JP2017054992A

JP2017054992A - 固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法

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Publication number: JP2017054992A
Application number: JP2015178955A
Authority: JP
Inventors: 恒相川; Tsune Aikawa
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2015-09-10
Filing date: 2015-09-10
Publication date: 2017-03-16

Abstract

【課題】受光感度を向上させることができる固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法を提供する。【解決手段】本発明の一つの実施形態によれば、固体撮像装置が提供される。固体撮像装置は、半導体層とカラーフィルタとを備える。半導体層には、複数の光電変換素子が配置される。カラーフィルタは、各光電変換素子に対して光が入射する側に設けられ、受光面の中央部が平坦形状であり、周縁部が凸湾曲形状である。【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法に関する。

従来、固体撮像装置は、入射する光を光電変換する複数の光電変換素子を備える。各光電変換素子の受光面側には、各光電変換素子に対応してカラーフィルタが設けられる。

かかる固体撮像装置は、入射光をマイクロレンズによって集光させ、集光させた光をカラーフィルタを介して光電変換素子へ入射する。

近年、固体撮像装置は、小型化が進むにつれて撮像画像の各画素に対応する光電変換素子が微細化される傾向にある。そのため、各光電変換素子の受光面に入射する光の量が減少し、受光感度が低下する。

特開２０１１−１０９０３３号公報

本発明の一つの実施形態は、受光感度を向上させることができる固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一つの実施形態によれば、固体撮像装置が提供される。固体撮像装置は、半導体層とカラーフィルタとを備える。半導体層には、複数の光電変換素子が配置される。カラーフィルタは、各光電変換素子に対して光が入射する側に設けられ、受光面の中央部が平坦形状であり、周縁部が凸湾曲形状である。

図１は、実施形態に係るデジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。図２は、実施形態に係る固体撮像装置の概略構成を示すブロック図である。図３は、実施形態に係る画素アレイの断面視による模式的な構成を示す説明図である。図４は、実施形態に係る画素アレイの断面視による模式的な構成の拡大を示す説明図である。図５は、実施形態に係る固体撮像装置の製造工程の断面視による説明図である。図６は、実施形態に係る固体撮像装置の製造工程の断面視による説明図である。図７は、実施形態に係る固体撮像装置の製造工程の断面視による説明図である。図８は、実施形態に係る固体撮像装置の製造工程の断面視による説明図である。図９は、実施形態に係る固体撮像装置の製造工程の断面視による説明図である。図１０は、他の実施形態に係る画素アレイの断面視による模式的な構成を示す説明図である。図１１は、他の実施形態に係る画素アレイの断面視による模式的な構成を示す説明図である。

以下に添付図面を参照して、実施形態に係る固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法について詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

図１は、実施形態に係る固体撮像装置１４を備えるデジタルカメラ１の概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、デジタルカメラ１は、カメラモジュール１１と後段処理部１２とを備える。

カメラモジュール１１は、撮像光学系１３と固体撮像装置１４とを備える。撮像光学系１３は、被写体からの光を取り込み、被写体像を結像させる。固体撮像装置１４は、撮像光学系１３によって結像される被写体像を撮像し、撮像によって得られた画像信号を後段処理部１２へ出力する。かかるカメラモジュール１１は、デジタルカメラ１以外に、例えば、カメラ付き携帯端末などの電子機器に適用される。

後段処理部１２は、ＩＳＰ（Image Signal Processor）１５、記憶部１６および表示部１７を備える。ＩＳＰ１５は、固体撮像装置１４から入力される画像信号の信号処理を行う。かかるＩＳＰ１５は、例えば、ノイズ除去処理、欠陥画素補正処理、解像度変換処理などの高画質化処理を行う。

そして、ＩＳＰ１５は、信号処理後の画像信号を記憶部１６、表示部１７およびカメラモジュール１１内の固体撮像装置１４が備える後述の信号処理回路２１（図２参照）へ出力する。ＩＳＰ１５からカメラモジュール１１へフィードバックされる画像信号は、固体撮像装置１４の調整や制御に用いられる。

記憶部１６は、ＩＳＰ１５から入力される画像信号を画像として記憶する。また、記憶部１６は、記憶した画像の画像信号をユーザの操作などに応じて表示部１７へ出力する。表示部１７は、ＩＳＰ１５あるいは記憶部１６から入力される画像信号に応じて画像を表示する。かかる表示部１７は、例えば、液晶ディスプレイなどである。

次に、図２を参照しながらカメラモジュール１１が備える固体撮像装置１４について説明する。図２は、実施形態に係る固体撮像装置１４の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、固体撮像装置１４は、イメージセンサ２０と、信号処理回路２１とを備える。

ここでは、イメージセンサ２０が、入射光を光電変換する光電変換素子の入射光が入射する面とは逆の面側に配線層が形成される所謂裏面照射型ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサである場合について説明する。

なお、本実施形態に係るイメージセンサ２０は、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサに限定するものではなく、表面照射型ＣＭＯＳイメージセンサや、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等といった任意のイメージセンサであってもよい。

イメージセンサ２０は、周辺回路２２と、画素アレイ２３とを備える。また、周辺回路２２は、垂直シフトレジスタ２４、タイミング制御部２５、ＣＤＳ（相関二重サンプリング）２６、ＡＤＣ（アナログデジタル変換部）２７、およびラインメモリ２８を備え、これらは主にアナログ回路で構成される。

画素アレイ２３は、イメージセンサ２０の撮像光学系１３からの光が入射する領域に設けられる。固体撮像装置１４では、画素アレイ２３が撮像領域となる。かかる画素アレイ２３には、撮像画像の各画素に対応する複数の光電変換素子が、水平方向（行方向）および垂直方向（列方向）へ２次元アレイ状（マトリックス状）に配置される。

各光電変換素子は、半導体層内に設けられ、各光電変換素子に対応して半導体層の光が入射する側に積層されたカラーフィルタ、およびマイクロレンズを介して入射する光を受光量に応じた量の電荷へ光電変換し、各画素の輝度を示す信号電荷として蓄積する。

タイミング制御部２５は、垂直シフトレジスタ２４に対して動作タイミングの基準となるパルス信号を出力する処理部である。垂直シフトレジスタ２４は、アレイ（行列）状に２次元配列された複数の光電変換素子の中から信号電荷を読み出す光電変換素子を行単位で順次選択するための選択信号を画素アレイ２３へ出力する処理部である。

画素アレイ２３は、垂直シフトレジスタ２４から入力される選択信号によって行単位で選択される各光電変換素子に蓄積された信号電荷を、各画素の輝度を示す画素信号として光電変換素子からＣＤＳ２６へ出力する。なお、画素アレイ２３の構成については、図３および図４を参照して後述する。

ＣＤＳ２６は、画素アレイ２３から入力される画素信号から、相関二重サンプリングによってノイズを除去してＡＤＣ２７へ出力する処理部である。ＡＤＣ２７は、ＣＤＳ２６から入力されるアナログの画素信号をデジタルの画素信号へ変換してラインメモリ２８へ出力する処理部である。ラインメモリ２８は、ＡＤＣ２７から入力される画素信号を一時的に保持し、画素アレイ２３における光電変換素子の行毎に信号処理回路２１へ出力する処理部である。

信号処理回路２１は、ラインメモリ２８から入力される画素信号に対して所定の信号処理を行って後段処理部１２へ出力する処理部であり、主にデジタル回路で構成される。信号処理回路２１は、画素信号に対して、例えば、レンズシェーディング補正、傷補正、ノイズ低減処理などの信号処理を行う。

このように、イメージセンサ２０では、画素アレイ２３に配置される複数の光電変換素子が入射光を受光量に応じた量の信号電荷へ光電変換して蓄積し、周辺回路２２が各光電変換素子に蓄積された信号電荷を画素信号として読み出すことによって撮像を行う。

また、イメージセンサ２０は、撮像光学系１３からの光を、マイクロレンズによって集光させ、集光させた光をカラーフィルタを介して光電変換素子へ入射する。

ここで、一般的なカラーフィルタは、断面視が正方状に形成されており、光が入射する側の表面が平坦である。そのため、かかるカラーフィルタの表面中央部に入射した光は、光電変換素子の受光面に到達するが、表面周縁部に入射した光は光電変換素子の受光面に到達しないことがある。これにより、光電変換素子の受光面に入射する光の量が減少し、画素の受光感度が低下する。

そこで、本実施形態に係る固体撮像装置１４は、カラーフィルタの光が入射する側の表面周縁部を裏面方向に向かって湾曲させることで、かかるカラーフィルタの表面周縁部に入射した光を光電変換素子の受光面に到達できるようにした。

これにより、光電変換素子の受光面に入射する光が増えるため、画素の受光感度が向上する。以下、受光感度を向上させた画素アレイ２３について、図３および図４を参照しながら説明する。

図３は、実施形態に係る画素アレイ２３の断面視による模式的な構成を示す説明図である。図４は、実施形態に係る画素アレイ２３の断面視による模式的な構成の拡大を示す説明図である。なお、図３および図４では、本実施形態の画素アレイ２３が備えるカラーフィルタ７の説明に必要な構成要素を示している。また、ここでは、便宜上、画素アレイ２３の光９が入射する側を上とし、画素アレイ２３の光９が入射する側とは逆側を下として説明する。

図３に示すように、画素アレイ２３は、第１導電型（Ｐ型）の半導体（ここでは、Ｓｉ：シリコンとする）層３０を備える。Ｐ型のＳｉ層３０の内部における光電変換素子４の形成位置には、第２導電型（Ｎ型）のＳｉ領域３１が設けられる。画素アレイ２３では、Ｐ型のＳｉ層３０とＮ型のＳｉ領域３１とのＰＮ接合によって形成されるフォトダイオードが、光電変換素子４となる。かかる光電変換素子４は、Ｐ型のＳｉ層３０内にアレイ（行列）状に２次元配列される。

また、画素アレイ２３は、Ｐ型のＳｉ層３０上に順次積層される固定電荷膜５０および反射防止膜５１を備える。

固定電荷膜５０は、例えば、ＨｆＯ_２（酸化ハフニウム）またはＴａＯ（酸化タンタル）のいずれかを含む。かかる固定電荷膜５０は、膜中に負電荷を保持しており、Ｐ型のＳｉ層３０内の正電荷が膜中の負電荷と再結合することで、暗電流の発生を防止する。

反射防止膜５１は、例えば、ＳｉＮ（窒化シリコン）またはＳｉＯ_２（二酸化シリコン）のいずれかを含む。かかる反射防止膜５１は、Ｐ型のＳｉ層３０表面の反射を低減させる。

また、画素アレイ２３は、反射防止膜５１の上面に、各光電変換素子４の受光面４１を平面視矩形状に囲む金属製の遮光部材６を備える。遮光部材６は、例えば、Ｗ（タングステン）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｃｕ（銅）、およびＨｆ（ハフニウム）のうちのいずれか１つか、もしくはこれらを少なくとも２つ以上組み合わせた材料を含む。

かかる遮光部材６は、各光電変換素子４の受光面４１を平面視矩形状に囲むことで、各光電変換素子４の受光面４１に対向する位置に矩形状の開口６０を有する。ここで、光電変換素子４の受光面４１とは、光電変換素子４において画素アレイ２３に光９が入射する側の端面を指す。

また、画素アレイ２３は、遮光部材６の上面に、後述するカラーフィルタ７の屈折率よりも低い屈折率ｎ（ｎ＜２．０）を有する部材である酸化膜６２を備える。酸化膜６２は、例えば、ＳｉＯ_２（二酸化シリコン：ｎ＝１．５）を含む。

かかる酸化膜６２は、カラーフィルタ７の屈折率よりも低い屈折率を有する。そのため、カラーフィルタ７を通過した光９は酸化膜６２を透過せずに全反射する。つまり、酸化膜６２は、カラーフィルタ７を通過した光９がそのカラーフィルタ７に対応した光電変換素子４側から隣接した光電変換素子４へ入射することを防止する膜である。

また、画素アレイ２３は、反射防止膜５１の上面における遮光部５で囲まれる開口６０内に埋設されたカラーフィルタ７を備える。かかるカラーフィルタ７は、赤、緑、青、もしくは白のいずれかの色光を選択的に透過させるフィルタであり、各光電変換素子４の受光面４１に対応して、各受光面４１を覆い隠すように設けられる。

ここで、カラーフィルタ７の具体的な形状について図４を参照しながら説明する。図４に示すように、カラーフィルタ７は、光９が入射する側の表面の中央部７ａが平坦形状であり、かかる表面の周縁部７ｂが凸湾曲形状である。また、カラーフィルタ７は、表面の中央部７ａが酸化膜６２の上端面から距離ｄだけ突出し、表面の周縁部７ｂの外周が酸化膜６２の側周面に当接している。つまり、カラーフィルタ７は、表面の中央部７ａの高さ位置が遮光部５の上端面の高さ位置よりも高く、表面の周縁部７ｂの外周が遮光部５の上端面の高さ位置よりも低くなっている。

かかるカラーフィルタ７は、表面の周縁部７ｂが凸湾曲形状となっているため、光９が周縁部７ｂに到達した場合、到達した光９がカラーフィルタ７の中央部７ａ側に屈折して光電変換素子４の受光面４１へ向かって進入する。このように、カラーフィルタ７は、カラーフィルタ７の表面に入射する光９を集光する集光レンズの役割を果たす。

図３の説明に戻り、さらに、画素アレイ２３は、各カラーフィルタ７の上面に、撮像光学系１３からの光９を集光するマイクロレンズ８を備える。かかるマイクロレンズ８は、レンズ材料の所定の厚みを介して酸化膜６２の上方から凸型となる形状のレンズである。

また、画素アレイ２３は、マイクロレンズ８の表面に形成された反射防止膜８１を備える。かかる反射防止膜８１は、マイクロレンズ８における表面の反射を低減させるものであり、例えば、ＳｉＮ（窒化シリコン）またはＳｉＯ_２（二酸化シリコン）のいずれかを含む。

上述した実施形態に係る画素アレイ２３は、Ｐ型のＳｉ層３０に対して光９が入射する側に、各光電変換素子４に対応して設けられ、光９が入射する側の表面の中央部７ａが平坦形状であり、かかる表面の周縁部７ｂが凸湾曲形状であるカラーフィルタ７を備える。

これにより、画素アレイ２３は、カラーフィルタ７の表面における周縁部７ｂに入射した光９がカラーフィルタ７の中央部７ａ側に屈折し、かかるカラーフィルタ７に対応した光電変換素子４の受光面４１に向かって集光することができる。したがって、画素アレイ２３は、光電変換素子４に入射する光９が増えるため、画素の受光感度が向上する。

また、画素アレイ２３は、カラーフィルタ７の表面における周縁部７ｂに入射した光９がカラーフィルタ７の中央部７ａ側に屈折するので、カラーフィルタ７の周縁部７ｂを通過した光９が隣接する光電変換素子４へ進入することを抑えることができる。したがって、画素アレイ２３は、隣接画素間の混色を抑えることができる。

また、画素アレイ２３は、カラーフィルタ７の表面における中央部７ａが酸化膜６２の上端面から距離ｄだけ突出し、周縁部７ｂの外周が酸化膜６２の側周面に当接している。したがって、画素アレイ２３は、カラーフィルタ７の表面における中央部７ａが酸化膜６２の上端面と面一の場合に比べて、周縁部７ｂの曲率が大きくなっている。

したがって、画素アレイ２３は、カラーフィルタ７の周縁部７ｂの曲率を大きくしているため、カラーフィルタ７の周縁部７ｂに入射した光９を、かかるカラーフィルタ７に対応する光電変換素子４の受光面４１へ向けてより確実に集光するができる。

また、画素アレイ２３は、遮光部材６の上端面にカラーフィルタ７の屈折率よりも低い屈折率ｎ（ｎ＜２．０）を有する酸化膜６２を備える。これにより、画素アレイ２３は、カラーフィルタ７を通過して酸化膜６２に到達した光９がカラーフィルタ７と酸化膜６２との屈折率の差により反射し、かかるカラーフィルタ７に対応した光電変換素子４の受光面４１へ入射する。したがって、画素アレイ２３は、光電変換素子４の受光面４１に入射する光９が増えるため、画素の受光感度が向上する。

次に、上述した画素アレイ２３の形成方法を含む固体撮像装置１４の製造方法について、図５〜図９を参照して説明する。なお、固体撮像装置１４における画素アレイ２３以外の部分の製造方法は、一般的なＣＭＯＳイメージセンサと同様である。このため、以下では、固体撮像装置１４における画素アレイ２３部分の製造方法について説明する。

また、以下に説明する製造方法は、Ｐ型のＳｉ層３０内にＮ型のＳｉ領域３１を形成して光電変換素子４を配列した構造体の天地を反転させた後、Ｐ型のＳｉ層３０の受光面となる面を研磨して露出するまでは、従来の画素アレイ部分の製造方法と同様である。また、Ｎ型のＳｉ内にイオン注入などでＰ型の不純物を添加し、Ｐ型のＳｉ層３０とＮ型のＳｉ領域３１を形成してもよい。

そのため、研磨したＰ型のＳｉ層３０の上面に負の固定電荷膜５０および反射防止膜５１を形成するところから説明する。したがって、図５〜図９には、Ｐ型のＳｉ層３０の下面側に順次積層して設けられる多層配線層および支持基板を省略している。

図５（ａ）に示すように、研磨したＰ型のＳｉ層３０の上面に、例えば、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法によってＨｆＯ_２（酸化ハフニウム）を含む負の固定電荷膜５０と、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によってＳｉＮ（窒化シリコン）を含む反射防止膜５１とを形成する。続いて、図５（ｂ）に示すように、反射防止膜５１の上面に、例えば、Ｗ（タングステン）などを含む遮光層６３を形成する。

そして、図５（ｃ）に示すように、遮光層６３の上面に、例えば、ＳｉＯ_２（二酸化シリコン）を含む酸化膜６２を形成する。

続いて、図６（ａ）に示すように、酸化膜６２の上面に、例えば、レジスト９０を塗布して、フォトリソグラフィーによって遮光部５の開口６０の形成位置に対応する部分（図３および図４）のレジスト９０を除去する。

そして、かかるレジスト９０をマスクとして使用してＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を行う。これにより、図６（ｂ）に示すように、遮光層６３および酸化膜６２における各光電変換素子４の受光面４１と対向する位置に開口６０を形成することで、遮光部材６の上端面に酸化膜６２が設けられた遮光部５を形成する。なお、遮光部５における光電変換素子４の受光面４１に平行な横幅ｅは、例えば１２０〜１４０ｎｍである。その後、マスクとして使用したレジスト９０を除去する。

次に、図６（ｃ）に示すように、反射防止膜５１の上面に、例えば、スピンコート法により、遮光部５を覆うように、例えば、赤色フィルタ用の顔料が含有された樹脂を塗布して、赤色フィルタ用樹脂層７０を形成する。かかる赤色フィルタ用樹脂層７０は、上面が酸化膜６２の上端面よりも距離ｄ、例えば、４０〜６０ｎｍだけ上方に位置する。つまり、かかる工程では、反射防止膜５１の上面に塗布する赤色フィルタ用樹脂の膜厚を制御する。

続いて、図７（ａ）に示すように、赤色フィルタ用樹脂層７０の上方に、赤色用のカラーフィルタ７が形成される位置に対応する部分に開口を有するフォトマスク９１を設置する。

そして、かかるフォトマスク９１を介して露光することにより、マスクされていない赤色フィルタ用樹脂層７０が硬化し、硬化部分７０ａを形成する。

次に、図７（ｂ）に示すように、赤色フィルタ用樹脂層７０を現像する。これにより、赤色フィルタ用樹脂層７０のうち、露光された硬化部分７０ａが残留し、露光されなかった部分は溶解して除去される。

かかる現像工程では、赤色フィルタ用樹脂層７０に塗布する現像液の塗布量、塗布時の現像液の温度、現像液の塗布速度、現像時間を制御する。このように制御された現像液および現像時間によって露光された硬化部分７０ａは、表面の周縁部が凸湾曲状に変形する。こうして、光９が入射する側の表面の中央部が平坦形状であり、かかる表面の周縁部が凸湾曲形状である赤色用のカラーフィルタ７を自己整合的に形成する。また、カラーフィルタ７の表面における中央部が酸化膜６２の上端面から距離ｄだけ突出し、周縁部の外周が酸化膜６２の側周面に当接する。

その後、図６（ｃ）〜図７（ｂ）に示す工程と同様の工程を青色用のカラーフィルタ７の形成と緑色用のカラーフィルタ７の形成のために行う。青色用のカラーフィルタ７を形成する場合は、図６（ｃ）に示す工程において青色フィルタ用の顔料が含有された樹脂が用いられ、緑色用のカラーフィルタ７を形成する場合は、図６（ｃ）に示す工程において緑色フィルタ用の顔料が含有された樹脂が用いられる。これにより、図７（ｃ）に示すように、赤色用のカラーフィルタ７が形成されていない遮光部５の開口６０内に青色用あるいは緑色用のカラーフィルタ７を形成する。

次に、図８（ａ）に示すように、カラーフィルタ７および酸化膜６２の上面に、例えば、スピンコート法により、レンズ材料８０を均一に塗布する。そして、図８（ｂ）に示すように、レンズ材料８０の上面に、例えば、レジスト９３を塗布して、フォトリソグラフィーによって遮光部５の形成位置に対応する部分のレジスト９３を除去する。

そして、図９（ａ）に示すように、かかるレジスト９３を加熱して半球形状にする。その後、図９（ｂ）に示すように、例えば、ＲＩＥなどの異方性エッチングを行うことによって、下層のレンズ材料８０に半球形状のレジスト９３を転写し、カラーフィルタ７の上に半球状のマイクロレンズ８を形成する。

この例では、ドライ転写法によりマイクロレンズ８を形成したが、感光性レンズ材料を塗布し、かかる感光性レンズ材料に直接、露光および現像処理を行い、その後、所定の温度で加熱を行う熱メルト法により半球状のマイクロレンズ８を形成してもよい。

その後、マイクロレンズ８の上面に例えば、ＣＶＤ法によって、ＳｉＮ（窒化シリコン）を含む反射防止膜８１を形成することで、図３に示す画素アレイ２３が製造される。

上述したように、実施形態に係る画素アレイ２３は、Ｐ型のＳｉ層３０に対して光９が入射する側に、各光電変換素子４に対応して設けられ、光９が入射する側の表面の中央部７ａが平坦形状であり、かかる表面の周縁部７ｂが凸湾曲形状であるカラーフィルタ７を備える。

次に、他の実施形態に係る画素アレイについて図１０を参照しながら説明する。図１０は、他の実施形態に係る画素アレイ２３ａの断面視による模式的な構成を示す説明図である。なお、図１０に示す構成要素のうち、図３に示す構成要素と同一の構成要素については、図３に示す構成要素と同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、画素アレイ２３ａは、酸化膜６２の厚さｆが図３に示す画素アレイ２３の酸化膜６２の厚さよりも厚くなっている。このように、酸化膜６２の厚さｆを厚くすることで、カラーフィルタ７を厚く形成することができ、カラーフィルタ７の分光特性が向上する。

また、画素アレイ２３ａは、酸化膜６２の厚さｆが厚いことから、酸化膜６２における入射する光９が当たる領域が大きくなる。したがって、画素アレイ２３ａは、酸化膜６２に反射して光電変換素子４の受光面４１に入射する光９がより増えるため、画素の受光感度が向上する。

図１１は、他の実施の形態に係る画素アレイ２３ｂの断面視による模式的な構成を示す説明図である。なお、図１１に示す構成要素のうち、図３に示す構成要素と同一の構成要素については、図３に示す構成要素と同一の符号を付すことにより、その詳細な説明を省略する。

図１１に示すように、画素アレイ２３ｂは、光９が入射する側の表面の中央部が遮光部材６の上端面から距離ｄだけ突出し、周縁部の外周が遮光部材６の側周面に当接するカラーフィルタ７を備える。つまり、カラーフィルタ７は、表面の中央部の高さ位置が遮光部材６の上端面の高さ位置よりも高く、表面の周縁部の外周が遮光部材６の上端面の高さ位置よりも低くなっている。なお、かかる形態では、遮光部材６が遮光部に相当する。

このような構成にある画素アレイ２３ｂにおいても、カラーフィルタ７の表面における周縁部に入射した光９をカラーフィルタ７の中央部側に屈折し、かかるカラーフィルタ７に対応した光電変換素子４の受光面４１に向かって集光することができる。したがって、画素アレイ２３ｂは、光電変換素子４に入射する光９が増えるため、画素の受光感度が向上する。

なお、上述した実施形態では、Ｓｉ層３０をＰ型、Ｓｉ領域３１をＮ型としているが、Ｓｉ層３０をＮ型、Ｓｉ領域３１をＰ型として画素アレイ２３，２３ａ，２３ｂを構成するようにしてもよい。かかる場合、画素アレイ２３，２３ａ，２３ｂにおける固定電荷膜５０は、正電荷を保持するように構成される。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１デジタルカメラ、１１カメラモジュール、１２後段処理部、１３撮像光学系、１４固体撮像装置、１５ＩＳＰ、１６記憶部、１７表示部、２０イメージセンサ、２１信号処理回路、２２周辺回路、２３，２３ａ，２３ｂ画素アレイ、２４垂直シフトレジスタ、２５タイミング制御部、２６ＣＤＳ、２７ＡＤＣ、２８ラインメモリ、３０Ｐ型のＳｉ層、３１Ｎ型のＳｉ領域、４光電変換素子、４１受光面、５遮光部、５０固定電荷膜、５１反射防止膜、６遮光部、６０開口、６２酸化膜、６３遮光層、７カラーフィルタ、７ａ中央部、７ｂ周縁部、７０赤色フィルタ用樹脂層、８マイクロレンズ、８０感光性レンズ材料、８１反射防止膜、９光、９０，９１，９３レジスト

Claims

複数の光電変換素子が配置される半導体層と、
各前記光電変換素子に対して光が入射する側に設けられ、受光面の中央部が平坦形状であり、周縁部が凸湾曲形状であるカラーフィルタと
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
前記カラーフィルタの側周面を囲む遮光部を備え、
前記カラーフィルタは、
前記中央部の高さ位置が前記遮光部の高さ位置よりも高い
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
前記カラーフィルタは、
前記周縁部の外周が前記遮光部の高さ位置よりも低い
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
前記遮光部は、
前記半導体層の光が入射する側に設けられた金属製の遮光部材と、
前記遮光部材の光が入射する側の端部に設けられた前記カラーフィルタの屈折率よりも低い屈折率を有する部材と
を備え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。
半導体層に複数の光電変換素子を形成する工程と、
前記半導体層の光が入射する側に、前記光電変換素子の受光面を囲む遮光部を形成する工程と、
前記遮光部の開口内に、受光面の中央部が平坦形状であり、周縁部が凸湾曲形状であるカラーフィルタを形成する工程と
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。