施形態の第１画素においては、射出瞳の右側から入射する光束が入射する。以下、このような焦点検出が可能な固体撮像装置における１つの焦点検出用画素（第１画素）の構造を、図７（Ａ）、図７（Ｂ）、および図７（Ｃ）を用いて説明する。
本実施形態の固体撮像装置は、像面位相差ＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）が可能な固体撮像装置である。本実施形態の固体撮像装置は、それぞれマイクロレンズが配置された撮像用画素と焦点検出用画素とを有する。焦点検出用画素は、少なくとも２種類の画素（第１画素と第２画素）を有し、本実施形態の固体撮像装置は、複数の第１の画素によって得られる第１像と、複数の第２の画素によって得られる第２像とを比較することによって、合焦状況を判断することが出来る。ここで、撮像用画素と焦点検出用画素のそれぞれに設けられるマイクロレンズは、カメラ等の撮像システムにおける撮影レンズの射出瞳を出た光束を集光することにより、射出瞳の実像を形成する。射出瞳の半分からマイクロレンズに入射する光束は、実像の片側へ集められ、射出瞳のもう半分からマイクロレンズに入射する光束は実像のもう片側へ集められる。この時、焦点検出用画素には、例えば光電変換部の半分に対応した光開口を有する遮光部が設けられているため、この射出瞳のある半分から入射する光束は遮光され、別の半分から入射する光束が光電変換部に入射することになる。例えば、本実施形態の第１画素においては、射出瞳の右側から入射する光束が入射する。以下、このような焦点検出が可能な固体撮像装置における１つの焦点検出用画素（第１画素）の構造を、図７（Ａ）、図７（Ｂ）、および図７（Ｃ）を用いて説明する。
図７（Ａ）は第１画素を説明するための、光電変換部とＦＤ部とその周囲を示す断面模式図であり、図７（Ｂ）、および図７（Ｃ）は、第１画素を説明するための平面模式図である。図７（Ｂ）は、第１遮光部１１２を設けた構成を、図７（Ｃ）は図７（Ｂ）に第２遮光部１１３を設けた構成を模式的に示している。図７（Ａ）、図７（Ｂ）、および図７（Ｃ）において、他の実施形態と同一の機能を有する構成については、同一の符号を付し、説明を省略する。
この図７（Ａ）、図７（Ｂ）、および図７（Ｃ）において、光電変換部を構成し、信号蓄積が可能なＮ型の半導体領域７０３と、ＦＤ部を構成するＮ型の半導体領域７０５とが半導体基板１００に設けられている。半導体領域７０３と半導体領域７０５との間には、ゲート電極７０９が設けられている。ゲート電極７０９の上には、例えば、ＢＰＳＧからなる絶縁膜７１９が設けられている。絶縁膜７１９の開口には、半導体領域７０５と接続するプラグ１１１と、第１遮光部７１２が設けられている。ここで、第１遮光部７１２は、絶縁膜７１９の溝に設けられていてもよい。第１遮光部７１２は、少なくとも半導体領域７０３、つまり光電変換部の中心近傍上に設けられた部分７１２ｂを有し、本実施形態では半導体領域７０３とゲート電極７０９との間に設けられた部分７１２ｂをも含む。そして、第２遮光部７１３は、少なくとも部分７１２ｂと接して半導体領域７０３の上、つまり光電変換部の上に設けられた部分７１３ｂを含む。本実施形態では、第２遮光部７１３は、部分７１２ａと接してゲート電極７０９の上に設けられた部分７１３ａをも含む。
本実施形態においては、第１遮光部７１２と第２遮光部７１３とで、半導体領域７０３に入射する光を調整する、焦点検出用の光開口７００を形成する。光開口は、図７（Ｂ）に示すように、閉ループ形状ではなく、スリット状でもよい。この光開口によって、瞳分割された像の信号を得ることができ、焦点検出が可能となる。また、第１遮光部と第２遮光部によって、不要な光が半導体領域７０３や半導体領域７０５に入射することを低減することができるため、焦点検出精度を高めることが可能となる。このように、焦点検出のための光電変換部のための遮光として第１遮光部と第２遮光部は有用である。なお、接続部７１０はゲート電極７０９とプラグとの接続を示す。
焦点検出用画素における、光開口７００の中心の位置は、像を分割するため、光電変換部の受光面に平行な面において、光電変換部の中心からオフセットさせる。ここで説明した第１画素では、図７（Ｃ）に示すように、光電変換部の右側にオフセットした光開口を設けている。複数の第１画素から得られる信号によって第１像を形成する。そして第２画素では、第１画素とは反対に図７（Ｃ）の紙面において光電変換部の左側にオフセットした光開口を有する。複数の第２画素から得られる信号によって第２像を形成する。焦点検出のため、この第１像と第２像のピーク位置のずれ量を測定することによって、合焦状況を判断する。ここで、第１像と第２像は、射出瞳の右側と左側の像であったが上下の像であってもよく、また、第１像と第２像は、それらが比較出来ればよく、１次元の像であっても２次元の像であってもよい。
以下、上記の各実施形態に係る固体撮像装置の応用例として、該固体撮像装置が組み込まれた撮像システムについて例示的に説明する。撮像システムの概念には、スチルカメラやカムコーダ等の撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。撮像システムは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置と、該固体撮像装置から出力される信号を処理する処理部とを含む。該処理部は、例えば、デジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。また、固体撮像装置から焦点検出信号が出力される場合に、処理部は焦点検出処理部を更に有していてもよい。焦点検出処理部からの信号によって、光学系の焦点調節が行われうる。
以上のようにして、本発明の固体撮像装置は撮像システムに適用される。遮光性能が高い本発明の固体撮像装置を用いることによって、迷光を抑制することが可能となり、得られる画像信号あるいは焦点検出信号の精度が向上する。得られる信号の精度が向上するため信号処理回路での画像処理が容易となる。よって、撮像システムの信号処理部などの構成を簡易なものにすることが可能となる。
以上の実施形態において、各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。
１０３ 半導体領域
１０４ 半導体領域
１０５ 半導体領域
１０８ ゲート電極
１０９ ゲート電極
１１２ 第１遮光部
１１３ 第２遮光部
１０４ 半導体領域
１０５ 半導体領域
１０８ ゲート電極
１０９ ゲート電極
１１２ 第１遮光部
１１３ 第２遮光部
Claims (13)
- 信号電荷の蓄積が可能な第１半導体領域を含む光電変換部と、
前記第１半導体領域と同一導電型の第２半導体領域と、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間に設けられたゲート電極と、
前記第１半導体領域と、前記第２半導体領域と、前記ゲート電極の上に設けられた絶縁膜と、
を含む固体撮像装置において、
前記第１半導体領域と前記第２半導体領域との間の前記絶縁膜の開口または溝に設けられた金属からなる部分を含む第１遮光部と、
前記第２半導体領域の上の前記絶縁膜の上に設けられた金属からなる部分を含む第２遮光部と、を有する
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 更に、第３半導体領域と、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域との間に設けられた、前記ゲート電極とは別のゲート電極と、を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。 - 前記第１遮光部は、前記第２半導体領域と前記第３半導体領域との間の前記絶縁膜の開口または溝に設けられた金属からなる部分を含む
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。 - 前記第１遮光部は、前記第２半導体領域を囲むように前記絶縁膜の開口または溝に設けられた金属からなる部分を含み、
前記第１遮光部の前記光電変換部の受光面を含む面への正射影は、前記第２半導体領域を囲む枠状である
ことを特徴とする請求項２または３に記載の固体撮像装置。 - 前記絶縁膜の開口に設けられ前記第３半導体領域に接続するプラグを有し、
前記第１遮光部の上面と前記プラグの上面とは同一面内にある
ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 前記絶縁膜の上に別の絶縁膜が設けられており、
前記別の絶縁膜の開口に、前記プラグに接続する別のプラグが設けられている
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。 - 前記第１遮光部は、前記光電変換部の上にも延在している
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 前記絶縁膜の開口には、前記ゲート電極と接続するプラグが設けられており、
前記第１遮光部は、前記プラグと前記第２半導体領域との間の前記絶縁膜の開口または溝に設けられた金属からなる部分を含む
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 前記絶縁膜は酸化シリコンからなる
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 前記第１遮光部はタングステンからなり、
前記第２遮光部はアルミニウムからなる
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 前記第２遮光部は、電気的にフローティングである
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 焦点検出用の光電変換部と、
前記光電変換部からの電荷が転送されるフローティングディフュージョン部と、
前記光電変換部と前記フローティングディフュージョン部との間に設けられたゲート電極と、
前記光電変換部と、前記フローティングディフュージョン部と、前記ゲート電極の上に設けられた絶縁膜と、
前記光電変換部の上の前記絶縁膜の溝または開口に設けられた金属からなる部分を含む第１遮光部と、
前記絶縁膜の上に設けられ、前記光電変換部の上に設けられた金属からなる部分を含み、前記焦点検出用の開口を形成する第２遮光部と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。 - 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置からの信号を処理する処理部と、を有する撮像システム。
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