JP5521302B2 - 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 - Google Patents
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Description
(1)導波路のコア層の幅もしくは形状は、A−A線上(水平方向)断面、B−B線上(垂直方向)断面ともに、基板表面から同じ高さの位置では、常に同じである。
(2)クラッド層とコア層との界面のテーパ角が、A−A線上(水平方向)断面、B−B線上(垂直方向)断面ともに同じになる。各断面を見ても上記界面の左右の傾斜角が左右対称である。
(3)導波路の断面形状が、A−A線上(水平方向)断面、B−B線上(垂直方向)断面ともに同じになる。
また、転送電極及び接続配線に対し、セルファラインで導波路を形成することが困難であり、マスクの合わせずれ等のプロセスマージンの管理が必要になる。
導波路において、入射してくる光と、全反射を起して位相がずれて反射されてきた光とが干渉し合いやすくなり、定在波が立ちやすく、フォトダイオード(PD)に入射する光の位相が揃い易くなる。
また、本発明は、かかる固体撮像装置を備えたカメラ等を含む電子機器を提供するものである。
そして、固体撮像装置は、画素となる受光部と、受光部に対応する位置に形成されたコア層とクラッド層からなる導波路を有し、導波路の断面構造が、撮像面の水平方向と垂直方向で異なっており、水平方向および垂直方向の少なくとも一方におけるコア層とクラッド層との界面が曲面で構成されている。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、分光リップルが抑制され、撮像特性が向上する固体撮像装置を製造することができる。
本発明に係る電子機器によれば、固体撮像装置において、分光リップルが抑制され、撮像特性が向上するので、品質の向上が図れる。
1.第1の実施の形態(固体撮像装置の構成及び製造方法の例)
2.第2の実施の形態(固体撮像装置の構成及び製造方法の例)
3.第3の実施の形態(固体撮像装置の構成及び製造方法の例)
4.第4の実施の形態(固体撮像装置の構成例)
5.第5の実施の形態(固体撮像装置の構成例)
6.第6の実施の形態(固体撮像装置の構成例)
7.第7の実施の形態(固体撮像装置の構成例)
8.第8の実施の形態(固体撮像装置の構成例)
9.第9の実施の形態(固体撮像装置の構成例)
10.第10の実施の形態(固体撮像装置の構成例)
11.第11の実施の形態(固体撮像装置の構成例)
12.第12の実施の形態(固体撮像装置の構成例)
13.第13の実施の形態(電子機器の構成例)
[固体撮像装置の構成例]
図1〜図3に、本発明に係る固体撮像装置をCCD固体撮像装置に適用した第1実施の形態を示す。図1はCCD固体撮像装置の撮像領域の要部の平面図、図2は図1のA−A線上の断面図、図3は図1のB−B線上の断面図である。
図8〜図9に、第1実施の形態の固体撮像装置の製造方法、特に導波路の製法を示す。各工程図において、左側の図は図1のA−A線上(水平方向)の断面に相当し、右側の図は図1のB−B線上(垂直方向)の断面に相当する。
また、受光部にクラッド層26を残すことで、絶縁層24のSiの界面反射防止膜としての機能を維持させることが出来る。
[固体撮像装置の構成例]
図10に、本発明に係る固体撮像装置としてCCD固体撮像装置に適用した第2実施の形態を示す。図10は、固体撮像装置の撮像領域の要部、特に受光部及び導波路部分の断面構造を示し、左側の図は撮像面の水平方向の断面構造、右側の図は撮像面の垂直方向の断面構造を示す。
図11に、第2実施の形態の固体撮像装置の製造方法、特に導波路の製法を示す。各工程図において、左側の図は撮像面の水平方向の断面構造、右側の図は撮像面の垂直方向の断面構造を示す。
[固体撮像装置の構成例]
図12に、本発明に係る固体撮像装置としてCCD固体撮像装置に適用した第3実施の形態を示す。図12は、固体撮像装置の撮像領域の要部、特に受光部及び導波路部分の断面構造を示し、左側の図は撮像面の水平方向の断面構造、右側の図は撮像面の垂直方向の断面を示す。
図13〜図14に、第3実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法、特に導波路の製法を示す。各工程図において、左側の図は撮像面の水平方向の断面構造、右側の図は撮像面の垂直方向の断面構造を示す。
[固体撮像装置の構成例]
図15に、本発明に係る固体撮像装置としてCCD固体撮像装置に適用した第4実施の形態を示す。図15は、固体撮像装置の撮像領域の要部、特に受光部及び導波路部分の断面構造を示し、左側の図は撮像面の水平方向の断面構造、右側の図は撮像面の垂直方向の断面を示す。
[固体撮像装置の構成例]
図16〜図17に、本発明に係る固体撮像装置としてCCD固体撮像装置に適用した第5実施の形態を示す。図16はCCD固体撮像装置の撮像領域の要部の平面図、図17は図16のA−A線上及びB−B線上の断面構造、特に受光部及び導波路部分の断面構造を示す。図17では、左側の図がA−A線上の断面構造、右側の図がB−B線上の断面構造である。
[固体撮像装置の構成例]
第6実施の形態に係る固体撮像装置は、図示しないが、受光部2の構成を、図16に示すと同様に上面から見て正方形に形成する。受光部2を正方形とした構成において、導波路構成を、第2実施の形態の転送電極及び接続配線の積層構造に基く導波路28、第3実施の形態、第4実施の形態の多層構造の導波路45,48を取り入れた構成とすることもできる。
[固体撮像装置の構成例]
図18に、本発明に係る固体撮像装置としてCCD固体撮像装置に適用した第7実施の形態を示す。同図は、撮像領域の水平方向の要部を示し、左側の図は撮像領域の周辺側の導波路の断面構造、右側の図は撮像領域の中央部の導波路の断面構造を示す。
その他の構成は、第1実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。
[固体撮像装置の構成例]
図19〜図21に、本発明に係る固体撮像装置としてCCD固体撮像装置に適用した第8実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置54は、図19に示すように、受光部2を上面から見て長方形とし、転送電極6〜8及び接続配線9の積層構造を垂直転送レジスタ部3上、垂直方向に隣り合う受光部2間共に、同じにして構成される。すなわち、例えば図20に示すように、垂直転送レジスタ部3上の転送電極6〜8と接続配線9の延長部9Aとの幅を同じに形成され、垂直方向の受光2間上の転送電極6,8とその上の接続配線9の帯状部9Bとの幅を同じに形成される。または、図21に示すように、垂直転送レジスタ部3上では接続配線9の延長部9Aとの幅を転送電極6〜8の幅より狭くし、垂直方向の受光2間上では同じく接続配線9の帯状部9Bとの幅を転送電極6,8の幅より狭く形成される。
その他の構成は第1実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。
[固体撮像装置の構成例]
図22に、本発明に係る固体撮像装置としてCCD固体撮像装置に適用した第9実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置56は、導波路28のクラッド層26が凹部周囲の積層構造の表面に倣うように成膜されるも、図2で示すように、わずかに段差を有する形状でなく、滑らかな傾斜を有するように形成される。このクラッド層26とコア層27により導波路28が構成される。その他の構成は、前述の図2及び図3と同様であるので、詳細説明は省略する。図22において図2と対応する部分には同一符号を付して示す。
[固体撮像装置の構成例]
第10実施の形態に係るCCD固体撮像装置は、図示しないが、垂直転送レジスタ部の転送電極を2層ポリシリコン膜で形成し、受光部上に上述した本発明の導波路を形成して構成される。2層ポリシリコン膜により転送電極を形成するときは、接続配線は不要となる。
[固体撮像装置の構成例]
図23、図24、図25に、本発明に係る固体撮像装置としてCCD固体撮像装置に適用した第11実施の形態を示す。第11実施の形態は、遮光膜と接続配線とを兼用した構造を有して構成される。各図23、図24及び図25はそれおれ変形例を示す。
[固体撮像装置の構成例]
第11実施の形態に係る固体撮像装置は、図示しないが、CMOS固体撮像装置に適用した場合である。CMOS固体撮像装置は、受光部となる光電変換素子、すなわちフォトダイオードと複数の画素トランジスタからなる画素が、2次元配列されてなる。複数の画素が形成された半導体基板上には、層間絶縁膜を介して複数層の配線を形成した多層配線層が形成され、さらに平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタ及びオンチップマイクロレンズが形成される。
そして、本実施の形態においては、受光上に対応する多層配線層の層間絶縁膜に凹部を形成し、ここに、前述した本発明に係る導波路が形成される。
(1).導波路の導波方向における同じ高さ位置において、撮像面の水平方向と垂直方向でコア幅を異ならす構成。
(2).導波路の断面構造において、撮像面の水平方向と垂直方向でコア層とクラッド層の界面の傾斜角を異ならす構成。
(3).上記(1)または(2)のいずれか一方の条件を有する導波路の構成。あるいは上記(1)及び(2)の双方の条件を有する導波路の構成。
[電子機器の構成例]
本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像装置を備えたカメラ、カメラ付き携帯機器、固体撮像装置を備えたその他の機器、等の電子機器に適用することができる。
さらに、図26の構成は、光学系97、固体撮像装置98、信号処理回路99がモジュール化した撮像機能を有するモジュール、いわゆる撮像機能モジュールとして構成することができる。本発明は、このような撮像機能モジュールを備えた電子機器を構成することができる。
Claims (17)
- 画素となる受光部と、
前記受光部に対応する位置に形成されたコア層とクラッド層からなる導波路を有し、
前記導波路の断面構造が、撮像面の水平方向と垂直方向で異なっており、前記水平方向および前記垂直方向の少なくとも一方における前記コア層と前記クラッド層との界面が曲面で構成されている
固体撮像装置。 - 前記導波路におけるコア層の幅が、基板面より同じ高さ位置において、撮像面の水平方向と垂直方向とで異なっている
請求項1記載の固体撮像装置。 - 前記導波路におけるコア層とクラッド層との界面の導波方向の傾斜角が、撮像面の水平方向と垂直方向とで異なっている
請求項1又は2記載の固体撮像装置。 - 前記水平方向及び垂直方向のいずれか一方または双方における前記界面の導波方向の傾斜角が、導波方向の軸心に対して対称または非対称である
請求項1乃至3のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記受光部の列に対応する垂直転送レジスタ部と、
前記垂直転送レジスタ部における1層目ポリシリコンからなる転送電極と、
前記転送電極のうちの所要の転送電極に接続される2層目ポリシリコンからなる接続配線と、
2層に積層され垂直方向の画素間に延長された前記所要以外の転送電極及び前記接続配線を有し、
前記垂直転送レジスタ部における前記転送電極及び前記接続配線を含む断面構造が、前記垂直方向の画素間における前記転送電極及び前記接続配線を含む断面構造と異なっている
請求項1乃至4のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 前記垂直方向の画素間に延長された前記所要以外の転送電極及び接続配線は同じ幅で形成され、
前記垂直転送レジスタ部における前記接続配線は下層の前記転送電極より小さい幅で形成されている
請求項5に記載の固体撮像装置。 - 前記コア層とクラッド層の間に、前記コア層とは屈折率を異にした中間層が形成されている
請求項1乃至6のいずれかに記載の固体撮像装置。 - 受光部に対応する部分の開口断面形状が撮像面の水平方向と垂直方向で異なるように形成した積層構造に対して、該積層構造に倣うようにクラッド層を成膜する工程と、
前記水平方向および前記垂直方向の少なくとも一方における前記クラッド層の表面を曲面に整形する工程と、
前記受光部に対応する開口部にコア層を埋め込む工程と
を有する固体撮像装置の製造方法。 - 前記整形する工程は、前記クラッド層の熱処理またはエッチング処理により行う
請求項8記載の固体撮像装置の製造方法。 - 垂直転送レジスタ部における1層目ポリシリコンからなる転送電極及び所要の転送電極に接続する2層目ポリシリコンからなる上層の接続配線と、前記所要以外の転送電極及び前記接続配線から垂直方向の画素間に延長され断面構造が前記垂直転送レジスタ部の転送電極及び前記接続配線を含む断面構造と異なる転送電極及び上層の接続配線を形成して、前記積層構造を形成する工程
を有する請求項8又は9記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記垂直方向の画素間に延長する前記所要以外の転送電極及び接続配線を同じ幅で形成し、
前記垂直転送レジスタ部における前記接続配線を下層の前記転送電極の幅より小さい幅で形成する
請求項10記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記垂直転送レジスタ部における転送電極及び接続配線を含む断面構造及び/又は前記垂直方向の画素間における転送電極及び接続配線を含む断面構造のいずれか一方または双方を、軸心に対して非対称に形成する
請求項10又は11に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記コア層と前記クラッド層との間に、前記コア層とは屈折率を異にした中間層を形成する工程を有する
請求項8乃至12のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。 - 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、
前記固体撮像装置は、
画素となる受光部と、
前記受光部に対応する位置に形成されたコア層とクラッド層からなる導波路を有し、
前記導波路の断面構造が、撮像面の水平方向と垂直方向で異なっており、前記水平方向および前記垂直方向の少なくとも一方における前記コア層と前記クラッド層との界面が曲面で構成されている
電子機器。 - 前記固体撮像装置において、
前記導波路におけるコア層の幅が、基板面より同じ高さ位置において撮像面の水平方向と垂直方向とで異なっている
請求項14記載の電子機器。 - 前記固体撮像装置において、
前記導波路におけるコア層とクラッド層との界面の導波方向の傾斜角が、撮像面の水平方向と垂直方向とで異なっている
請求項14又は15記載の電子機器。 - 前記固体撮像装置において、
前記水平方向及び垂直方向のいずれか一方または双方における前記界面の導波方向の傾斜角が、導波方向の軸心に対して対称または非対称である
請求項14乃至16のいずれかに記載の電子機器。
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