JP4735643B2 - 固体撮像装置、カメラ及び電子機器 - Google Patents
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Description
本発明の固体撮像装置では、有効画素領域上の絶縁層に開口部が形成されると共に、周辺領域の遮光膜上部の絶縁層にもダミー開口部が設けられているので、有効画素領域と周辺領域との境界部分において埋め込み層の段差が低減される。
また、本発明の電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置の光電変換素子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を備えたカメラが内蔵され、固体撮像装置は、光電変換素子を有する画素が複数配列された有効画素領域と、有効画素領域の周辺領域とを備えると共に、有効画素領域における光電変換素子の直上の絶縁層に形成された開口部と、周辺領域において、前記周辺領域上部に形成された遮光膜よりも上部の絶縁層に形成されたダミー開口部と、開口部及び前記ダミー開口部に同時に埋め込み材料を埋め込むことで形成された埋め込み層とを有することを特徴とする。
本実施形態例の固体撮像装置1はCMOSイメージセンサを例としたものであり、例えばSiからなる基板100上に、光電変換素子を含む撮像画素2がマトリックス状に複数2次元的に配列され、有効画素領域11とオプティカルブラック領域12とから構成される撮像領域3と、周辺回路部14とが構成されている。本実施形態例において、オプティカルブラック領域12と周辺回路部14を合わせて周辺領域13とする。
カラム信号処理回路5の出力段には、水平選択スイッチ(図示せず)が水平信号線との間に接続されて設けられる。
出力回路は、カラム信号処理回路5の各々から水平信号線10を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。
図2に、参考例に係る固体撮像装置及びその製造方法を説明する概略断面構成を示す。図2に示す固体撮像装置の概略断面構成は、図1におけるA−A線、またはB−B線に沿う断面構成であり、すなわち、有効画素領域11と、オプティカルブラック領域12と周辺回路部14からなる周辺領域13とに架かる線上における断面構成である。図2では、簡単の為、固体撮像装置における撮像画素2の光電変換部であるフォトダイオードPDと、その上の多層配線層20部分のみの図示とする。実際には、撮像画素2を構成する画素トランジスタや、さらには、周辺回路部14を構成するCMOSトランジスタを含む素子が形成されたSi基板100上に多層配線層20が形成されている。
まず、本実施形態例においては、図2Aに示すように、有効画素領域11のフォトダイオードPD上部に対応する多層配線層20には、フォトダイオードPDの直上まで開口した開口部21を形成する。また、同時に、周辺領域13、本実施形態例ではオプティカルブラック領域12における多層配線層20にも有効画素領域11と同様にダミー開口部24を形成する。すなわち、本例においては、有効画素領域11、周辺領域13ともに、ほぼ同一間隔で開口部21,及びダミー開口部24が形成される。
次に、図3に本発明の第1の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する概略断面構成を示す。図3に示す固体撮像装置の概略断面構成も、第1の実施形態と同様に、図1におけるA−A線、またはB−Bに沿う断面構成であり、すなわち、有効画素領域11と、オプティカルブラック領域12や周辺回路部14からなる周辺領域13とに架かる線上における断面構成である。図3において、図2と同一部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
ここで本実施形態例においては、周辺領域13の多層配線層20に形成されるダミー開口部24と、有効画素領域11の多層配線層20に形成される開口部21の開口容量が例えばほぼ同じになるよう、開口部20,ダミー開口部24を形成する。
このように、周辺領域13の多層配線層20に遮光膜18が構成されており、周辺領域13と有効画素領域11とで同様の構成の開口部を構成しにくい場合は、開口工程を2回に分け、開口部21及びダミー開口部24を設けることもできる。
開口部21に高屈折率の有機材料を埋め込む構成とすることにより、導波路より入射光が屈折され、効率良く有効画素領域11のフォトダイオードPDに光が入射される。
本実施形態例においては、周辺領域13の一番上部の金属配線3Mは、遮光膜18とされている。遮光膜18が形成されることにより、例えば、オプティカルブラック領域12に形成されるフォトダイオードPDには光が入射されないため、黒レベルを出力することができる。
次に、図4に本発明の第2の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する概略断面構成を示す。図4に示す固体撮像装置の概略断面構成も、第1及び第2の実施形態と同様に、図1におけるA−A線、またはB−Bに沿う断面構成、すなわち、有効画素領域11と、オプティカルブラック領域12や周辺回路部14からなる周辺領域13とに架かる線上における断面構成である。図4において、図2,3に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
ここで本例においても、周辺領域13の多層配線層20の層間絶縁層19に形成されるダミー開口部24と、有効画素領域11の多層配線層20の層間絶縁層19に形成される開口部21の開口容量を例えばほぼ同じになるように構成することが好ましい。
このように、周辺領域13に形成される遮光膜18が多層配線層20を構成する金属配線の最上層でない場合においても、遮光膜18の直上まで開口すればよい。
本例においては、周辺領域13の金属配線2Mが、遮光膜18とされている。遮光膜18が形成されることにより、例えば、オプティカルブラック領域12に形成されるフォトダイオードPDには光が入射されないため、黒レベルを出力することができる。
次に、図6に第3の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する概略断面構成を示す。図6に示す固体撮像装置の概略断面構成も、第1〜2の実施形態と同様に、図1におけるA−A線、またはB−Bに沿う断面構成、すなわち、有効画素領域11と、オプティカルブラック領域12や周辺回路部14からなる周辺領域13とに架かる線上における断面構成である。図6において、図2〜4に対応する部分には、同一符号を付し重複説明を省略する。
まず、図6Aに示すように光が入射される開口側に向かって開口幅が広くなるように側壁がテーパ形状に形成された第1開口部分21a、及びダミー開口部24を、有効画素領域11のフォトダイオードPDの上部及び周辺領域13に形成する。このテーパ形状の第1開口部分21a,及びダミー開口部24は、等方性エッチングと異方性エッチングとを組み合わせることにより形成可能である。テーパ形状に形成された第1開口部分21a,及びダミー開口部24は、多層配線層20の金属配線に接触しないように形成される。すなわち、周辺領域13において形成されるダミー開口部24は、遮光膜18となる金属配線3Mの直上まで開口されており、有効画素領域11に形成された第1開口部分21aも、同様の形状に形成される。
そして、第1の実施形態〜第3の実施形態で示した固体撮像装置の製造方法を用いて製造された固体撮像装置1は、有効画素領域11と周辺領域13の境界領域における埋め込み層22の段差を低減させることができるので、その上部に積層されて形成される各層に影響してできる段差も低減することができる。このため、有効画素領域11内に段差がずれ込むことがなく、固体撮像装置の感度ムラを低減することができる。
例えば、配線層の金属配線をCu配線で形成した場合に、Cu拡散防止膜がCu配線層毎に形成される場合がある。このCu拡散防止膜が有効画素領域のフォトダイオード上の光入射側にあると、屈折率の変化などにより、フォトダイオードに入射される入射光の光量が低減してしまう。
本実施形態例のカメラは、上述した第1〜第3の実施形態において製造される固体撮像装置を用いるものであり、図10は、固体撮像装置としてCMOSイメージセンサを用いた例であり、図11は固体撮像装置としてCCDイメージセンサを用いた例である。
Claims (8)
- 光電変換素子を有する画素が複数配列された有効画素領域と、前記有効画素領域の周辺領域とを備え、
前記有効画素領域における光電変換素子の直上の絶縁層に形成された開口部と、
前記周辺領域において、前記周辺領域上部に形成された遮光膜よりも上部の絶縁層に形成されたダミー開口部と、
前記開口部及び前記ダミー開口部に同時に埋め込み材料を埋め込むことで形成された埋め込み層と、
を有することを特徴とする固体撮像装置。 - 前記ダミー開口部は、前記周辺領域における複数画素を有するオプティカルブラック領域または/及び周辺回路部に形成され、
前記埋め込み層に絶縁材料が用いられる
ことを特徴とする請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記埋め込み層には、前記絶縁層より屈折率が高い有機材料が用いられる
ことを特徴とする請求項1又は2記載の固体撮像装置。 - 前記有効画素領域の絶縁層に設けられる開口部と、前記周辺領域の絶縁層に設けられる開口部の開口容量がほぼ等しい
ことを特徴とする請求項1〜3のうちいずれか一項に記載の固体撮像装置。 - 前記開口部のうち、光入射側の開口部分の側壁がテーパ形状である
ことを特徴とする請求項1〜4のうちいずれか一項に記載の固体撮像装置。 - 前記周辺領域の絶縁層に設けられるダミー開口部は、光干渉効果を有するように形成される
ことを特徴とする請求項1〜5のうちいずれか一項に記載の固体撮像装置。 - 固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の光電変換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を備え、
前記固体撮像装置は、光電変換素子を有する画素が複数配列された有効画素領域と、前記有効画素領域の周辺領域とを備えると共に、
前記有効画素領域における光電変換素子の直上の絶縁層に形成された開口部と、
前記周辺領域において、前記周辺領域上部に形成された遮光膜よりも上部の絶縁層に形成されたダミー開口部と、
前記開口部及び前記ダミー開口部に同時に埋め込み材料を埋め込むことで形成された埋め込み層とを有する
ことを特徴とするカメラ。 - 固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の光電変換素子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を備えたカメラが内蔵され、
前記固体撮像装置は、光電変換素子を有する画素が複数配列された有効画素領域と、前記有効画素領域の周辺領域とを備えると共に、
前記有効画素領域における光電変換素子の直上の絶縁層に形成された開口部と、
前記周辺領域において、前記周辺領域上部に形成された遮光膜よりも上部の絶縁層に形成されたダミー開口部と、
前記開口部及び前記ダミー開口部に同時に埋め込み材料を埋め込むことで形成された埋め込み層とを有する
ことを特徴とする電子機器。
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