JP2018133575A - 固体撮像装置、電子機器、及び、固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
を備えることを特徴とする固体撮像装置である。
(A)第1の実施形態:
(B)第2の実施形態:
(C)第3の実施形態:
(D)第4の実施形態:
(E)第5の実施形態:
[概略構成]
図1は、固体撮像装置を備える撮像装置100の構成を示すブロック図である。同図に示す撮像装置100は、電子機器の一例である。
Signal Processor)、フレームメモリ14、表示装置15、記録装置16、操作系17、電源系18及び制御部19を備えている。
図2は、固体撮像装置12の構成を示すブロック図である。なお、本実施形態では、固体撮像装置として、X−Yアドレス型固体撮像装置の一種であるCMOSイメージセンサを例にとり説明を行うが、むろん、CCDイメージセンサを採用してもよい。以下、図2を参照しつつCMOSイメージセンサとしての固体撮像装置の具体的な一例について説明する。
読み出し走査とは、信号を読み出す単位画素を順に選択する走査である。読み出し走査は、基本的には行単位で順に行われるが、所定の位置関係にある複数画素の出力を加算もしくは加算平均することにより画素の間引きを行う場合は、所定の順番により行われる。
図3は、画素の回路構成を説明する図である。同図には、一般的な4トランジスタ方式の構成の画素の等価回路を示してある。同図に示す画素は、フォトダイオードPDと、4つのトランジスタ(転送トランジスタTR1、リセットトランジスタTR2、増幅トランジスタTR3、選択トランジスタTR4)を備えている。
図4は、AD変換部123の構成を示す図である。同図に示すように、AD変換部123を構成する各ADC回路は、垂直信号線VSLm毎に設けられた比較器123aやカウンタ123bと、ラッチ123cを備えている。
図5は、固体撮像装置12の要部構造を断面的に示した図である。なお、本実施形態では、裏面照射型のCMOSイメージセンサを例に取り説明を行うが、本技術は表面照射型のCMOSイメージセンサに適用することもできる。
半導体基板200の画素トランジスタが形成された表面側には、層間絶縁膜215を介して、複数の配線214を形成した多層配線層216が形成される。このため、裏面照射型のCMOSイメージセンサでは、フォトダイオードPDの位置に関係なく配線214を形成することができる。
半導体基板200のフォトダイオードPDが臨む裏面上には、反射防止膜として機能する層間絶縁膜221が形成される。層間絶縁膜221は、互いに屈折率が異なる複数の膜が積層された積層構造を有する。層間絶縁膜221は、例えば、半導体基板200の側から順に積層された、ハフニウム酸化(HfO2)膜とシリコン酸化膜(SiO2)の2層構造で構成される。ハフニウム酸化膜は、シリコン酸化膜よりも誘電率の高い高誘電率絶縁層(high−k膜)である。その他、層間絶縁膜221にはシリコン窒化膜を用いてもよい。
層間絶縁膜221上には、画素境界に対応する部分に、遮光膜220が形成される。遮光膜220は、光を遮光する材料であればよいが、遮光性が強く、かつ微細加工が可能な材料、例えばエッチングで精度良く加工できる材料で形成することが好ましい。より具体的には、アルミニウム(Al)、タングステン(W)、或いは銅(Cu)が例示される。
層間絶縁膜221と遮光膜220の上には、平坦化膜217が形成され、平坦化膜217の上には、フォトダイオードPDそれぞれに対応するように形成された複数のカラーフィルタで構成されるカラーフィルタ層218が形成される。本実施形態においては、赤、緑、青の3原色に白を加えた4色のカラーフィルタを市松状に配置したカラーフィルタ層218を例に取って説明を行う。なお、本実施形態及び後述する他の実施形態では、原色系のフィルタを例に取り説明を行うが、本技術は、補色系のフィルタにも適用可能である。
本実施形態では、これら各色のカラーフィルタ(赤、緑、青、又は白)の少なくとも1色を対象カラーフィルタCFtとすると、当該対象カラーフィルタの少なくとも一方側で隣り合うように設けられる隣接カラーフィルタCFnとの間に、当該隣接カラーフィルタCFn及び対象カラーフィルタCFtの何れとも異なる色の他の有色カラーフィルタ(赤、緑、又は青)と同色の色材を含んで構成される隔壁部250が形成される。この隔壁部250については、後で詳述する。
カラーフィルタ層218の上面には、フォトダイオードPDそれぞれに対応するようにマイクロレンズ219が形成される。マイクロレンズ219は、図5に示すように、半導体基板200の裏面であって、カラーフィルタ層218の上方に設けられている。マイクロレンズ219は、画素領域210に配列された複数のフォトダイオードPDに対応するように、複数が、同一形状で配置されている。マイクロレンズ219は、受光面JSからカラーフィルタ層218の側へ向かう方向において、中心が縁よりも厚く形成された凸型レンズであって、入射光を各フォトダイオードPDの受光面の略中心へ集光して透過するように構成されている。
図6は、本実施形態に係る隔壁部250を説明する図である。なお、同図は、カラーフィルタ層218を平面的に見て示してある。
図6(a)に示す例では、隣接して設けられた白カラーフィルタ218Wと緑カラーフィルタ218Gの間に沿って延びる境界部260に沿って、この境界部260を挟んで隣接しないカラーフィルタと同じ色材を含有する隔壁部、すなわち青カラーフィルタ218Bと同色の色材を含有する青隔壁部250Bが形成されている。より具体的には、境界部260に沿って、青カラーフィルタ218Bと同じ色材を含有する青隔壁部250Bが形成されている。
図6(b)に示す例では、隣接して設けられた白カラーフィルタ218Wと緑カラーフィルタ218Gの間に沿って延びる境界部260に沿って、この境界部260を挟んで隣接しないカラーフィルタと同じ色材を含有する隔壁部、すなわち赤カラーフィルタ218Rと同色の色材を含有する赤隔壁部250Rが形成されている。より具体的には、境界部260に沿って、赤カラーフィルタ218Rと同じ色材を含有する赤隔壁部250Rが形成されている。
図7は、隔壁部と遮光膜の関係を説明する図である。同図には、固体撮像装置12の要部を断面的に示してある。
以下、上述した固体撮像装置12を製造するための製造方法の一例について説明する。
まず、半導体基板200の画素領域を形成すべき領域に、各画素に対応させて光電変換部としてのフォトダイオードPDをそれぞれ形成する第1工程を行う。フォトダイオードPDは、基板厚さ方向の全域にわたるn型半導体領域と、n型半導体領域に接して形成されて基板の表裏両面に臨むp型半導体領域とから成るpn接合を有して形成される。これらのp型半導体領域やn型半導体領域は、例えば、イオン注入法を用いて、不純物を半導体基板に導入することによって形成される。各フォトダイオードPDは、p型半導体で形成された素子分離領域によって分離される。
次に、図9に示すように、受光面となる基板裏面200B上に、反射防止膜として機能する層間絶縁膜221を形成する。層間絶縁膜221は、例えば、熱酸化法やCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される。
次に、図10に示すように、層間絶縁膜221を介して半導体基板200の基板裏面200B上に、互いに隣接する画素の境界線に沿って遮光膜220を形成する。具体的には、層間絶縁膜221の全面に遮光膜を成膜する成膜工程と、その遮光膜をエッチングによりパターン加工するパターン加工工程とを行って遮光膜220を形成する。
Vapor Deposition)法、メッキ処理等により行われる。これにより、上述したアルミニウム等の金属膜が層間絶縁膜221の全面に形成される。
次に、図11に示すように、層間絶縁膜221及び遮光膜220を介して基板裏面200B上に、透明な平坦化膜217を形成する。平坦化膜217は、例えば、熱可塑性樹脂をスピンコート法によって成膜した後、熱硬化処理を行うことにより形成される。これにより、平坦化膜217内に遮光膜220が設けられた状態となる。
次に、図12に示すように、平坦化膜217の上にカラーフィルタ層218及び隔壁部250を形成する第2工程及び第3工程を行う。カラーフィルタ層218及び隔壁部250は、例えば、顔料や染料などの色材と感光性樹脂とを含む塗布液を、スピンコート法などのコーティング方法によって塗布して塗膜を形成し、その塗膜をリソグラフィ技術でパターン加工することにより形成される。
次に、図13に示すように、カラーフィルタ層218上に、マイクロレンズ219を形成する。マイクロレンズ219は、例えば、ポジ型のフォトレジスト膜をカラーフィルタ層218上に成膜後、加工することによって形成される。ここでは、受光面JSからカラーフィルタ層218の側へ向かう方向において、中心が縁よりも厚く形成された凸型レンズとして、マイクロレンズ219を設ける。
図14は、本実施形態にかかる固体撮像装置412の構成を説明する図である。同図には、固体撮像装置412のカラーフィルタ層418を平面的に見て、カラーフィルタと隔壁部の位置関係を示してある。図中、418R、418G、418B、418Wは、単に「R」「G」「B」「W」と記載することにする。なお、本実施形態にかかる固体撮像装置412は、隔壁部以外の構造については上述した第1の実施形態にかかる固体撮像装置12と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図14(a)に示す例では、隣接して設けられた白カラーフィルタ418Wと緑カラーフィルタ418Gの間に沿って延びる境界部460に沿って、この境界部460を挟んで隣接しないカラーフィルタと同色の色材を含有する隔壁部、すなわち青カラーフィルタ418Bと同色の色材を含有する青隔壁部450Bが形成されている。より具体的には、境界部460に沿って、青カラーフィルタ418Bと同じ色材を含有する青隔壁部450Bが形成されている。
図14(b)に示す例では、隣接して設けられた白カラーフィルタ418Wと緑カラーフィルタ418Gの間に沿って延びる境界部460に沿って、この境界部460を挟んで隣接しないカラーフィルタと同色の色材を含有する隔壁部、すなわち赤カラーフィルタ418Rと同色の色材を含有する赤隔壁部450Rが形成されている。より具体的には、境界部460に沿って、赤カラーフィルタ418Rと同じ色材を含有する赤隔壁部450Rが形成されている。
図15は、本実施形態にかかる固体撮像装置512の構成を説明する図である。同図には、固体撮像装置512のカラーフィルタ層518を平面的に見て、カラーフィルタと隔壁部の位置関係を示してある。図中、518R、518G、518Bは、単に「R」「G」「B」と記載することにする。なお、本実施形態にかかる固体撮像装置512は、カラーフィルタ以外の構造については上述した第1の実施形態にかかる固体撮像装置12と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図16(a)に示す例では、隣接して設けられた緑カラーフィルタ518Gの間に沿って延びる境界部560に沿って、この境界部560を挟んで隣接しないカラーフィルタと同じ色材を含有する隔壁部、すなわち青カラーフィルタ518Bと同色の色材を含有する青隔壁部550Bが形成されている。より具体的には、境界部560に沿って、青カラーフィルタ518Bと同じ色材を含有する青隔壁部550Bが形成されている。
図16(b)に示す例では、隣接して設けられた緑カラーフィルタ518Gの間に沿って延びる境界部560に沿って、この境界部560を挟んで隣接しないカラーフィルタと同色の色材を含有する隔壁部、すなわち赤カラーフィルタ518Rと同色の色材を含有する赤隔壁部550Rが形成されている。より具体的には、境界部560に沿って、赤カラーフィルタ518R同じ色材を含有する赤隔壁部550Rが形成されている。
図17は、本実施形態にかかる固体撮像装置612の構成を説明する図である。同図には、固体撮像装置612のカラーフィルタ層618を平面的に見て、カラーフィルタと隔壁部の位置関係を示してある。図中、618R、618G、618Bは、単に「R」「G」「B」と記載することにする。なお、本実施形態にかかる固体撮像装置612は、隔壁部以外の構成については上述した第3の実施形態にかかる固体撮像装置512と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図17に示す例では、赤カラーフィルタ618Rとこれに隣接して設けられた緑カラーフィルタ618Gとの間に沿って延びる境界部660に沿って、この境界部660を挟んで隣接しないカラーフィルタと同色の色材を含有する隔壁部、すなわち青カラーフィルタ618Bと同色の色材を含有する青隔壁部650Bが形成されている。より具体的には、境界部660に沿って、青カラーフィルタ618Bと同じ色材を含有する青隔壁部650Bが形成されている。
図18は、本実施形態にかかる固体撮像装置712の構成を説明する図である。同図には、固体撮像装置712のカラーフィルタ層718を平面的に見て、カラーフィルタと隔壁部の位置関係を示してある。図中、718R、718G、718Bは、単に「R」「G」「B」と記載することにする。なお、本実施形態にかかる固体撮像装置712は、カラーフィルタ以外の構造については上述した第1の実施形態にかかる固体撮像装置12と同様であるため、詳細な説明は省略する。
図19(a)に示す例では、赤カラーフィルタ718Rとこれに隣接して設けられた緑カラーフィルタ718Gとの間に沿って延びる境界部760に沿って、この境界部760を挟んで隣接しないカラーフィルタと同色の色材を含有する隔壁部、すなわち青カラーフィルタ718Bと同色の色材を含有する青隔壁部750Bが形成されている。より具体的には、境界部760に沿って、青カラーフィルタ718Bと同じ色材を含有する青隔壁部750Bが形成されている。
受光面にて入射光を受光して信号電荷を生成する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して1つずつ設けられた少なくとも3色のカラーフィルタと、
互いに隣接する前記カラーフィルタの間に、これらカラーフィルタと異なる色のカラーフィルタのいずれかと同色の色材を含有して形成された隔壁部と、
を備えることを特徴とする固体撮像装置。
前記隔壁部が含有する色材は、前記異なる色のカラーフィルタと同じ色材である
前記(1)に記載の固体撮像装置。
前記カラーフィルタと前記光電変換部との間には、複数の前記光電変換部の境界に沿うように遮光膜が形成されており、
前記境界と直交する方向において前記隔壁は前記遮光膜より幅狭に形成されている
前記(1)又は前記(2)に記載の固体撮像装置。
前記隔壁は、少なくとも1色の前記カラーフィルタをそれぞれ囲繞するように形成される
前記(1)〜前記(3)の何れか1つに記載の固体撮像装置。
前記カラーフィルタは、少なくとも緑カラーフィルタ、白カラーフィルタ、及びこれらと異色のカラーフィルタを含んで構成され、
前記隔壁は、前記緑カラーフィルタと白カラーフィルタの境界に沿って前記異色の色材を含有して形成される
前記(1)〜前記(4)の何れか1つに記載の固体撮像装置。
前記カラーフィルタは、少なくとも緑カラーフィルタ、及びこれと異色のカラーフィルタを含んで構成され、
前記隔壁は、隣接して設けられる前記緑カラーフィルタの境界に沿って、前記異色の色材を含有して形成される
前記(1)〜前記(4)の何れか1つに記載の固体撮像装置。
前記カラーフィルタは、少なくとも緑カラーフィルタ、並びに、これと異色且つ互いに異色の第1カラーフィルタ及び第2カラーフィルタ、を含んで構成され、
前記隔壁は、前記緑カラーフィルタと第1カラーフィルタの境界に沿って前記第1カラーフィルタと同色の色材を含有して形成される
前記(1)〜前記(4)の何れか1つ又は前記(6)に記載の固体撮像装置。
前記カラーフィルタは、少なくとも赤カラーフィルタ、緑カラーフィルタ、及び青カラーフィルタを含んで構成され、
前記隔壁は、前記緑カラーフィルタと青カラーフィルタの境界に沿って赤色材を含有して形成される
前記(1)〜前記(4)の何れか1つに記載の固体撮像装置。
前記カラーフィルタは、少なくとも赤カラーフィルタ、緑カラーフィルタ、及び青カラーフィルタを含んで構成され、
前記隔壁は、前記緑カラーフィルタと赤カラーフィルタの境界に沿って青色材を含有して形成される
前記(1)〜前記(4)の何れか1つ又は前記(8)に記載の固体撮像装置。
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置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、を備え、
前記固体撮像装置は、
受光面にて入射光を受光して信号電荷を生成する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して1つずつ設けられた少なくとも3色のカラーフィルタと、
互いに隣接する前記カラーフィルタの間に、これらカラーフィルタと異なる色のカラーフィルタのいずれかと同色の色材を含有して形成された隔壁部と、
を備えることを特徴とする電子機器。
受光面にて入射光を受光して信号電荷を生成する光電変換部を半導体基板に形成する第1工程と、
前記入射光を着色して前記受光面へ透過する少なくとも3色のカラーフィルタを、前記複数の光電変換部に対応させて、前記光電変換部それぞれの受光面上方に設ける第2工程と、
隣りあって設けられる前記カラーフィルタの間に、これら隣り合って設けられるカラーフィルタと異なる色のカラーフィルタのいずれかと同色の色材を含有する隔壁を形成する第3工程と、
を含んで構成される、固体撮像装置の製造方法。
前記隔壁を形成するための前記第3工程は、前記3色のカラーフィルタのうち、前記隔壁と同色の色材を含有するカラーフィルタの形成工程と同工程として行われる
前記(11)に記載の固体撮像装置の製造方法。
Claims (12)
- 受光面にて入射光を受光して信号電荷を生成する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して1つずつ設けられた少なくとも3色のカラーフィルタと、
互いに隣接する前記カラーフィルタの間に、これらカラーフィルタと異なる色のカラーフィルタのいずれかと同色の色材を含有して形成された隔壁部と、
前記複数の光電変換部毎に配置されて前記カラーフィルタを介して入射光を前記光電変換部に集光するマイクロレンズと
を備え、
前記複数のマイクロレンズは、隣接するマイクロレンズ同士が前記隔壁部の近傍において接する固体撮像装置。 - 前記隔壁部が含有する色材は、前記異なる色のカラーフィルタと同じ色材である
請求項1に記載の固体撮像装置。 - 前記カラーフィルタと前記光電変換部との間には、複数の前記光電変換部の境界に沿うように遮光膜が形成されており、
前記境界と直交する方向において前記隔壁部は前記遮光膜より幅狭に形成されている
請求項1又は2に記載の固体撮像装置。 - 前記隔壁部は、少なくとも1色の前記カラーフィルタをそれぞれ囲繞するように形成される請求項1乃至3の何れか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記カラーフィルタは、少なくとも緑カラーフィルタ、白カラーフィルタ、及びこれらと異色のカラーフィルタを含んで構成され、
前記隔壁部は、前記緑カラーフィルタと白カラーフィルタの境界に沿って前記異色の色材を含有して形成される
請求項1乃至4の何れか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記カラーフィルタは、少なくとも緑カラーフィルタ、及びこれと異色のカラーフィルタを含んで構成され、
前記隔壁部は、隣接して設けられる前記緑カラーフィルタの境界に沿って、前記異色の色材を含有して形成される
請求項1乃至4の何れか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記カラーフィルタは、少なくとも緑カラーフィルタ、並びに、これと異色且つ互いに異色の第1カラーフィルタ及び第2カラーフィルタ、を含んで構成され、
前記隔壁部は、前記緑カラーフィルタと第1カラーフィルタの境界に沿って前記第2カラーフィルタと同色の色材を含有して形成される
請求項1乃至4の何れか1項又は請求項6に記載の固体撮像装置。 - 前記カラーフィルタは、少なくとも赤カラーフィルタ、緑カラーフィルタ、及び青カラーフィルタを含んで構成され、
前記隔壁部は、前記緑カラーフィルタと青カラーフィルタの境界に沿って赤色材を含有して形成される
請求項1乃至4の何れか1項に記載の固体撮像装置。 - 前記カラーフィルタは、少なくとも赤カラーフィルタ、緑カラーフィルタ、及び青カラーフィルタを含んで構成され、
前記隔壁部は、前記緑カラーフィルタと赤カラーフィルタの境界に沿って青色材を含有して形成される
請求項1乃至4の何れか1項又は請求項8に記載の固体撮像装置。 - 固体撮像装置と、
前記固体撮像装置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、を備え、
前記固体撮像装置は、
受光面にて入射光を受光して信号電荷を生成する複数の光電変換部と、
前記複数の光電変換部のそれぞれに対応して1つずつ設けられた少なくとも3色のカラーフィルタと、
互いに隣接する前記カラーフィルタの間に、これらカラーフィルタと異なる色のカラーフィルタのいずれかと同色の色材を含有して形成された隔壁部と、
前記複数の光電変換部毎に配置されて前記カラーフィルタを介して入射光を前記光電変換部に集光するマイクロレンズと
を備え、
前記複数のマイクロレンズは、隣接するマイクロレンズ同士が前記隔壁部の近傍において接する電子機器。 - 受光面にて入射光を受光して信号電荷を生成する光電変換部を半導体基板に形成する第1工程と、
前記入射光を着色して前記受光面へ透過する少なくとも3色のカラーフィルタを、前記複数の光電変換部に対応させて、前記光電変換部それぞれの受光面上方に設ける第2工程と、
隣りあって設けられる前記カラーフィルタの間に、これら隣り合って設けられるカラーフィルタと異なる色のカラーフィルタのいずれかと同色の色材を含有する隔壁部を形成する第3工程と、
前記カラーフィルタを介して入射光を前記光電変換部に集光するマイクロレンズを前記複数の光電変換部毎に配置するとともに前記隔壁部の近傍において隣接するマイクロレンズ同士が接する位置に配置するマイクロレンズ形成工程と
を含んで構成される、固体撮像装置の製造方法。 - 前記隔壁部を形成するための前記第3工程は、前記3色のカラーフィルタのうち、前記隔壁部と同色の色材を含有するカラーフィルタの形成工程と同工程として行われる
請求項11に記載の固体撮像装置の製造方法。
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