JP5430185B2 - 固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法に関する。

固体撮像装置は、光が入射する有効画素領域の周辺に、遮光膜で覆われたオプティカルブラック領域を有する。更にオプティカルブラック領域の周辺には固体撮像装置を駆動するための水平走査回路、垂直走査回路、及び読み出し回路等が配置されている。

遮光膜は最上配線層で形成された金属膜が用いられる。有効画素領域と有効画素領域周辺部の境界はこの遮光膜の段差が生じる。遮光膜上には色フィルター層及びマイクロレンズ層が形成される。マイクロレンズ層は画素の光電変換部に入射光を集光するために設けられており、有効画素内で寸法及び形状が均一であることが要求される。

図３の製造方法は、マイクロレンズのレンズの高さ及び形状を面方向に沿って均一に形成するため、レンズ材層１２の表面に平坦化層１３を積層する工程と、平坦化層１３の表面に、レンズ形状転写層１４を形成する工程を有する（特許文献１参照）。さらに、このレンズ形状転写層１４を複数のレンズ形状に成形する工程を有する。そして、レンズ形状部分が形成してあるレンズ形状転写層の上から、レンズ形状転写層、平坦化層及びレンズ材層の垂直異方エッチングを行い、レンズ形状転写層の表面形状をレンズ材層の表面に転写し、上記レンズ材層の表面に、複数のレンズ部を形成する。

即ち、レンズ転写層１４の下に平坦化層１３を設けることにより、面方向に沿って均一なレンズ転写層１４を形成する方法である。なお、マイクロレンズを熱により軟化させて形成する方法でもマイクロレンズ材層の下に平坦化層を設けることにより同様の効果が得られる。

特開平６−１２０４６８号公報

マイクロレンズを形成する上では、所望のレンズ高さ、形状を面方向に沿って均一に形成する必要性が生ずる。マイクロレンズの形状が不均一な場合、撮像ムラが生じる可能性があるためである。したがって、所望のレンズ高さ、形状を面方向に沿って均一に形成するということは重要である。

特許文献１の方法では（図３参照）、新たな工程の追加が必要となるため工程上不利である。また、マイクロレンズを熱により軟化させて形成する方法においては、特許文献１のように平坦化の膜と追加するとマイクロレンズより下の層の膜厚が厚くなるため、マイクロレンズの光学特性の低下を招く恐れがある。

本発明の目的は、いかなるマイクロレンズの形成方法を適用したとしても、マイクロレンズの下の層の膜厚を厚くすることなく、面方向に沿って均一な高さ及び形状のマイクロレンズを形成することができる固体撮像装置を提供することである。

また、新たな工程を追加することなく、面方向に沿って均一な高さ及び形状のマイクロレンズを形成することができる固体撮像装置の製造方法を提供することである。

本発明の固体撮像装置の１つは、光電変換素子を有する複数の画素を２次元アレイ状に配置した有効画素領域と、前記有効画素領域の周辺にある遮光膜により遮光された有効画素領域周辺部と、前記有効画素領域周辺部の前記遮光膜の上及び前記有効画素領域の前記光電変換素子の上に設けられる絶縁膜層と、前記絶縁膜層の上に設けられる第１の平坦化層と、前記第１の平坦化層の上に設けられる色フィルター材層と、前記色フィルター材層の上に設けられる第２の平坦化層と、前記複数の画素の光電変換素子に対応して前記第２の平坦化層の上に設けられるマイクロレンズとを有し、前記遮光膜より上でかつ前記マイクロレンズより下のいずれかの層に、前記有効画素領域周辺部内の前記有効画素領域の近傍に凹み部が設けられており、前記凹み部は、前記有効画素領域周辺部内の前記有効画素領域の近傍において前記絶縁膜層に形成されることを特徴とする。

また、本発明の固体撮像装置は、光電変換素子を有する複数の画素を２次元アレイ状に配置した有効画素領域と、前記有効画素領域の周辺にある遮光膜により遮光された有効画素領域周辺部と、前記有効画素領域周辺部の前記遮光膜の上及び前記有効画素領域の前記光電変換素子の上に設けられる絶縁膜層と、前記絶縁膜層の上に設けられる第１の平坦化層と、前記複数の画素の光電変換素子に対応して前記第１の平坦化層の上に設けられるマイクロレンズとを有し、前記有効画素領域周辺部内の前記有効画素領域の近傍において前記絶縁膜層に開口が設けられており、前記開口内に前記第１の平坦化層が位置することを特徴とする。

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、光電変換素子を有する複数の画素を２次元アレイ状に配置した有効画素領域と、前記有効画素領域の周辺にある遮光膜により遮光された有効画素領域周辺部と、を有する固体撮像装置の製造方法において、前記有効画素領域周辺部に前記遮光膜を形成する工程と、前記有効画素領域周辺部の前記遮光膜の上及び前記有効画素領域の前記光電変換素子の上に絶縁膜を形成する工程と、前記有効画素領域周辺部内の前記有効画素領域の近傍の前記絶縁膜の一部を除去し、凹み部を形成する工程と、前記有効画素領域周辺部の前記絶縁膜の一部を除去し、パッド部のための開口を形成する工程とを有し、前記凹み部を形成する工程と、前記パッド部のための開口を形成する工程とを同一工程において行うことを特徴とする。

有効画素領域周辺部内の有効画素領域の近傍において、マイクロレンズを構成する材料を有効画素領域と同様に均一に塗布することが可能となる。また、マイクロレンズの下の層の膜厚を厚くすることなく平坦化ができるため、有効画素領域と有効画素領域周辺部との境界部分におけるマイクロレンズを略均一な高さ及び形状に形成することができる。

また、新たな工程を追加することなく、面方向に沿って均一な高さ及び形状のマイクロレンズを形成することが可能となる。

撮像装置の等価回路図である。 有効画素領域と有効画素領域周辺部の配置を示した図である。 マイクロレンズの断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の色フィルター材料形成後を示す上面図である。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の色フィルター材料形成後を示す上面図である。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の色フィルター材料形成後を示す上面図である。 本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。

以下、添付図面を参照して本発明を実施するための形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による撮像装置の等価回路図の一例である。図１は、２次元的に複数の画素を配列したうちのある２×２画素にかかわる部分を示している。以下、電界効果トランジスタをＦＥＴという。単位画素内は、光電変換素子であるフォトダイオード１０１と、フォトダイオード１０１で発生した信号を増幅する増幅ＭＯＳＦＥＴ１０４と、リセットスイッチ１０３、行選択スイッチ１０５及び画素転送スイッチ１０２を有する。リセットスイッチ１０３は、増幅ＭＯＳＦＥＴ１０４の入力を所定電圧にリセットする。行選択スイッチ１０５は、増幅ＭＯＳＦＥＴ１０４のソース電極と垂直出力線１０６との導通を制御する。画素転送スイッチ１０２は、フォトダイオード１０１と増幅ＭＯＳＦＥＴ１０４のゲート電極との導通を制御する。また、１０８はクランプ容量、１２０は演算増幅器、１２１は帰還容量、１０９はクランプスイッチ、１１０は転送ゲートであり、これらは列ごとに設けられている。

垂直走査回路１２３によって選択された行で、まず画素リセットパルスＰＲＥＳがハイレベルからローレベルとなり、リセットスイッチ１０３がオフし、増幅ＭＯＳＦＥＴ１０４のゲート電極のリセットが解除される。なお、ここでは添え字１で示す行が選択されたものとする。このとき、増幅ＭＯＳＦＥＴ１０３のゲート電極を含む画素の寄生容量（以後ＣＦＤとする）に、暗時の電圧が保持される。続いて行選択パルスＰＳＥＬがハイレベルとなると、行選択スイッチ１０５がオンし、暗時出力が垂直出力線１０６上に現れる。このとき増幅手段である演算増幅器１２０は電圧フォロワ状態にあり、演算増幅器１２０の出力はほぼ基準電圧ＶＲＥＦに等しい。所定の時間経過後、クランプパルスＰＣ０Ｒがハイレベルからローレベルとなり、クランプスイッチ１０９がオフし、垂直出力線１０６上の暗時出力が基準としてクランプされる。続いて、画素において、画素転送スイッチ１０２が一定期間ハイレベルとなり、フォトダイオード１０１に蓄積された光電荷が増幅ＭＯＳＦＥＴ１０４のゲート電極に転送される。ここで転送電荷は電子であり、転送された電荷量の絶対値をＱとすると、増幅ＭＯＳＦＥＴ１０４のゲート電位はＱ／ＣＦＤだけ低下する。これに対応して、垂直出力線１０６上には、増幅ＭＯＳＦＥＴ１０４のゲート電位のソースフォロワゲインを掛けた値が明時出力として現れる。

この電位変化は演算増幅器１２０、容量素子であるクランプ容量１０８及び帰還容量１２１によって構成される反転増幅回路によって増幅され、各列の蓄積容量１１２に書き込まれる。しかる後、水平シフトレジスタ１１９によって発生される走査パルスＨ１、Ｈ２、・・・によって水平転送スイッチ１１４が順番に選択的にオンされ、蓄積容量１１２に保持されていた信号が、水平出力線１１６に読み出され、出力アンプ１１８により出力される。

ここで、有効画素領域と有効画素領域周辺部について図２を用いてさらに説明する。有効画素領域２５はフォトダイオード１０１が配列した受光可能な領域であり、有効画素領域周辺部は基準信号を得るためのオプティカルブラック領域２６等や走査回路２８や各画素からの信号を読み出すための読み出し回路２７を有する。ここで読み出し回路２７とは図１に示した演算増幅器１２０や蓄積容量１１２等の回路である。この有効画素領域周辺部は一般的には遮光されている。オプティカルブラック領域２６や読み出し回路２７の配置は図２に示したような配置に限定されるものではない。

図４（Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置の断面を加工順に示すものである。有効画素領域、即ち受光領域と、有効画素領域周辺部、即ちオプティカルブラック領域及びシフトレジスタ領域、電源領域を有する固体撮像装置の断面図を示している。破線２９は、右側の有効画素領域と左側の有効画素領域周辺部の境界線を示している。

図４（Ａ）では、各画素の光電変換素子１上に絶縁膜及び多層配線層２が形成されている。各配線層は複数の配線を有するが、図４（Ａ）では、簡単のため、多層配線層２のうち最上部の配線層３以外の構造は図示していない。最上部の配線層３は、図４の左側の有効画素領域周辺部上では、グランド配線あるいは電源配線として、そして遮光膜として画素全体を被覆している。有効画素領域で、最上部の配線層３は、グランド配線、信号配線あるいは電源配線に用いられており、画素の一部を規則的に被覆している。以下では、最上部の配線層３は有効画素領域周辺部においては遮光膜としても機能するものとする。最上部の配線層３上にはパッシベーションのための絶縁膜層４が存在する。該絶縁膜層４は反射防止、保護及び水素化効果等を有するSiON/SiN/SiONの三層である。図４（Ｂ）ではパッド部（不図示）を形成するために絶縁膜層４を開口する工程において、同時に絶縁膜層４に開口部１７を形成し、凹み部を形成する。すなわち、パッド部（不図示）を形成するために絶縁膜層４を開口する工程と、凹み部を形成する工程とを同一工程において行う。この際、凹み部を形成する領域は、前記有効画素領域と前記有効画素領域周辺部との境界２９から１５０μｍの間とした。有効画素領域に形成された最上部の配線層３の段差による絶縁膜層４の凹み部の深さ、縦幅、横幅を、それぞれ０．５μｍ、５．０μｍ、５．０μｍとし、絶縁膜層４の凹み部を画素ピッチである７．０μｍ毎に配置した。有効画素領域周辺部に形成した絶縁膜の凹み部１７の深さ、縦幅、横幅はそれぞれ０．６μｍ、５．０μｍ、５．０μｍで形成した。絶縁膜の凹み部１７の配置は有効画素領域の画素ピッチと同じ７．０μｍ間隔とした。図４（Ｃ）では第１の平坦化層５、色フィルター層６、第２の平坦化層７を配し、その上にマイクロレンズ８を形成する。

この構成により、第１の平坦化層５を形成する際、有効画素領域周辺部の最上部の配線層３の上に形成された絶縁膜層４の凹み部１７に第１の平坦化層５が入り込み、最上部の配線層３により段差あるいは傾斜が発生することを低減できる。そのため、マイクロレンズ８が面方向に沿って不均一な高さ及び形状に形成されることを軽減することができる。

ここで、境界部近傍の所定の範囲の有効画素領域周辺部の凹み部の体積は、境界部近傍の所定の範囲の有効画素領域における最上部の配線層３の凹み部の体積の５０％以上であることが好ましい。なお、凹み部とは、凹みがあればよく、絶縁膜が除去された開口であっても、絶縁膜が一部残存する凹みであってもよい。また、有効画素領域に凹み部がない場合においても、遮光膜を有する有効画素領域周辺部に凹み部を設けることで、平坦性を向上させることが可能である。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態を説明する。
図５（Ｄ）〜（Ｆ）は、本発明の第２の実施形態による固体撮像装置の断面を製造工程順に示す図である。有効画素領域、即ち受光領域と、有効画素領域周辺部、即ちオプティカルブラック領域及びシフトレジスタ領域、電源領域を有する固体撮像装置の断面図を示している。図４と同じ番号の部材は図４と同じ構成、働きをするので説明を割愛する。

図５（Ｄ）では最上部の配線層３を形成後、絶縁膜層４を配し、その上に、第１の平坦化層５を配する。その際、最上部の配線層３により段差あるいは傾斜が発生する。

図５（Ｅ）で色フィルター材料層６を配する際、有効画素領域周辺部、最上部の配線層３上では色フィルター材料のグリーン（緑）材料のみを形成している。即ち図６（Ａ）に示すように色フィルター材料のレッド（赤）材料とブルー（青）材料を有効画素領域と有効画素領域周辺部との境界２９より有効画素領域周辺部側に配しないことにより凹み部１８を形成した。有効画素領域では、色フィルター材料のグリーン材料１９、ブルー材料２０及びレッド材料２１を形成する。これに対し、有効画素領域周辺部では、色フィルター材料のグリーン材料１９のみを形成する。有効画素領域周辺部のグリーン材料１９の配置は、有効画素領域のグリーン材料１９の配置と同様に市松模様状に配置している。この際、凹み部１８を形成する領域は、有効画素領域と有効画素領域周辺部との境界２９から１５０μｍの間とした。そして、有効画素領域に形成された最上部の配線層３の段差による絶縁膜の凹み部１８の深さ、縦幅、横幅を、それぞれ０．５μｍ、５．０μｍ、５．０μｍとし、絶縁膜の凹み部１８を画素ピッチの７．０μｍ毎に配置した。有効画素領域周辺部に形成した色フィルター材料の凹み部の深さ、縦幅、横幅はそれぞれ１．０μｍ、７．０μｍ、７．０μｍとした。図５（Ｆ）では、色フィルター材料層６及び凹み部１８上に第２の平坦化層７を配し、その上にマイクロレンズ８を形成する。

図６から図８は色フィルター材料層の配置を説明する図面である。図６（Ａ）は前述のように、色フィルター材料のレッド材料とブルー材料を有効画素領域と有効画素領域周辺部との境界２９より有効画素領域周辺部側に配しないことにより凹み部１８を形成した。

図６（Ｂ）は色フィルター材料のレッド材料２１のみを有効画素領域と有効画素領域周辺部との境界２９より有効画素領域周辺部側に配することにより凹み部を形成することを示している。その際、有効画素領域周辺部のレッド材料２１の配置は、有効画素領域のレッド材料２１の配置と同様に配置した。有効画素領域では、色フィルター材料のグリーン材料１９、ブルー材料２０及びレッド材料２１を形成する。これに対し、有効画素領域周辺部では、色フィルター材料のレッド材料２１のみを形成する。

図７（Ａ）は色フィルター材料のブルー材料２０のみを境界２９より画素領域周辺部側に配することにより凹み部を形成することを示している。その際、画素領域周辺部のブルー材料２０の配置は、有効画素領域のブルー材料２０の配置と同様に配置した。有効画素領域では、色フィルター材料のグリーン材料１９、ブルー材料２０及びレッド材料２１を形成する。これに対し、有効画素領域周辺部では、色フィルター材料のブルー材料２０のみを形成する。

図７（Ｂ）は色フィルター材料のレッド材料２１とブルー材料２０を境界２９より有効画素領域周辺部側に配することにより凹み部を形成することを示している。その際、周辺部のレッド材料２１及びブルー材料２０の配置は、有効画素領域のレッド材料２１及びブルー材料２０の配置と同様に配置した。有効画素領域では、色フィルター材料のグリーン材料１９、ブルー材料２０及びレッド材料２１を形成する。これに対し、有効画素領域周辺部では、色フィルター材料のレッド材料２１及びブルー材料２０のみを形成する。

図８（Ａ）は色フィルター材料のグリーン材料１９とレッド材料２１を境界２９より有効画素領域周辺部側に配することにより凹み部を形成することを示している。その際、有効画素領域周辺部のグリーン材料１９及びレッド材料２１の配置は、有効画素領域のグリーン材料１９及びレッド材料２１の配置と同様に配置した。有効画素領域では、色フィルター材料のグリーン材料１９、ブルー材料２０及びレッド材料２１を形成する。これに対し、有効画素領域周辺部では、色フィルター材料のグリーン材料１９及びレッド材料２１のみを形成する。

図８（Ｂ）は色フィルター材料のグリーン材料１９とブルー材料２０を境界２９より有効画素領域周辺部側に配することにより凹み部を形成することを示している。その際、有効画素領域周辺部のグリーン材料１９及びブルー材料２０の配置は、有効画素領域のグリーン材料１９及びブルー材料２０の配置と同様に配置した。

このように構成することで第２の平坦化層７を積層する際、有効画素領域周辺部上に形成された色フィルター材層６の凹み部１８に平坦化層７が入り込み、最上部の配線層３により段差あるいは傾斜が発生することを低減できる。ここで、境界部近傍の所定の範囲の有効画素領域周辺部の凹み部の体積は、境界部近傍の所定の範囲の有効画素領域における最上部の配線層３の凹み部の体積の５０％以上であることが好ましい。なお、凹み部とは、凹みがあればよく、絶縁膜が除去された開口であっても、絶縁膜が一部残存する凹みであってもよい。

（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態を説明する。
図９（Ｇ）〜（Ｊ）は、本発明の第３の実施形態による固体撮像装置の断面を製造工程順に示す図である。有効画素領域、即ち受光領域と、有効画素領域周辺部、即ちオプティカルブラック領域及びシフトレジスタ領域、電源領域を有する固体撮像装置の断面図を示している。図４及び図５と同じ番号の部材の説明は割愛する。

図９（Ｇ）では、図４（Ａ）の後、表面上に層内レンズ層材（ＳｉＮ）２２を配した。その際、レンズ層材２２は、最上部の配線層３により段差あるいは傾斜が発生した。図９（Ｈ）ではレンズ形状転写パターン２３を形成し、レンズ形状転写パターン２３及び層内レンズ材層２２のエッチングを行った。その際、有効画素領域周辺部、即ち遮光膜３上のレンズ形状転写パターン２３の径は６．０μｍで形成した。一方、有効画素部分のレンズ形状転写パターン２３の径は６．４μｍで形成した。

このときの一画素のピッチ幅は７．０μｍであった。図９（Ｉ）ではエッチング後、有効画素以外の部分、即ち最上部の配線層３上の層内レンズ２４の径は５．６μｍで形成した。一方、有効画素部分の層内レンズ２４の径は６．０μｍで形成された。この際、有効画素部分の層内レンズ２４よりも有効画素領域周辺部の層内レンズ２４の径を小さく形成する領域は、前記有効画素領域と前記有効画素領域周辺部との境界２９から１５０μｍの間とした。その後、図９（Ｊ）では、図４（Ｃ）と同様に、第１の平坦化層５、色フィルター層６、第２の平坦化層７を配し、その上にマイクロレンズ８を形成する。

この構成により、第１の平坦化層５を形成する際、有効画素領域周辺部、即ち最上部の配線層３の上に形成された層内マイクロレンズ２４間のスペース部分は有効画素領域のものよりも広く形成されている。そのため、該スペース部分により多くの第１の平坦化層５が入り込み、最上部の配線層３により段差あるいは傾斜が発生することを低減でき、マイクロレンズ８が面方向に沿って不均一な高さ及び形状に形成されることを軽減することができる。なお、有効画素領域周辺部の層内レンズ２４の体積が、有効画素領域の層内レンズ２４の体積の５０％以上になればよい。つまり、有効画素領域周辺部の層内レンズ２４の間に形成される凹み部の体積が有効画素領域の層内レンズ２４の間に形成される凹み部の体積の５０％以上になればよい。また、本実施形態においては、層内レンズ２４の径の大きさを変えている。しかし、ある所定の領域において有効画素領域周辺部の凹み部の体積が有効画素領域の凹み部の５０％以上であればよいため、層内レンズ２４の高さを変えてもよく、層内レンズ２４の配置間隔をかえてもよい。

第１〜第３の実施形態によれば、有効画素領域周辺部のうち、有効画素領域の近傍においては、マイクロレンズ層８を構成する材料が有効画素領域と同様に均一に塗布することが可能となる。また、新たに工程を追加することなくかつマイクロレンズ層８の下の層の膜厚を厚くすることなく平坦化ができるため、有効画素領域と有効画素領域周辺部との境界２９の部分におけるマイクロレンズを略均一な高さ及び形状に形成することができる。

第１〜第３の実施形態の固体撮像装置は、光電変換素子１を有する複数の画素を２次元アレイ状に配置した有効画素領域（図４〜図９の右側）と、有効画素領域の周辺にある遮光膜３により遮光された有効画素領域周辺部（図４〜図９の左側）とを有する。光電変換素子１は、光電変換により入射光を電荷に変換する。絶縁膜層４は、有効画素領域周辺部の遮光膜３の上及び有効画素領域の光電変換素子１の上に設けられる。第１の平坦化層５は、絶縁膜層４の上に設けられる。色フィルター材層６は、第１の平坦化層５の上に設けられる。第２の平坦化層７は、色フィルター材層６の上に設けられる。マイクロレンズ８は、複数の画素の光電変換素子１に対応して第２の平坦化層７の上に設けられる。凹み部１７，１８等は、遮光膜３より上でかつマイクロレンズ８より下の層に、有効画素領域周辺部内の有効画素領域の近傍に形成される。

第１の実施形態（図４）では、凹み部１７は、有効画素領域周辺部内の有効画素領域の近傍において絶縁膜層４に形成される。

第２の実施形態（図５）では、色フィルター材層６は、有効画素領域において複数の色のフィルターが配置される。複数の色は、例えばグリーン、レッド及びブルーである。凹み部１８は、有効画素領域周辺部内の有効画素領域の近傍において、色フィルター材層６の複数の色のフィルターのうちのいずれかの色のフィルターを配置しないことにより形成される。

第３の実施形態（図９）では、層内レンズ２４は、絶縁膜層４の上でかつ第１の平坦化層５の下にレンズ形状転写パターン２３により形成される。凹み部は、有効画素領域周辺部内の有効画素領域の近傍において、層内レンズ２２の密度が有効画素領域のものより低くなるように層内レンズ２４を形成することにより形成される。

有効画素領域周辺部の凹み部１７，１８等は、有効画素領域周辺部の凹み部１７，１８等の１つの体積が有効画素領域の１つの画素の凹み部の体積の５０％以上になるように形成される。

第１の実施形態（図４）では、有効画素領域周辺部の凹み部１７は、有効画素領域の凹み部と同じ配列で形成される。

第３の実施形態（図９）では、層内レンズ２２は、有効画素領域周辺部の層内レンズ２４の体積が有効画素領域の層内レンズ２４の体積の５０％以上になるように形成される。

第１の実施形態（図４）では、有効画素領域周辺部の凹み部１７は、有効画素領域の凹み部と同じ体積かつ同じ配列で形成される。

なお、モノクロ及び３板式の固体撮像装置では、色フィルター材層６が削除される。モノクロ及び３板式の固体撮像装置は、光電変換素子１を有する複数の画素を２次元アレイ状に配置した有効画素領域（図４〜図９の右側）と、有効画素領域の周辺にある遮光膜３により遮光された有効画素領域周辺部（図４〜図９の左側）とを有する。絶縁膜層４は、有効画素領域周辺部の遮光膜３の上及び有効画素領域の光電変換素子１の上に設けられる。第１の平坦化層５は、絶縁膜層４の上に設けられる。マイクロレンズ８は、複数の画素の光電変換素子１に対応して第１の平坦化層５の上に設けられる。凹み部１７は、有効画素領域周辺部内の有効画素領域の近傍において絶縁膜層４に形成される。

第１〜第３の実施形態によれば、有効画素領域周辺部内の有効画素領域の近傍において、マイクロレンズを構成する材料を有効画素領域と同様に均一に塗布することが可能となる。また、新たに工程を追加することなくかつマイクロレンズの下の層の膜厚を厚くすることなく平坦化ができるため、有効画素領域と有効画素領域周辺部との境界部分におけるマイクロレンズを略均一な高さ及び形状に形成することができる。なお、第１〜第３の実施形態は適宜組み合わせ可能である。

なお、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１ 受光部
２ 多層配線層及び絶縁膜
３ 最上部の配線層
４ 絶縁膜層
５ 第１の平坦化層
６ 色フィルター材層
７ 第２の平坦化層
８ マイクロレンズ
１０ 半導体基板
１１ 段差
１２ レンズ材層
１３ 平坦化層
１４ レンズ形状転写層
１５ レンズ形状転写パターン
１６ マイクロレンズ
１７ 絶縁膜の凹み部
１８ 色フィルター材料の凹み部
１９ 色フィルター材料（グリーン）
２０ 色フィルター材料（ブルー）
２１ 色フィルター材料（レッド）
２２ 層内レンズ層
２３ レンズ形状転写パターン
２４ マイクロレンズ
２５ 有効画素領域
２６ オプティカルブラック領域
２７ 読み出し回路
２８ シフトレジスタ領域
２９ 有効画素領域と有効画素領域周辺部との境界

Claims (10)

1. 光電変換素子を有する複数の画素を２次元アレイ状に配置した有効画素領域と、
   前記有効画素領域の周辺にある遮光膜により遮光された有効画素領域周辺部と、
   前記有効画素領域周辺部の前記遮光膜の上及び前記有効画素領域の前記光電変換素子の上に設けられる絶縁膜層と、
   前記絶縁膜層の上に設けられる第１の平坦化層と、
   前記第１の平坦化層の上に設けられる色フィルター材層と、
   前記色フィルター材層の上に設けられる第２の平坦化層と、
   前記複数の画素の光電変換素子に対応して前記第２の平坦化層の上に設けられるマイクロレンズとを有し、
   前記遮光膜より上でかつ前記マイクロレンズより下のいずれかの層に、前記有効画素領域周辺部内の前記有効画素領域の近傍に凹み部が設けられており、
   前記凹み部は、前記有効画素領域周辺部内の前記有効画素領域の近傍において前記絶縁膜層に形成されることを特徴とする固体撮像装置。
2. 光電変換素子を有する複数の画素を２次元アレイ状に配置した有効画素領域と、
   前記有効画素領域の周辺にある遮光膜により遮光された有効画素領域周辺部と、
   前記有効画素領域周辺部の前記遮光膜の上及び前記有効画素領域の前記光電変換素子の上に設けられる絶縁膜層と、
   前記絶縁膜層の上に設けられる第１の平坦化層と、
   前記第１の平坦化層の上に設けられる色フィルター材層と、
   前記色フィルター材層の上に設けられる第２の平坦化層と、
   前記複数の画素の光電変換素子に対応して前記第２の平坦化層の上に設けられるマイクロレンズとを有し、
   前記遮光膜より上でかつ前記マイクロレンズより下のいずれかの層に、前記有効画素領域周辺部内の前記有効画素領域の近傍に凹み部が設けられており、
   前記色フィルター材層は、前記有効画素領域において複数の色のフィルターが配置され、
   前記凹み部は、前記有効画素領域周辺部内の前記有効画素領域の近傍において、前記色フィルター材層の前記複数の色のフィルターのうちのいずれかの色のフィルターを配置しないことにより形成されることを特徴とする固体撮像装置。
3. 光電変換素子を有する複数の画素を２次元アレイ状に配置した有効画素領域と、
   前記有効画素領域の周辺にある遮光膜により遮光された有効画素領域周辺部と、
   前記有効画素領域周辺部の前記遮光膜の上及び前記有効画素領域の前記光電変換素子の上に設けられる絶縁膜層と、
   前記絶縁膜層の上に設けられる第１の平坦化層と、
   前記第１の平坦化層の上に設けられる色フィルター材層と、
   前記色フィルター材層の上に設けられる第２の平坦化層と、
   前記複数の画素の光電変換素子に対応して前記第２の平坦化層の上に設けられるマイクロレンズとを有し、
   前記遮光膜より上でかつ前記マイクロレンズより下のいずれかの層に、前記有効画素領域周辺部内の前記有効画素領域の近傍に凹み部が設けられており、
   前記凹み部は、前記有効画素領域周辺部内の前記有効画素領域の近傍において、前記第１の平坦化層、または第２の平坦化層に形成されることを特徴とする固体撮像装置。
4. 前記有効画素領域において複数の配線を有する配線層が配され、
   前記配線層は前記有効画素領域周辺部の前記遮光膜を含み、
   前記有効画素領域の複数の画素のそれぞれは、前記複数の配線の一部によって構成される凹み部からなる開口を有し、
   前記有効画素領域周辺部の前記凹み部は、前記有効画素領域周辺部の前記凹み部の１つの体積が前記有効画素領域の１つの画素の凹み部の体積の５０％以上になるように形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
5. 前記有効画素領域において複数の配線を有する配線層が配され、
   前記配線層は前記有効画素領域周辺部の前記遮光膜を含み、
   前記有効画素領域の複数の画素のそれぞれは、前記複数の配線の一部によって構成される凹み部からなる開口を有し、
   前記有効画素領域周辺部の前記凹み部は、前記有効画素領域の凹み部と同じ配列で配されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
6. 前記有効画素領域において複数の配線を有する配線層が配され、
   前記配線層は前記有効画素領域周辺部の前記遮光膜を含み、
   前記有効画素領域の複数の画素のそれぞれは、前記複数の配線の一部によって構成される凹み部からなる開口を有し、
   前記有効画素領域周辺部の前記凹み部は、前記有効画素領域の凹み部と同じ体積かつ同じ配列で形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
7. 光電変換素子を有する複数の画素を２次元アレイ状に配置した有効画素領域と、
   前記有効画素領域の周辺にある遮光膜により遮光された有効画素領域周辺部と、
   前記有効画素領域周辺部の前記遮光膜の上及び前記有効画素領域の前記光電変換素子の上に設けられる絶縁膜層と、
   前記絶縁膜層の上に設けられる第１の平坦化層と、
   前記第１の平坦化層の上に設けられる色フィルター材層と、
   前記色フィルター材層の上に設けられる第２の平坦化層と、
   前記複数の画素の光電変換素子に対応して前記第２の平坦化層の上に設けられるマイクロレンズとを有し、
   前記遮光膜より上でかつ前記マイクロレンズより下のいずれかの層に、前記有効画素領域周辺部内の前記有効画素領域の近傍に凹み部が設けられており、
   さらに、前記絶縁膜層の上でかつ前記第１の平坦化層の下に層内レンズを有し、
   前記凹み部は、前記有効画素領域周辺部内の前記有効画素領域の近傍において、前記層内レンズの配置数が前記有効画素領域の配置数より低くなるように前記層内レンズが配置されることにより形成されることを特徴とする固体撮像装置。
8. 前記有効画素領域周辺部の層内レンズは、前記有効画素領域周辺部の前記層内レンズの体積が前記有効画素領域の前記層内レンズの体積の５０％以上になるような形状を有することを特徴とする請求項７記載の固体撮像装置。
9. 光電変換素子を有する複数の画素を２次元アレイ状に配置した有効画素領域と、
   前記有効画素領域の周辺にある遮光膜により遮光された有効画素領域周辺部と、
   前記有効画素領域周辺部の前記遮光膜の上及び前記有効画素領域の前記光電変換素子の上に設けられる絶縁膜層と、
   前記絶縁膜層の上に設けられる第１の平坦化層と、
   前記複数の画素の光電変換素子に対応して前記第１の平坦化層の上に設けられるマイクロレンズとを有し、
   前記有効画素領域周辺部内の前記有効画素領域の近傍において前記絶縁膜層に開口が設けられており、前記開口内に前記第１の平坦化層が位置することを特徴とする固体撮像装置。
10. 光電変換素子を有する複数の画素を２次元アレイ状に配置した有効画素領域と、
    前記有効画素領域の周辺にある遮光膜により遮光された有効画素領域周辺部と、を有する固体撮像装置の製造方法において、
    前記有効画素領域周辺部に前記遮光膜を形成する工程と、
    前記有効画素領域周辺部の前記遮光膜の上及び前記有効画素領域の前記光電変換素子の上に絶縁膜を形成する工程と、
    前記有効画素領域周辺部内の前記有効画素領域の近傍の前記絶縁膜の一部を除去し、凹み部を形成する工程と、
    前記有効画素領域周辺部の前記絶縁膜の一部を除去し、パッド部のための開口を形成する工程とを有し、
    前記凹み部を形成する工程と、前記パッド部のための開口を形成する工程とを同一工程において行うことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。

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