JP6029266B2 - 撮像装置、撮像システムおよび撮像装置の製造方法 - Google Patents

撮像装置、撮像システムおよび撮像装置の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、遮光膜を備える撮像装置に関する。

複数の光電変換部を有する撮像装置においては、複数の光電変換部の各々へ入射する光(可視光)の通過部を画定するように遮光膜を設ける。これにより、所望の部分以外の部分に光が入射することを抑制できる。特許文献1には、アルミニウムからなる遮光膜を設けることが開示されている。また、特許文献1の図1には、遮光膜4に接するパッシベーション膜5が、特許文献1の図2には、遮光膜4に接するシリコン酸化膜10が開示されている。
特許文献2および特許文献3には、銅からなる遮光膜が設けられた遮光画素領域を有する撮像装置が開示されている。

特開2001−284566号公報 特開2009−218374号公報 特開2009−283482号公報

金属材料を遮光膜に用いた場合、斯かる遮光膜は、遮光膜に入射する光を反射する。遮光膜で反射された光(反射光)は、撮像装置内を伝搬していずれかの光電変換部へ入射する場合がある。ここで、遮光膜で反射された光の多くは、遮光膜に近接する膜(近接膜)内を伝搬すると考えられる。
このように近接膜内を伝搬した反射光が光電変換部に入射する可能性がある。この時、反射光が入射した光電変換部には望まない信号、つまりノイズが生じ、得られる画像に好ましくない影響を及ぼす場合があった。

そこで本発明は、遮光膜での反射光の影響を低減することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の第1は、受光画素領域を有する撮像装置であって、前記受光画素領域に配された複数の光電変換部を有する基板と、前記受光画素領域において前記複数の光電変換部を覆う様に前記基板の上に設けられた第1膜と、前記第1膜と前記基板との間に設けられた遮光膜と、前記第1膜と前記基板との間に設けられた、前記第1膜の屈折率とは異なる屈折率を有する第2膜と、を備え、前記遮光膜は、前記受光画素領域において、前複数の光電変換部毎に、前記複数の光電変換部の各々へ入射する可視光の通過部を画定する開口を有、前記遮光膜の前記第1膜に近接する上面は、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、イリジウムおよび白金からなる第1群から選ばれた金属を主成分とする金属材料、または、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイド、タングステンシリサイドおよび白金シリサイドからなる第2群から選ばれた金属化合物材料で構成されており、前記第2膜前記通過部に位置する部分が前記第1膜と界面を成しており、前記界面と前記光電変換部との距離は、前記通過部の下端と前記光電変換部との距離よりも大きいことを特徴とする。

また、上記課題を解決するための本発明の第2は、受光画素領域を有する撮像装置であって、前記受光画素領域に配された複数の光電変換部を有する基板と、前記受光画素領域において前記複数の光電変換部を覆う様に前記基板の上に設けられた第1膜と、前記第1膜と前記基板との間に設けられた遮光膜と、前記第1膜と前記基板との間に設けられた、前記第1膜の屈折率とは異なる屈折率を有する第2膜と、を備え、前記遮光膜は、前記受光画素領域において、前記複数の光電変換部毎に、前記複数の光電変換部の各々へ入射する可視光の通過部を画定する開口を有、前記遮光膜の前記第1膜に近接する上面は、可視光に対する分光反射率の最低値が最高値の3/4以上である材料で構成されており、前記第2膜前記通過部に位置する部分が前記第1膜と界面を成しており、前記界面と前記光電変換部との距離は、前記通過部の下端と前記光電変換部との距離よりも大きいことを特徴とする。

また、上記課題を解決するための本発明の第3は、複数の光電変換部を有する基板を覆う酸化シリコンを主成分とする層を形成する工程と、ダマシン法を用いてアルミニウムまたはタングステンを前記酸化シリコンを主成分とする層に埋め込むことにより、複数の開口を有する遮光膜を形成する工程と、前記遮光膜の上に、前記基板を覆う窒化シリコンを主成分とする層および酸窒化シリコンを主成分とする層の少なくとも一方を形成する工程と、を有することを特徴とする撮像装置の製造方法である。

本発明によれば、遮光膜での反射光の影響を低減した撮像装置を提供することができる。

撮像装置の第1実施形態の一例を説明する平面模式図。 撮像装置の第1実施形態の一例を説明する断面模式図。 撮像装置の第1実施形態の一例を説明する断面模式図。 本発明を説明する模式図。 (a)第2実施形態の第1例を説明する断面模式図、(b)第2実施形態の第2例を説明する断面模式図、(c)第2実施形態の第3例を説明する断面模式図、(d)第2実施形態の第4例を説明する断面模式図。 (a)第3実施形態の第1例を説明する断面模式図、(b)第3実施形態の第2例を説明する断面模式図、(c)第3実施形態の第3例を説明する断面模式図、(d)第3実施形態の第4例を説明する断面模式図。 (a)第4実施形態の1例を説明する断面模式図、(b)第5実施形態の1例を説明する断面模式図。 撮像装置の製造方法(工程a〜d)の一例を説明する断面模式図。 撮像装置の製造方法(工程e〜g)の一例を説明する断面模式図。 撮像装置の製造方法(工程h〜j)の一例を説明する断面模式図。

<第1実施形態>
図1、図2、図3を用いて本発明の撮像装置の第1実施形態の一例を説明する。図1は撮像装置1000の平面模式図であり、図2は、図1のA−A’における撮像装置1000の断面模式図である。図3は、撮像装置の主要部の拡大模式図であり、図2の構成を説明するための模式図である。なお、図1、図2、図3において、共通の部材には共通の符号を付してあり、必要に応じて相互を参照可能である。なお、図3では、簡略化のために、図1、図2で示した部材の一部の表示を省略している。

図1に示す様に、撮像装置1000は多数の画素が配列された画素領域を有している。ここでは、画素領域に20個の画素が4×5の2次元状に配列されている例を示しているが、1次元状に配列されていてもよい。なお、図1の例では、撮像装置1000は画素領域に加えて周辺回路領域を含んでいる。多数の画素の各々は図1に点線で示した光電変換部2を備えている。撮像装置1000は基板1を備えており、複数の光電変換部2は基板1に設けられている。本例では、光電変換部2はシリコンなどの半導体からなる基板1の内部に設けられている。撮像装置1000の主面100は、光電変換部2の受光面で規定される。詳細には、主面100は光電変換部2の受光面を含み、受光面に平行な仮想平面である。主面100は基板1と平行であるということができる。典型的には、半導体からなる基板1の表面は光電変換部2の受光面を含み得る。なお、ガラス基板の表面の上にMIS型構造やPIN型構造を有する薄膜を設け、当該薄膜を光電変換部と成すこともできる。その場合には主面はガラス基板の表面から薄膜の厚み分だけ離れた面となる。

図2に示す様に、撮像装置1000は、基板1および光電変換部2に加えて、第1膜10、遮光膜40、第2膜20を備えている。撮像装置1000は、第3膜30、配線構造70、電極パッド80、制御電極3、画素回路部4、光電変換部2とは別の光電変換部2’、画素回路部4とは別の画素回路部4’、周辺回路部5をさらに備えることができる。画素領域は受光画素が配された受光画素領域と遮光画素が配された遮光画素領域とを含んでいる。光電変換部2と画素回路部4は受光画素を構成し、別の光電変換部2’と別の画素回路部4’は遮光画素を構成する。図1では、4×4の16個の受光画素が受光画素領域に配列されており、4個の遮光画素が遮光画素領域に配列されている。このように、基板1は、画素領域に2つ以上の光電変換部2と、1つ以上の光電変換部2’とを含む、多数の光電変換部を有している。ここでは、受光画素領域と遮光画素領域と周辺画素領域が1方向のみで並んだ例を示したが、遮光画素領域が受光画素領域の四方に配置されて、受光画素領域を囲んでいることが好ましい。同様に、周辺回路領域もまた画素領域を囲むように配置することができる。周辺回路部5と電極パッド80は周辺回路領域に配されている。第3膜30は、ここでは中間層31、カラーフィルタ層32、マイクロレンズ層33を含んでいる。そして、複数の画素の各々が、光電変換部2に加えて、第1膜10、遮光膜40、第2膜20、さらには、第3膜30、制御電極3、画素回路部4を含むように構成することができる。本例の撮像装置1000はいわゆるCMOSイメージセンサである。

以下の説明では、「層」と「膜」とを次のように使い分ける。「層」は、実質的に均一な材料からなり、層内には界面は存在しない。一方、層と層との間には必ず界面が存在する。この界面は、たとえ互いに接する層が同じ材料で構成されていても、形成方法や形成条件が異なっていたり、一方の層の形成工程と他方の層の形成工程との間に、一方の層の表面に何らかの変化を生じせしめるような工程があったりする場合に生じうる。一方、「膜」は、1つの層のみで構成された構造、すなわち単層膜と、複数の層で構成された構造、すなわち複層膜の両方を含む概念である。なお、以下の説明では、撮像装置1000の各部分に対して、基板1から撮像装置1000の最表面(光入射面)へ向かう方向を上方向とし、撮像装置1000の最表面から基板1へ向かう方向を下方向として説明する。また、本発明において扱う光は、可視光(波長が400nm以上760nm以下の光)のみとする。撮像装置1000へは可視光だけでなく、赤外光や紫外光も入射する場合があるが、そのような場合であっても、便宜的に、撮像装置1000へは可視光のみが入射するものとみなす。なお、以下の説明において、赤色光の波長は610〜750nm、緑色光の波長は500〜560nm、青色光の波長は435〜480nmである。厳密には、赤色、緑色、青色のフィルタを設ける場合には、遮光膜40へ入射する光の波長を、各フィルタを透過する光の主波長(ピーク波長)とみなすことができる。カラーフィルタを設けない場合や、複数種類の単色フィルタを用いない場合、補色系の単色フィルタを用いる場合には、赤色光の波長を700nm、緑色光の波長を546nm、青色光の波長を436nmとする。

主に図3を参照して、第1膜10、第2膜20、遮光膜40について詳細に説明する。なお、図3では説明のため、図2とは第1膜10及び第2膜20の配置が異なっているが、他の構成は同一である。

図3において、第1膜10は光電変換部2へ光が入射するのに十分な高い光透過性を有する材料(透明材料)からなり、基板1の上に設けられている。光学的特性の観点では、第1膜10は透明膜(第1透明膜)と云うことができる。第1膜10の材料として無機材料を用いることが好ましく、典型的には酸窒化シリコン(SiON)や窒化シリコン(SiN)を主成分とするシリコン化合物が用いられる。第2膜20は光電変換部2へ光が入射するのに十分な高い光透過性を有する材料(透明材料)からなり、基板1の上に設けられている。光学的特性の観点では、第2膜20は透明膜(第2透明膜)と云うことができる。第2膜20の材料として無機材料を用いることが好ましく、典型的には酸化シリコンを主成分とするシリコン化合物が用いられる。遮光膜40は、第1膜10や第2膜20よりも光透過性が低い材料からなり、基板1の上に設けられている。遮光膜40の材料として無機材料を用いることが好ましく、典型的には金属材料(単体でも合金でもよい)や金属化合物材料が用いられる。遮光膜40は第1膜10と基板1との間に位置しており、第2膜20は第1膜10と基板1との間に位置している。なお、第2膜20は遮光膜40と基板1との間にも位置している。

遮光膜40は、複数の光電変換部2の各々へ入射する光の通過部44を画定している。その結果、撮像装置1000に入射した光(ここでは、マイクロレンズ層33に入射した光)の一部は、複数の画素毎に、通過部44を通過し、通過部44と光電変換部2との間の領域である光路部45をさらに通過して光電変換部2へ入射する。本例では、図1及び図3に示す様に、各通過部44は遮光膜40の側面43で切れ目なく囲まれており、通過部44同士の間には遮光膜40が連続的に延在している。換言すると、遮光膜40は、各々が通過部44に相当する複数の開口(貫通孔)を有する、格子状の膜となっている。なお、開口の形状は、本例では角丸四角形としているが、円形でもよいし、多角形でもよい。通過部44は、通過部44の上側の端(上端)である入射端441(図3に一点鎖線で示す)、通過部44の下側の端(下端)である出射端442(図3に二点鎖線で示す)とで挟まれた領域として規定される。通過部44の入射端441は、遮光膜40の上面41を含み上面41に平行な仮想平面として規定することができる。通過部44の出射端442は、遮光膜40の下面42を含み下面42に平行な仮想平面として規定することができる。そのため、通過部44の入射端441と光電変換部2の受光面との距離Dは、遮光膜40の上面41と主面100との距離と実質的に等しい。また、通過部44の出射端442と光電変換部2の受光面との距 離Dは、遮光膜40の下面42と主面100との距離と実質的に等しい。通過部44の長さLはD−Dで表されるが、長さLは、遮光膜40の厚みと実質的に等しい。なお、距離Dは、通過部44と光電変換部2との距離と簡略化して言い換えることができる。

撮像装置1000に入射した光の一部は、遮光膜40の上面41に入射する。そのため、遮光膜40の上面41では、入射光が反射される。そのため、遮光膜40の上面41を入射面とも反射面とも呼ぶことができる。遮光膜40の上面41は銀色を呈する材料(銀色材料)で構成されている。本発明における銀色材料とは、大気中で垂直入射する白色光に対して銀色を呈する材料である。詳細には、可視光の各波長に対する反射率(分光反射率)に関して、大気中で最低の反射率(分光反射率の最低値)が最高の反射率(分光反射率の最高値)の3/4以上である材料であればよい。遮光膜40に入射し得る光が実質手的に青色光と緑色光と赤色光に制限される場合には、これらに対する反射率の内の最低値が、最高値の3/4以上であればよい。なお、種々の材料が呈する色については、例えば技報堂出版社の無機化学ハンドブック等の文献を参考にすることができる。なお、遮光膜40の上面41の反射率が高いほど本発明は顕著な効果を奏する。具体的には、遮光膜40の上面41を構成する材料の赤色光、緑色光および青色光に対する分光反射率が、いずれも50%以上である場合には好適であり、いずれも75%以上(高反射率)である場合により好適である。

第1膜10の或る一部であって、遮光膜40の上面41に近接する部分を第1部分110と呼ぶ。詳細には、第1部分110は、第1膜10の、主面100から遮光膜40への正射影において、遮光膜40と重なる部分である。遮光膜40は、第1部分110と基板1との間に位置している。

本例では、第1部分110は遮光膜40の上面41に接している(第1部分110と上面41との距離が0である)が、第1部分110が上面41からわずかに離れていても近接するとみなす。具体的には、第1部分110と上面41との間の光学的距離が遮光膜40の上面41への入射光の波長以下である場合に限り、第1部分110は遮光膜40の上面41に近接しているとみなすことができる。第1部分110と上面41との間に層が設けられる場合には、第1部分110と上面41との間の光学的距離は、層の屈折率と厚みの積である。詳細には第1部分110と上面41との間にn層(n≧0)が存在するとして、k番目(0≦k≦n)の層の屈折率をNk、k番目の層の厚みをTとして、光学的距離Dは、

で表される。なお、N=0,T=0であり、本例では、n=0、D=0である。本発明では入射光の波長を400nm以上760nm以下と見做していることから、第1部分110と上面41との間の光学的距離は最大でも760nmである。すべての波長においてこの関係を満たすことが好ましく、第1部分110と上面41との間の光学的距離は400nm以下であることが好ましい。例えば、第1部分110と上面41との間に屈折率が1.5の層を設ける場合には、当該層の厚みを、506nm以下、好ましくは266nm以下とする。

第1膜10の別の一部であって、通過部44に対応する部分を第2部分120と呼ぶ。詳細には、第2部分120は、第1膜10の、主面100から遮光膜40への正射影において、遮光膜40と重ならない部分である。第2部分120と基板1との間には遮光膜40は存在しておらず、第2部分120と基板1との間には通過部44の少なくとも一部及び光路部45が位置している。本例では、第2部分120の上部121が、通過部44の外(入射端441の上)に位置しており、この上部が通過部44を覆っていると云える。第2部分120の下部122は通過部44内に位置しており、この下部122は通過部44を覆っていない。なお、ここでいう第2部分120の上部121と下部122は、通過部44の入射端441を境界として区別が可能である。第1部分110と第2部分120は層として連続している。そして、第1部分110は複数の通過部44の各々に対して個別に対応した第2部分120同士を連結している。

第2膜20の一部であって、通過部44内に位置する部分を第3部分130と呼ぶ。第2膜20の別の一部であって、光路部45に位置する部分を第4部分140と呼ぶ。第3部分130と第4部分140とは通過部44の出射端442を境界として区別が可能である。

第1膜10と第2膜20との関係について図3を用いてさらに説明する。

第1膜10の第2部分120と第2膜20の第3部分130は接しており、その結果、第1膜10(第2部分120)と第2膜20(第3部分130)との界面200が形成されている。界面200と光電変換部2(及び主面100)との距離をDとする。本発明では、界面200と光電変換部2との距離Dは、通過部44の出射端442と光電変換部2との距離Dよりも大きい。すなわち、D>Dである。界面200から通過部44の出射端442までの距離DはD=D−Dとなり、図3ではD<Lの例を示しているが、図2の例ではD=Lである。界面200は、入射端441と出射端442との中間よりも光電変換部2から離れて位置することが好ましい。すなわち、D>D+L/2=(D+D)/2であること、換言すれば、D>L/2=(D−D)/2であることが好ましい。

また、界面200が入射端441から極端に離れることは好ましくはなく、D<D+2L=2D−Dであること、換言すれば、D<2L=2(D−D)であることが好ましい。より好ましくは、D<D+(3/2)L=3D−Dであること、換言すれば、D<(3/2)L=3(D−D)/2であることが好ましい。

以上のことをまとめると、界面200と入射端441との距離が、入射端441と出射端442との距離よりも小さいこと、すなわち、|D−D|<(D−D)=Lであることが好ましいと云える。そして、界面200と入射端441との距離が、入射端441と出射端442との距離の半分よりも小さいこと、すなわち、|D−D|<(D−D)/2=L/2であることがより好ましい。

このような界面の配置において、図2に示す様に、D=L、すなわち、界面200を通過部44の入射端441と同じ位置に設けることが特に好ましい。つまり、D=Dである。また、図2では、第2部分120は通過部44には位置しておらず、第2部分120の全体が通過部44を覆っている。

そして、第1膜10(第2部分120)の屈折率と第2膜20(第3部分130)の屈折率は互いに異なっている。つまり、界面200の上下では、屈折率が異なっている。第2部分の屈折率が第3部分130の屈折率の0.95倍以下かつ1.05倍以上であれば、両者の屈折率が有意に異なっていると云える。第1膜10の屈折率が第2膜20の屈折率よりも低くてもよいが、第1膜10の屈折率は第2膜20の屈折率よりも高いことが好ましい。典型的には、第3部分130は第2部分120とは異なる材料からなる。ただし、化学量論的組成比が同じ材料であっても、非化学量論的組成比を異ならせたり、形成方法によって膜質を異ならせたりすることによって、屈折率を有意に異ならせることが可能である。

以上のような構成をとることによって、良好な撮影画像を得ることができる。以下にその要因と考えられる現象の一例を、図3及び図4を用いて説明する。図4(a)は図3における界面200の近傍を拡大した模式図である。図4(b)は図4(a)に対応する比較例の模式図である。図4(b)では界面200は通過部44の出射端442に位置している。

まず、図3の遮光膜40における反射光について説明する。

撮像装置1000の画素領域に入射する光の或る一部は、第1膜10の上方から、第1膜10の第1部分110に入射する。第1部分110に入射した光は、第1部分110から遮光膜40の上面41へ入射し、上面41で反射されて反射光を生じ、反射光は再び第1部分110へ入射する。そして、再び第1部分110へ入射した反射光の少なくとも一部は、第1部分110から第2部分120へ第1膜10内を伝搬し、第2部分120から界面200へ入射する。このように、界面200へ入射する光のうち、上面41で反射された後に界面200へ入射する光を便宜的に間接入射光と呼ぶことにする。してみれば、遮光膜40の上面41は、光が入射する入射面と云うこともできるし、入射した光を反射する反射面と云うこともできる。これに対して、遮光膜40の下面42を遮光面と云うこともできる。

一方、撮像装置1000の画素領域に入射する光の別の一部は、第1膜10の上方から、第1膜10の第2部分120に入射する。第2部分120に入射した光は上面41に入射することなく、少なくとも一部は第2部分120から界面200へ入射する。このように、界面200へ入射する光のうち、上面41で反射されずに界面200へ入射する光を便宜的に直接入射光と呼ぶことにする。図4(a)、(b)には、直接入射光の光線の一例を実線で示しており、間接入射光の光線の一例を破線で示している。なお、間接入射光の光線を示す破線の太さは、太いほど光の強度が強いことを意味しており、反射や透過等による強度変化を模式的に表している。

界面200に入射した光が界面200を通過すると、通過部44から光路部45へ伝搬して光電変換部2へ容易に入射する。直接入射光は光電変換部2に入射するべき光であり、間接入射光は光電変換部2へ入射するべきではない光であると云える。間接入射光は、本来は別の画素への入射光として扱われるべき光を含む可能性がある。通常、撮像装置1000は、感度向上の観点から画素領域に入射する光の大部分が直接入射光となるように設計されるが、間接入射光はある程度は存在するため、画質を向上する上では、間接入射光は無視できない要因となる。そのため、できるだけ間接入射光が界面200を通過しないようにすることが有効である。

前述したように、界面200の上下では屈折率が異なっている。屈折率の異なる媒質の界面では光の反射が生じるため、界面200へ入射する光にとってこの界面200は障壁となる。よって、界面200は、界面200を通過する光を低減することができる。この時の強度反射率は、第1膜10と第2膜20の屈折率差が大きいほど強度反射率は高くなり、通過しようとする光を低減することが出来る。そして、強度反射率は、界面200への入射角が大きいほど強度反射率は高くなる傾向にある。

反射光の伝搬方向の、主面100の法線に対する角度は、概して、直接入射光の伝搬方向の、主面100の法線に対する角度よりも大きい。これは、第1膜10が主面100に対して略平行に延在していることと、撮像装置1000への入射光の多くは、主面100に対して略垂直に入射することが理由として挙げられる。したがって、典型的には、間接入射光の界面200への入射角は、直接入射光の界面200への入射角よりも大きい。上述したように、界面200での強度反射率は、界面200への入射角が大きいほど高くなるので、界面200では間接入射光の透過率は直接入射光の透過率よりも低くなる。したがって、直接入射光と間接入射光との比較において、間接入射光が界面200を透過することを選択的に抑制することができる。

ここで、界面200の位置について、図4(a)及び図4(b)を用いて説明する。上述したような障壁としての界面200が通過部44の出射端442に位置する場合には、通過部44の出射端442まで第2部分120が存在している。図4(b)に示すように、反射光は通過部44内の第2部分120を伝搬する。通過部44の周りには遮光膜40が存在しているため、遮光膜40の側面43で反射が生じ、反射光は通過部44内の第2部分120から通過部44外の第1部分110へ抜け出し難くなる。そのため、反射光の大部分は間接入射光となって、界面200を通過して光路部45へ侵入してしまう。本来入射すべき画素の近傍で生じた反射光の大部分は、その画素とその画素の隣の画素の光電変換部2へ入射してしまうと考えられる。斯かる現象は画質の低下を招く。

一方、界面200を、通過部44の入射端441に近づけることによって、反射光の進行方向を第1膜10内に制限することが可能となる。すなわち、図4(a)に示す様に、第1膜10の或る方向において、一方の側に位置する第1部分110から伝搬した反射光は、界面200での反射を伴いながら第2部分120を通過して、他方の側に位置する第1部分110へ伝搬する。このように反射光が第1膜10内を伝搬していくうちに、反射光は第1膜10内で減衰する。このように、界面200を通過部44の出射端442から遠ざけることにより、反射光が光路部45へ侵入することを抑制することできる。その結果、本来入射すべき画素の近傍で生じた反射光の大部分は、特定の光電変換部2へ入射することもなくなり、画質の低下を抑制することができる。 上述のように、界面200は間接入射光が通過しにくいように構成されているが、第1膜10から界面200へ入射した反射光の一部は、界面200を通過し、光路部45へ侵入して光電変換部2へ入射する可能性がある。

本実施形態では、界面200の位置を出射端442よりも入射端441に近づけているため、図4(b)に示す比較例のような界面200の位置が出射端442に位置する場合に比べて、反射光の水平方向における伝搬距離が長くなると考えられる。そのため、反射光の波長分布が撮影画像の色味への影響が大きくなると考えられる。そのため、少なくとも光路部45へ侵入して光電変換部2へ入射する反射光の波長分布は、直接入射光の波長分布に対して大きく異なるべきではない。

遮光膜40の上面41での反射が生じる形態として、遮光膜40の上面41を白色光に対して例えば金色を呈する材料(金色材料)で構成した場合が考えられる。上面41が金色材料で構成されている場合には被写体の色を正確に撮像できないという問題が生じる。これは、金(Au)や銅(Cu)などの金色材料では、短波長側(青色光、緑色光)の反射率が、長波長側(赤色光)のの反射率よりも極端に低いことが原因であると考えられる。例えば、赤色光に対する金および銅の反射率は95%以上であるが、緑色光に対する金の反射率は85%程度、青色光に対する金の反射率は40%程度であり、緑色光に対する銅の反射率は65%前後、青色光に対する銅の反射率は60%程度である。なお、ここで挙げた反射率は大気における反射率であるが、撮像装置1000に適用しても同じ傾向を示す。そのため、間接入射光の波長分布が直接入射光の波長分布とずれてしまい、得られる画像は、本来の被写体の色とは異なる色を示してしまう場合がある。特に撮像装置がカラー撮像装置である場合には、撮影画像が本来の被写体の色とは異なる色味を帯びてしまうため、このような問題が顕著になる。勿論、モノクロ撮像装置であっても、撮影画像において正確なコントラストが得られないという現象が生じうる。これに対して、銀色材料は、青色光、緑色光、赤色光に対する反射率の差が小さい。例えば、銀およびアルミニウムの赤色光、緑色光、青色光に対する反射率は、いずれも80%以上である。そのため、間接入射光に波長の偏りが生じにくく、より正確な被写体の色を反映した撮影画像を得ることができる。

屈折率が互いに異なる第1膜10と第2膜20の界面200の位置を、前述のように入射端441に近づけることで間接入射光の光路部45への侵入を低減することが可能となる。しかし、間接入射光の一部が光路部45へ侵入する可能性を一層低下させることが好ましい。そこで、界面200の位置を通過部44の入射端441に近づけることに加え、第1膜10の屈折率を第2膜20の屈折率よりも高くすることが好ましい。これにより、界面200を通過した間接入射光を光路部45の中心軸から遠ざけることが可能となる。これは、主面100に垂直な方向における間接入射光の屈折位置(界面200)が通過部44の出射端442から距離Dだけ離れていることに起因する。例えば、第1膜10の屈折率を第2膜20の屈折率よりも高くした場合について、図4(a)、(b)を用いて説明する。図4(a)の場合、通過部44の出射端442から所定距離Zだけ下方の位置では、界面200に平行な方向における間接入射光の屈折位置が、図4(b)の場合に比べ、Dtanθだけズレる。ここでθは界面200への間接入射光の入射角である。θが大きければ大きいほどこのズレ量は大きいため、間接入射光の光路と直接入射光の光路とを離すことができる。通過部44と光電変換部2は直接入射光が光電変換部2へ入射しやすい位置関係となっているため、間接入射光が光電変換部2へ入射することを抑制することができる。

また、第1膜10の屈折率を第2膜20の屈折率よりも高くすることにより、界面200では、臨界角以上で入射する間接入射光を全反射させることが可能になる。直接入射光の全反射を抑制する観点では、第2部分120の屈折率は第3部分130の屈折率の1.10倍以上2.00倍以下であることが好ましく、1.10倍以上1.50倍以下であることがより好ましい。なお、第2部分120の屈折率が第3部分130の屈折率の1.41倍である場合、臨界角は約45度となる。

第1部分110の厚みが極端に厚くなると、第1部分110から第2部分120へ反射光が伝搬しにくくなる。逆に、第1部分110の厚みが極端に薄いと反射光が第1部分110を通過してしまう。第1部分110の下面から第1部分110の上面までの光学的距離を、遮光膜40へ入射する光の主波長をλとして、λ/2以上4λ以下とすることが好ましく、λ以上とすることがより好ましい。光学的距離は上記したように実際の距離(幾何学的距離)である第1部分110の厚みと第1部分110の屈折率によって求めることができる。

本発明では入射光の波長を760nm以下と見做していることから、第1部分110上下面間の光学的距離は3040nm以下とすることが好ましい。すべての波長においてこの関係を満たすことが好ましいため、第1部分110上下面間の光学的距離は1600nm以下とすることがより好ましい。また、本発明では入射光の波長を400nm以上と見做していることから、第1部分110上下面間の光学的距離は200nm以上とすることが好ましく、400nm以上とすることがより好ましい。すべての波長においてこの関係を満たすことが好ましいため、第1部分110上下面間の光学的距離は380nm以上とすることが好ましく、760nm以上とすることがより好ましい。

以下、図1及び図2に示した撮像装置1000の他の構成について詳細に説明する。

第1膜10の材料を適切に選択することにより、基板1や第2膜20に対して、耐湿性や耐薬品性、不純物の拡散等を抑制するパッシベーション膜としての機能を奏することができる。第2膜20が酸化シリコンの場合には、第1膜10に窒化シリコンと酸窒化シリコンの少なくとも一方を好適に用いることができる。また、このような窒素を含有する材料は、酸化シリコンよりも屈折率が高く、先に述べたように間接入射光の入射を抑制することが可能となるため、好ましい。なお、第1膜10の厚みが100〜1000nmであれば、十分にパッシベーション膜として用いることができる。

遮光膜40の上面41を構成する銀色材料としては、少なくとも金(Cu)、銅(Cu)および水銀(Hg)を除く、ほとんどの金属元素の単体が挙げられる。実用的には、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、マンガン(Mn)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)、ルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、銀(Ag)、ハフニウム(Hf)、タンタル(Ta)、タングステン(W)、イリジウム(Ir)および白金(Pt)からなる第1群から選ばれた金属を主成分とする金属材料が好適である。金属材料には、これら金属の単体(純金属)だけでなく、これら金属を主成分(含有率が50%以上)とする合金(混合物)も含まれるが、窒化物や酸化物等の化合物材料は金属材料としては扱わない。第1群の中でも、アルミニウム、チタン、タングステン、モリブデン、コバルトおよびニッケルが好ましく、アルミニウムまたはタングステンがより好ましい。遮光膜40の上面41を構成する銀色材料としては、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイド、タングステンシリサイドおよび白金シリサイド、からなる第2群から選ばれた金属化合物材料(シリサイド)を用いることもできる。

典型的には、遮光膜40の主成分はアルミニウムであり、単体のアルミニウムや、アルミニウムに微量の銅を添加したAl−Cu合金、アルミニウムに微量のシリコンを添加したAl−Si合金が用いられる。これら、アルミニウムを主成分とする材料は銀色材料である。遮光膜40は単層膜であってもよいが、異なる材料からなる層を積層した複層膜であってもよい。典型的には、遮光膜40は導電性を有している。遮光膜40の導電性を高める必要がある場合には、遮光膜40の大部分をアルミニウムよりも導電性の高い銅や金等の金色材料を主成分として用いることもできる。このように金色材料を用いる場合であっても、金色材料の基体にアルミニウム等の銀色材料をコーティングすることで、銀色を呈する上面41を有する遮光膜40を得ることができる。遮光膜40の下面42及び側面43を、白色光に対して高い反射率で金色を呈する材料で構成していてもよい。しかしながら、遮光膜40の下面42と側面43の少なくとも一方を、好ましくは少なくとも側面43を、白色光に対して銀色を呈する材料で構成すること及び/又は白色光に対して反射率が低い材料で構成することが好ましい。具体的には、赤色光、緑色光および青色光に対する分光反射率がいずれも75%以下、より好ましくは50%以下であれば、白色光に対して反射率が低いということができる。下面42及び側面43の反射率を低くすることにより、迷光の発生を抑制することができる。例えば、側面43をアルミニウムやチタン、窒化チタンで構成することが好ましい。特に、遮光膜40の基体がアルミニウムあるいはアルミニウム合金である場合に、チタン層及び/又は窒化チタン層を、基体と第2膜20との間に設けて、チタン層又は窒化チタン層を遮光膜40の下面42及び/又は側面43とするとよい。遮光膜40の厚みは、実用的には、遮光膜40の厚みは100nm以上1000nm以下であり、400nm以上であることが好ましい。遮光膜40の厚みを極端に小さく(例えば10nm)すると、十分な遮光性が得られないとともに、界面200の位置による、反射光の影響を低減する効果が小さくなってしまうためである。

また、遮光膜40は、例え遮光膜40の下地(第2膜20)が十分に平坦であったとしても、遮光膜40の上面41は微小な凹凸が生じる場合がある。例えばアルミニウム膜を成膜すると、成膜方法によっては、アルミニウム膜にヒロックと呼ばれる突起部が生じることが知られている。遮光膜40の上面41での反射は、第1には遮光膜40の上面41を成す材料そのものの特性(可視光に対する透過率および吸収率の低さ)に起因する。第2には遮光膜40の上面41の形状に起因する。よって、遮光膜40の上面41に突起部が存在すると、遮光膜40の上面41では拡散反射が生じやすくなる。拡散反射による光は指向性が低いため可能な限り抑制することが望ましい。そこで、遮光膜40の上面41は鏡面となっていることが好ましい。鏡面は、遮光膜40の上面41を研磨することで得られるが、現実的には、化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)で研磨することによって得られる鏡面度と同程度であればよい。上面41を鏡面とすることで、拡散反射よりも鏡面反射が支配的になり、反射光を制御することが容易になる。

なお、通過部44の光軸方向の光学的距離(入射端441と出射端442の光学的距離)を入射光の波長λ以上とすることが好ましい。通過部44の長さLは、遮光膜40の形状によって決まるが、本例の場合、通過部44の光軸方向の幾何学的距離は遮光膜40の厚みD−Dと等しくなる。

第3膜30は光透過性を有する材料からなり、基板1の上に設けられている。光学的特性の観点では、第3膜30は透明膜(第3透明膜)と云うことができる。第3膜30の材料として有機材料を用いることが好ましく、典型的には樹脂が用いられる。

第3膜30の屈折率が第1膜10の屈折率よりも低いことが好ましい。本実施形態では、第3膜30は複層膜である。本例では、第3膜30は、中間層31とカラーフィルタ層32とマイクロレンズ層33とを有しているがこの構成に限定されることはない。中間層31は、マイクロレンズ層33と光電変換部2との距離を調整する機能を有することができる。

第3膜30の屈折率が第1膜10の屈折率よりも低いことが好ましい。詳細には、少なくとも第1膜10と接する層(ここでは中間層31)の屈折率が、第1膜10の屈折率よりも低いことが好ましい。第3膜30の屈折率が第1膜10の屈折率よりも低いことで、第3膜30と第1膜10の界面で、第1膜10から第3膜30へ向かう光の全反射が生じ得る。そのため、遮光膜40で反射され第1膜10へ入射する光を第1膜10内に閉じ込めておくことができる。その結果、反射光が第1膜10を伝搬する可能性が高くなり、界面200の位置を、通過部44の出射端よりも光電変換部2から遠ざけることによる効果が向上する。なお、上述したように、第1膜10が極端に厚いと、反射光が遮光膜40に沿って第1膜10内を伝搬しにくくなる。遮光膜40の上面41から第3膜30までの光学的距離は、入射光の波長をλとしてλ/2以上4λ以下とすることが好ましく、λ以上であることがより好ましい。

中間層31は、塗布法を用いて形成されることによって、カラーフィルタ層32が設けられる面(中間層31の上面)を平坦化する機能を有することができる。本実施形態では、遮光膜40の上面41と第2膜20の上面(界面200を成す面)との段差が、少なくとも遮光膜40の厚みよりも小さくなっている。そのため、第1膜10の上面を平坦化処理せずとも、第1膜20の上面には遮光膜40の厚みを反映したような段差は殆ど生じない。そのため、中間層31の厚みが薄くても、中間層31の上面を平坦にすることができる。

カラーフィルタ層32は各々が可視光に対して異なる分光特性を有する複数種類の単色フィルタを組み合わせて構成することができる。各単色フィルタを光電変換部2毎に対応させることにより、カラーフィルタ層32は、可視光に対して複数の光電変換部毎に異なる分光特性を示す。各単色フィルタは、典型的には、原色系の赤色光、緑色光、青色光に対して透過性を有するフィルタである。補色系のフィルタを用いてもよい。図1は、ベイヤー配列の例を示しており、図1では、赤色フィルタ(R)と緑色フィルタ(G)と青色フィルタ(B)を図示している。このようにして、このようなカラーフィルタ層32と、銀色材料からなる上面41を有する遮光膜40とを組み合わせると、遮光膜40の反射光の波長帯域が特定の波長(例えば赤色光)に偏ることを抑制できる。そのため、間接入射光が光電変換部2へ入射した場合でも、撮影画像に生じる偽色の発生を抑制することができる。

マイクロレンズ層33は、レンズ基体部330と複数のレンズ体部331を有している。レンズ基体部330は画素領域に渡って延在しており、レンズ基体部330の上に複数のレンズ体部331が配列されている。なお、レンズ基体部330とレンズ体部331は同じ材料で一体的に構成することができる。レンズ体部331の表面は凸レンズ形状を有している。本例では、図1、図2に示す様に、互いに隣り合うレンズ体部331同士が接するように設けられている。このようなマイクロレンズ層33をギャップレスなマイクロレンズ層33と呼ぶ。互いに隣り合うレンズ体部331同士が離れていると、レンズ体部331間に存在するギャップから、レンズ機能(集光機能)を有さない平坦な形状を有するレンズ基体部330に入射する光が増加する。そのため、遮光膜40での反射光が生じやすくなる。遮光膜40がレンズ体部331の直下に位置する場合に、複数のレンズ体部331同士が接していると、撮像装置1000へ入射する光が遮光膜40に入射することを抑制し、間接入射光を低減することができる。なお、図1に示す様に、対角方向に並ぶレンズ体部331同士は離れており、レンズ体部331間のギャップが存在してしまう。よって、ギャップレスなマイクロレンズ層であったとしても、遮光膜40での反射が生じうるため、本実施形態の構成にすることが好ましい。

次に、遮光画素領域について説明する。図2に示す光電変換部2’と画素回路部4’は、それぞれ受光画素を構成する光電変換部2と画素回路部4と実質的に同じ構成を有し、遮光画素(OB(光学的黒)画素)を構成する。遮光膜40は、受光画素領域から遮光画素領域に延在して、光電変換部2’へ光が入射しないように、光電変換部2’を覆うように設けられている。つまり、光電変換部2’の上方には、受光画素領域のように通過部44は存在しない。さらに、遮光画素領域には、第1膜10が受光画素領域から延在して設けられている。さらに、第1膜10の上には、中間層31やカラーフィルタ層32、マイクロレンズ層33を含む第3膜30も有することもできる。遮光画素領域において、カラーフィルタ層32を単色カラーフィルタのみ(例えば青色カラーフィルタのみ)の構成としてもよい。遮光画素領域に位置する遮光膜40は、受光画素領域に位置する遮光膜40と一体である。このような構成にすることにより、遮光画素領域から受光画素領域に渡って反射光を第1膜10内に伝搬させることにより、反射光が特定の光電変換部2へ入射することを抑制することができる。そのため、特に受光画素領域の遮光画素領域側の端部で生じる反射光を、遮光画素領域へ伝搬させて減衰させることができる。

図2に示す様に、本例では第2膜20は複層膜である。第2膜20は、第1層21と、第2層22と、第3層23とを有している。第2層22は第1層21と基板1との間に位置している。また、第3層23は、第2層22と基板1との間に位置している。第1層21と第2層22の材料には酸化シリコンを好適に用いることができる。第3層23の材料には酸化シリコン、BSG、PSG、BPSGを好適に用いることができる。透明膜として機能する第2膜20を構成する第1層21、第2層22、第3層23のそれぞれを、透明層(第1透明層、第2透明層、第3透明層)と云うこともできる。

例えば、第2膜20の材料として屈折率1.5(1.46)の酸化シリコンを用い、第1膜10の材料として屈折率1.7(1.74)の酸窒化シリコンまたは屈折率2.0(2.03)の窒化シリコンを用いることができる。あるいは、第2膜20の材料として屈折率1.7の酸窒化シリコンを用い、第1膜10の材料として屈折率2.0の窒化シリコンを用いることができる。

遮光膜40と基板1との間には、配線構造70が設けられている。本例では、配線構造70は、複数の配線(第1配線71、第2配線72)を有している多層配線構造となっている。さらに、配線構造70は、第1配線71と制御電極3を接続する第1プラグ74、第2配線71と第2配線72を接続する第2プラグ75、第2配線72と遮光膜40を接続する第3プラグ76を有している。第1配線71は第3層23と第2層22との間に、第2配線72は第2層22と第1層21との間に、それぞれ設けられている。本例では、画素領域における配線構造70を第1配線71と第2配線72の2つのレベルの構成としたが、3つ以上のレベルの構成としてもよい。第2膜20は層間絶縁膜として用いることができる。そのため、電気的特性の観点では、第2膜20を絶縁膜(第2絶縁膜)ということもできる。そして、絶縁膜として機能する第2膜20を構成する第1層21、第2層22、第3層23のそれぞれを、絶縁層(第1絶縁層、第2絶縁層、第3絶縁層)ということもできる。遮光膜40と基板1との間に位置する各配線の上面は、遮光膜40の上面41のように研磨が施されていなくてもよい。第1配線71や第2配線72の上面が鏡面であると、第1配線71の上面や第2配線72の上面で反射された光が、第2配線72の下面や遮光膜40の下面42で再反射されやすく、迷光を生じる可能性が高くなるためである。特に、配線の材料として主にアルミニウムを用いると、配線の研磨を伴うダマシン法を用いることなく配線を形成することが容易になるので好ましい。なお、各配線の材料として主に銅を用いてもよく、その場合には、第2膜20は、窒化シリコン層などの銅の拡散防止層を含み得る。

なお、導電性の遮光膜40の電位は、フローティングあってもよいし、時間的に変化してもよいが、一定の電位に規定されることが好ましい。図2の例では、遮光膜40は、電源電位を規定している第2配線72の一部分に第3プラグ76を介して接続されている。遮光膜40は、配線やプラグに比べてパターニングが微細である必要はないため各配線や各プラグに比して抵抗を低くしやすい。そのため、遮光膜40を用いて画素領域全体に渡って一括して電位を付与することにより、電圧降下を小さくすることができる。その結果、複数の画素回路部4を均一に駆動することができ、ムラのない良好な画像を得ることができる。

画素が備える画素回路部4は、転送ゲート、フローティングディフュージョン、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタなどを含むことができる。図2では、制御電極3として、転送ゲートのゲート電極を代表して示している。制御電極3の材料としては典型的にはポリシリコンが用いられる。なお、1つの画素毎に画素回路部4を設けずに、複数の光電変換部2毎に1つの画素回路部4を設けて、いわゆる画素共有の構成とすることもできる。遮光膜40をこれら画素回路部4を覆うように設けることで、画素回路部4へ光が入射してノイズを生じることを抑制することができる。

周辺回路部5は、外部から信号が入力される信号入力回路や、タイミング生成回路、走査回路や信号処理回路等を含むことができる。電極パッド80は、周辺回路部5に配線構造70を介して電気的に接続されている。詳細には、電極パッド80の下面82が配線構造70の第3プラグ76に接続されている。光電変換部2で得られた信号電荷に基づく信号が周辺回路部5で生成され、当該信号が、電極パッド80から出力される。また、外部電源からの供給電圧や、外部からの信号が、別の電極パッド80へ入力される。電極パッド80の上面にはボンディングワイヤが接続され、ボンディングワイヤを介して電極パッド80から信号が出力及び/又は出力される。

電極パッド80の主成分は遮光膜40の主成分と同じであることが好ましく、両者の主成分がアルミニウムであることが好ましい。電極パッド80の上面81には、化学的な安定性をさらに向上する目的や、ワイヤボンディングとの密着性を向上するためのコーティング(不図示)を施してもよい。このようなコーティングの材料としては窒化チタンを好ましく用いることができる。このように、電極パッド80の上面81は、電極パッド80の主成分として金色材料を用いたり、金メッキ等を施したりすることによって金色を呈する場合もある。電極パッド80と画素領域との間には周辺回路部5やそれに接続された配線構造70等が位置しており、電極パッド80での反射光が、画素領域の光電変換部2’に混入する可能性が低いためである。また、第1膜10の一部が、電極パッド80の上面81の周縁部を覆うことで、電極パッド80の端から水分等が侵入することを抑制することができる。

また、図2に示す様に、遮光膜40と電極パッド80は主面100に平行な同一平面内に位置することが好ましい。このことは、遮光膜40と電極パッド80が同じレベルに配されていると言い換えることもできる。詳細には、電極パッド80の下面82と基板1の主面100との距離が、遮光膜40の上面41と基板1の主面100との距離(実質的に距離Dに等しい)以下である。さらに、電極パッド80の上面81と基板1の主面100との距離が、遮光膜40の下面42と基板1の主面100との距離(実質的に距離Dに等しい)以上である。図2では、電極パッド80の下面82と基板1の主面100との距離が、遮光膜40の上面41と基板1の主面100との距離と等しい。また、電極パッド80の上面81と基板1の主面100との距離が、遮光膜40の下面42と基板1の主面100との距離と等しい。

画素領域では、配線構造70は2つのレベルの配線(第1配線71と第2配線72)で構成されているが、図2のように、周辺回路領域では、配線構造70は画素領域よりも多くのレベルの配線で構成することができる。すなわち、周辺回路領域には3つのレベルの配線(第1配線71、第2配線72、第3配線73)が設けられている。このように、画素領域では配線レベル数を少なくして低背化により光電変換部2の感度向上を図り、周辺回路領域では配線数を多くして微細化及び/又は高機能化により周辺回路部5の性能の向上を図ることができる。

図2に示す様に、電極パッド80と第3配線73は、主面100に平行な同一平面内に位置することが好ましい。このことは、電極パッド80と第3配線73が同じレベルに配されていると言い換えることもできる。上述したように、電極パッド80が遮光膜40と同じレベルに配されている場合には、第3配線73は遮光膜40とも同じレベルに配されていると云える。

本例では、第3配線73は複数本の配線パターン(ここでは3本)を有しており各配線パターンの間には、第2膜20が介在している。また、第3配線73と電極パッド80の間にも第2膜20が介在している。また、第3配線73と遮光膜40との間にも第2膜20が介在している。なお、ここでは、電極パッド80と遮光膜40の間に第2膜20が介在しているとしたが、詳細には、図2において、電極パッド80と遮光膜40の間に介在しているのは、第2膜20の第1層21である。この、各配線パターン、電極パッド80、遮光膜40の間に介在する第2膜20の誘電率は、第1膜10の誘電率よりも低いことが好ましい。電極パッド80と第3配線73との間に誘電率の高い材料(第1膜10)が介在すると、第3配線73、電極パッド80、遮光膜40との間に生じる静電容量が大きくなってしまう。よって、誘電率の低い材料(第2膜20)を介在させることにより、第3配線73、電極パッド80、遮光膜40との間に生じる静電容量を小さくすることが出来る。典型的に、第3配線73の各配線パターン、電極パッド80、遮光膜40はそれぞれ異なる電位に規定され、さらに、電極パッド80や第3配線73の電位は時間的に変化する。そのため、これらの間に生じる静電容量を小さくすることで、信号の遅延を抑制することができ、良好な撮影画像を得ることができる。

第1膜10は画素領域から周辺回路領域に延在して、電極パッド80の周縁部及び第3配線73を覆っている。さらに、第3膜30の少なくとも一部(ここでは中間層31とカラーフィルタ層32)も画素領域から周辺回路領域に延在して、第1膜10を覆っている。本例では、周辺回路領域の大半が青色カラーフィルタ(B)で覆われている。周辺回路領域へ入射した光のうち、長波長の光(赤色光、緑色光)の方が短波長の光よりも周辺回路部5に到達しやすいため、長波長の光を吸収する青色カラーフィルタを設けることが好ましいためである。これにより、周辺回路領域において、第3配線73や電極パッド80で遮光されずに、周辺回路部5へ入射する光を低減し、周辺回路部5でのノイズの発生を抑制することができる。電極パッド80の上方では、第1膜10及び第3膜30に開口が設けられており、当該開口から電極パッド80が露出している。

<第2実施形態>
次に、第2実施形態を説明する。第2実施形態は、第1実施形態の細部を変形した形態である。そのため、第1実施形態との共通点は説明を省略する。

図5(a)を用いて、第2実施形態の第1例を説明する。第1例は、第1膜10の上面の形状が図2、図3と異なる。第2例では、第1膜10の上面に、遮光膜40の上面41と第2膜20の上面との段差を反映した凹部が形成されている。

なお、第1膜10の成膜によって、第1膜10の上面に凹部が生じる場合には、第1膜10をCMP法やエッチバック法などによって平坦化することで除去することができる。しかしながら、図2で示したように、界面200を通過部44の入射端441に極力近づけることにより、第1膜10が成膜される面を平坦にすることが可能となる。その結果、第1膜10に平坦化処理を行うことなく、上面が平坦な第1膜10を得ることができる。

本例では、第2膜20は、第1層21と、第2層22と、第3層23と、第4層24とを有している。第1膜10の屈折率が第1層21の屈折率よりも高いことが好ましい。例えば、第1膜10の材料に窒化シリコンを用いる場合には、第1層21の材料を酸化シリコンとすることができる。そして、第4層24の材料にも酸化シリコンを用いることができる。第4層24もまた第4透明層あるいは第4絶縁層と云うことができる。

図5(b)を用いて、第2実施形態の第2例を説明する。第2例も、界面200の位置が第1実施形態と異なる。

本例の第1例と異なる点は、第1層21の一部が通過部44に位置しているが、第1層21の残りの一部は、通過部44に対して光電変換部2とは反対側(通過部44の上側)に位置している点である。さらに第1層21は遮光膜40の上に薄膜状に延在して、遮光膜40の上面41と接している。その結果、第1膜10と遮光膜40の上面41は接しておらず、薄膜状の部分の厚みに相当する距離Tだけ離れている。なお、ここでは、薄膜状の部分と通過部44に位置する部分とが一つの層(第1層21)で構成されているが、これらを別々の層で構成してもよい。遮光膜40と第1膜10との光学的距離Dが入射光のλ以下である場合に限り、第1膜10と遮光膜40の上面41とが近接していると云える。光学的距離Dは第1実施形態で述べたとおりである。

図5(c)を用いて、第2実施形態の第3例を説明する。第3例は、界面200の形状が第1実施形態とは異なる。

第3例では、界面200は下凸面である。詳細には、第1膜10の下面は凸面であり、第2膜20(第1層21)の上面が凹面である。第2膜20の屈折率が第1膜10の屈折率よりも高く、界面200が下凸面であると、界面200に集光性が生じる。

本例では、第1例とは異なり、第1膜10が遮光膜40の側面43に接しないので、第3例の方が第1例よりも、反射光によるノイズの影響を低減することができる。

図5(d)を用いて、第2実施形態の第4例を説明する。第4例は、遮光膜40の上面41の形状が第1実施形態とは異なる。第4例では、遮光膜40の上面41は凹面である。上面41が凹面であると、上面41への入射光が第2部分120側へ反射することを抑制することができる。特に、上面41が凹面かつ鏡面であると、凹面鏡のように、遮光膜40は集光性を有することになり、反射光が第2部分120へ伝搬することを抑制できる。なお、本例では、第2例とは異なり、第2部分120が遮光膜40の上面41に接するので、第4例の方が第2例よりも、反射光によるノイズの影響を低減することができる。

<第3実施形態>
次に、第3実施形態を説明する。第3実施形態は、第1、第2実施形態に適用可能な形態である。第3実施形態は、第1、第2実施形態の構成から、より直接入射光が光電変換部2へ入射し易くなる構成を有している。第3実施形態として第1〜4例を挙げるが、これらは相互に組み合わせが可能である。

図6(a)を用いて、第3実施形態の第1例を説明する。本実施形態は通過部44に位置する第2膜20の第1層21の屈折率を、光路部45に位置する第2膜20の第1層22〜第4層24の屈折率と異ならせた点が第1実施形態と異なる。第1膜10の屈折率が第2膜20の屈折率と異なる点は第1実施形態の図2と同様である。

本例では、第2膜20は、第1層21と、第2層22と、第3層23と、第4層24とを有している。第4層24は第1層21と第2層22との間に位置している。ここでは、第1層21は、第4層24と異なる屈折率を有している。

第1層21の全部が通過部44に位置している。第2層22及び第3層23の一部は光路部45に位置している。

第1層21は第1膜10の屈折率と第4層24の屈折率の間との間の屈折率を有している。第1膜10が屈折率2.0の窒化シリコンからなり、第1層21が屈折率1.5の酸化シリコンからなると、その屈折率差は0.5である。屈折率が異なる媒質の界面200への垂直入射光の反射率は、R=(N−N/(N+Nで表される。ここで、Nは界面200の入射側の媒質(第1膜10)の屈折率、Nは界面200の出射側の媒質(第2膜20)の屈折率である。

本実施形態では、第1膜10と第1層21との屈折率差および第1層21と第4層24との屈折率差が、第1膜10と第4層24との屈折率差よりも小さい。そのため、第1膜10から第4層24への直接入射光の透過率を高くすることができる。例えば、第1膜20が屈折率2.0の窒化シリコンからなり、第4層24が屈折率1.5の酸化シリコンからなる場合に、第1層21を屈折率1.7の酸窒化シリコンを用いるとよい。

図6(b)を用いて、第3実施形態の第2例を説明する。

本実施形態は、第1膜10を複層膜とした点が第1実施形態とは異なる。
第1膜10は、第1中間屈折率層11と異屈折率層12と第2中間屈折率層13とを有する3層構造を有している。なお、第1中間屈折率層11と第2中間屈折率層13の一方を省略して、2層構造としてもよい。

異屈折率層12は第1中間屈折率層11と第2中間屈折率層13との間に位置している。第1中間屈折率層11は第2膜20(第1層21)と異屈折率層12との間に配されており、第1層21と異屈折率層12に接している。第1中間屈折率層11は、異屈折率層12の屈折率と第2膜20の屈折率との間の屈折率を有する。第2中間屈折率層13は第3膜30(中間層31)と異屈折率層12との間に配されており、中間層31と異屈折率層12に接している。第2中間屈折率層13は、異屈折率層12の屈折率と第3膜30の屈折率との間の屈折率を有する。

第1中間屈折率層11を設けることで、第3実施形態の第1例と同様の原理により、第1膜10から第2膜20へ入射する、直接入射光の透過率を高くすることができる。また、第2中間屈折率層13を設けることで、第2実施形態と同様の原理により、第3膜30から第1膜10へ入射する、直接入射光の透過率を高くすることができる。

第1中間屈折率層11の厚みT11を、(M−0.5)λ/4N11以上(M+0.5)/4N11以下とすると好ましく、Mλ/4N11とすることがより好ましい。ここで、Mは奇数、N11は第1中間屈折率層11の屈折率である。Mは1又は3であることが好ましく、1であることがより好ましい。第1中間屈折率層11の厚みをこのように設定すると、第1中間屈折率層11は、波動光学的な視点での反射抑制機能を奏する。すなわち、第1中間屈折率層11は、第2膜20と第1中間屈折率層11との界面200での反射光と、第1中間屈折率層11と異屈折率層12との界面での反射光とが干渉で弱めあうようになる。同様に、第2中間屈折率層13の厚みT13を、(M−0.5)λ/4N13以上(M+0.5)λ/4N13以下とすると好ましく、Mλ/4N13とすることがより好ましい。ここで、Mは奇数、N13は第2中間屈折率層13の屈折率である。

なお、第1膜10が3層構造の場合には、第1膜10の厚みTは、異屈折率層12の厚みをT12、異屈折率層12の屈折率をN12として、T11+T12+T13で表される。Tはλ/2≦N1111+N1212+N1313≦4λとなるようにすることが好ましい。一般化すれば、k層目の屈折率がN1k、厚みがT1kのm層(m≧1)構造の第1膜10に関して、

を満たす様に、各層の厚みを設定すればよい。第1膜10が単層の場合にはm=1であり、上述したように、λ/2N≦T≦4λ/Nとなる。

異屈折率層12の屈折率は、第1中間屈折率層11と第2中間屈折率層13の少なくとも一方の屈折率より低くてもよいが、異屈折率層12の屈折率は、第2中間屈折率層よりも高いことが好ましい。異屈折率層12の屈折率が第2中間屈折率層13よりも高いと、第2中間屈折率層13と異屈折率層12との界面では、スネルの法則に従って、通過部44の中心に近づく方向に屈折が生じる。そのため、遮光膜40の上面41へ入射する光を減少させ、直接入射光を増加することができる。異屈折率層12の屈折率は、第1中間屈折率層11と第2中間屈折率層13の両方よりも高いことが好ましい。異屈折率層12の屈折率が、第1中間屈折率層11と第2中間屈折率層13の両方よりも高いと、第1中間屈折率層11が第2膜20の屈折率より高くなる。この場合、第1膜10の屈折率は第2膜20の屈折率及び第3膜30の屈折率より高いと云える。

例えば、第2膜20が屈折率1.5の酸化シリコンからなる場合には、異屈折率層12の材料として屈折率2.0の窒化シリコンを用い、第1中間屈折率層11の材料として屈折率1.7の酸窒化シリコンを用いることができる。同様に、第3膜30が屈折率1.6の樹脂からなる場合には、異屈折率層12の材料として屈折率2.0の窒化シリコンを用い、第2中間屈折率層13の材料として屈折率1.7の酸窒化シリコンを用いることができる。そして、入射光の波長を550nmとみなすと、第1中間屈折率層11および第2中間屈折率層13の厚みを80nmとすると良い。異屈折率層12の厚みは、400nm程度とすることができる。この時、第1膜10の上下面間の光学的距離は、約1072nmとなり、入射光の波長(550nm)の2倍程度となる。

図6(c)を用いて、第3実施形態の第3例を説明する。

本実施形態は、層内レンズを有する点が第1実施形態と異なる。層内レンズはマイクロレンズ層33と遮光膜40との間に位置している。また、層内レンズはカラーフィルタ層32と遮光膜40との間に位置することが好ましい。層内レンズを第1膜10とは別に設けることもできるが、本実施形態では、第1膜10の上面の一部が凸レンズ形状を呈しており、第1膜10の一部が層内レンズとなっている。第1膜10の材料として好ましい窒化シリコンは、層内レンズの材料としても好適に用いることができる。第3実施形態の第2例のように、層内レンズを複層構造とすることもできる。

図6(d)を用いて、第3実施形態の第4例を説明する。

本実施形態は、第2膜光導波路構造を有する点が第1実施形態と異なる。第2膜20は第1層21と、第2層22と、第3層23と、第4層24と、第5層25と、第6層26とを有している。

第5層25は第4層24と第2層22との間に位置しており、第6層26は第2層22と第3層23との間に位置している。

第1層21の屈折率は第2層22、第3層23、第4層24の屈折率よりも高い。第5層25の屈折率は、第4層24の屈折率および第2層22の屈折率よりも高く、第6層26の屈折率は第2層22の屈折率および第3層23の屈折率よりも高い。

第1層21は、第2層22、第3層23、第4層24にそれぞれ囲まれている。また、第1層21は、第5層25、第6層26にもそれぞれ囲まれている。第1層21は、第2層22、第4層24、第5層25、第6層26を貫通している。

そのため、第2膜20は、第1層21がコア部、第2層22、第3層23、第4層24をクラッド部とした光導波路構造を有している。その結果、通過部44から出射した光が、光路部45から外れる(漏れる)ことを抑制して、光利用効率を向上することができる。なお、第1層21の第5層25及び第6層26で囲まれる部分に関しては、第1層21の屈折率が第5層25、第6層26の屈折率より低いと、コア−クラッド構造を成さない。しかしながら、第5層25及び第6層26の厚みを第4層24、第2層22、第3層23の厚みに比べて十分薄くすれば、実用的には十分に光導波路構造として機能する。

例えば、第2層22、第3層23、第4層24の材料として屈折率1.5の酸化シリコンを用いる場合には、第1層21の材料として屈折率1.7の酸窒化シリコンや、高屈折率粒子を分散した樹脂を用いることができる。

また、例えば、第1膜10の材料に酸化シリコンを用いる場合には、第1膜10の屈折率が第2膜20(第1層21)の屈折率より低くなるものの、第1層21の材料に屈折率2.0の窒化シリコンを用いることができる。

第5層25、第6層26の材料として屈折率2.0の窒化シリコンを用いることができる。第1配線71および第2配線72の主成分が銅である場合は、窒化シリコンからなる第5層25および第6層26は、銅の拡散防止層として用いることができる。コア部である第1層21から第5層25、第6層26への光の漏れを抑制する上では、第1層21と第5層25、第1層21と第6層26との屈折率差は小さいことが好ましい。

<第4実施形態>
図7(a)を用いて、第4実施形態の撮像装置を説明する。

第1、第2、第3実施形態の撮像装置は、いわゆる表面照射型CMOSイメージセンサであったが、本実施形態は、いわゆる、裏面照射型CMOSイメージセンサに本発明を適用した形態である。

基板1は複数の光電変換部2を有しており、基板1の裏面が光電変換部2の受光面、すなわち主面100となっている。光電変換部2や画素回路部4、周辺回路部5は基板1の表面(おもて面)からイオン注入等によって半導体領域に不純物を導入することによって形成される。そして、基板1を裏面側から研削し、1μm〜10μm程度に薄くすることにより、裏面を光電変換部2の受光面として用いている。主に第1〜第3実施形態と異なる部分に関して説明する。

第1膜10、第2膜20、第3膜30、遮光膜40が基板1に対して主面100側(光入射側)に位置している。

主面100上にはアルミニウムやタングステンなど、銀色材料を主成分とする遮光膜40が形成されており、互いに隣合う画素へ入射する光の通過部44を画定している。遮光膜40は複数の開口(通過部44に相当)を有する、格子状の膜となっている。遮光膜40の上面41は銀色材料で構成されている。遮光膜40の下面42は窒化チタンなどの金色材料で構成されていてもよい。

遮光膜40と基板1との間には、酸化シリコン等からなる第2膜20が形成されている。なお、第2膜20と基板1との間には、第2膜20と基板1との間の屈折率を有する不図示の反射防止膜を形成してもよい。例えば第2膜20の材料が酸化シリコン、基板1の材料がシリコンの場合には、反射防止膜の材料としては窒化シリコン、酸化シリコン、酸化チタン、酸化ハフニウム等を用いることができる。第2膜20の一部は遮光膜40の開口、すなわち通過部44に位置している。

第1膜10は遮光膜40を覆っており、通過部44の近傍にて第2膜20と界面200を成している。界面200の位置は、第1、2実施形態で説明したように、通過部4の出射端442よりも光電変換部2から離れて位置している。界面200は通過部44の入射端441にできるだけ近いことが好ましい。界面200と遮光膜40の上面41とが、主面100に平行な同一平面内に位置することが好ましい。

第1膜10の屈折率は、第2膜20とは屈折率と異なっており、第2膜10の屈折率が第2膜20の屈折率よりも高いことが好ましい。第1膜10の材料が酸化シリコンである場合、第2膜20の材料としては、窒化シリコンや酸窒化シリコンを用いることができる。以上の点は第1実施形態と同様である。以上が、主面100側の構造である。基板1に対して、主面100とは反対側の構造について説明する。第4実施形態では、第1実施形態と異なり、配線構造70は、遮光膜40と基板1との間に位置しておらず、基板1に対して、主面100の反対側に位置している。その他の構成は、第1実施形態と類似しているため、各構成については簡単に説明する。

配線構造70は、第1配線71、第2配線72、第3配線73の3層の配線を有している。そして、配線構造70は、第1プラグ74、第2プラグ75、第3プラグ76を有している。主面100の反対側には保護絶縁膜410と、層間絶縁膜420が設けられており、層間絶縁膜420は保護絶縁膜410と基板1との間に設けられている。保護絶縁膜410と層間絶縁膜420はそれぞれ、画素領域から周辺回路領域に延在している。

層間絶縁膜420は、第1絶縁層421、第2絶縁層422、第3絶縁層423を有している。第1配線71は第3絶縁層423と第2絶縁層422との間に配され、第2配線72は第3絶縁層422と第1絶縁層421との間に配されている。第1配線71、第2配線72の主成分はアルミニウムでもよいが、銅であることが好ましい。第3配線73の主成分は銅でもよいが、アルミニウムであることが好ましい。第3配線73は層間絶縁膜420の第1絶縁層421に埋め込まれている。そのため、第3配線73と絶縁膜420(本例では第1絶縁層421)は主面100に平行な同一平面内に位置している。図7(a)に示す様に、各配線は画素領域と周辺回路領域の両方に設けることが好ましい。少なくともいずれかの配線が、画素領域と周辺回路領域のうち、画素領域のみ、又は、周辺回路領域のみに配されていてもよい。例えば、第3配線73は周辺回路領域のみに配されていてもよい。

周辺回路領域には電極パッド80が設けられている。電極パッド80も層間絶縁膜420の第1層421に埋め込まれている。そのため、電極パッド80と層間絶縁膜420(本例では第1層421)は主面100に平行な同一平面内に位置している。電極パッド80の主成分はアルミニウムであることが好ましい。

そして、電極パッド80と第3配線76は主面100に平行な同一平面内に位置している。つまり、電極パッド80と第3配線76と層間絶縁膜420(本例では第1層421)は主面100に平行な同一平面内に位置している。その結果、周辺回路領域において、電極パッド80と第3配線76との間には層間絶縁膜420(本例では第1層421)が介在している。電極パッド80の上面81が光入射側に露出しており、上面81にワイヤボンディング等の外部端子が接続される。

保護絶縁膜410は、層間絶縁膜420と第3配線76と電極パッド80に接している。詳細には、保護絶縁膜410は電極パッド80の下面82と第3配線73の下面に接している。また、保護絶縁膜410は層間絶縁膜420の、第3配線76と電極パッド80の間に介在する部分(第1層421の下面)に接している。保護絶縁膜410をこのように配することにより、応力が加わり易い電極パッド80が層間絶縁膜420から剥がれることを抑制することができる。その他の、絶縁膜420の誘電率等については、他の実施形態と同様に設定することが望ましい。

第3配線73の配線パターン間、第3配線73と電極パッド80の間、に介在する層間絶縁膜420の誘電率が、保護絶縁膜410の誘電率よりも低いことが好ましい。例えば、層間絶縁膜420の材料として好適な酸化シリコンの誘電率は4程度であるのに対して、保護絶縁膜410の材料として好適な窒化シリコンの誘電率は7程度である。

電極パッド80と第3配線76との間に誘電率の高い材料(保護絶縁膜410)が介在すると、第3配線73と電極パッド80との間に生じる静電容量が大きくなる。一方、第3配線73と電極パッド80の間に、誘電率の低い材料(層間絶縁膜420)を介在させることにより、第3配線73と電極パッド80との間に生じる静電容量を小さくできる。

典型的に、第3配線73の各配線パターンと電極パッド80はそれぞれ異なる電位に規定され、さらに、電極パッド80や第3配線73の電位は時間的に変化する。そのため、これらの間に生じる静電容量を小さくすることで、信号の遅延を抑制することができ、良好な撮影画像を得ることができる。

撮像装置1000は、その剛性を向上する目的で、薄い基板1を支持するための支持基板440を備えている。支持基板440との間には接着膜430が配されている。

上記した例では、電極パッド80を配線構造70を成す複数の配線のうちの基板1から最も離れた層である第3配線73と同じレベルに配した例を説明したが、これに限定されることはない。例えば、第1配線71と電極パッド80とを同じレベルに配してもよい。

また、電極パッド80の上面81側に開口を設けて、電極パッド80の上面81に外部端子を接続する例を用いたが、電極パッド80の下面82に外部端子を接続してもよい。例えば、保護絶縁膜410の電極パッド80に対応する部分に開口を設けて、電極パッド80の下面82にバンプ等の外部端子を接続したフリップチップ実装を採用してもよい。

第1実施形態において図1,2を用いて説明し、また、第4実施形態において図7を用いて説明したように、周辺回路領域に関して、撮像装置1000は、次のような構成を採用することができる。すなわち、撮像装置1000は、複数の光電変換部2が配列された画素領域と、周辺回路領域とを有する。そして、撮像装置1000は、画素領域から周辺回路領域に延在する第1膜と、画素領域から前記周辺回路領域に延在する第2膜と、を備える。撮像装置1000は、さらに、周辺回路領域に配された配線73及び電極パッド80を備える。これら第2膜と電極パッド80と配線73とが、複数の光電変換部2の各々の受光面を含む面に平行な同一平面内に位置するとともに、第1膜に接する。そして、第2膜の誘電率が、第1膜の誘電率よりも低い。ここで第1膜は第1実施形態で説明した第1膜10に相当するが、第4実施形態においては保護絶縁膜410に相当する。第2膜は第1実施形態においては第2膜20に相当するが、第4実施形態においては層間絶縁膜420、具体的にはその第1絶縁層421に相当する。

<第5実施形態>
図7(b)を用いて、第5実施形態の撮像装置を説明する。第1、第2、第3、4実施形態の撮像装置は、いわゆるCMOSイメージセンサであったが、本実施形態は、いわゆる、CCDイメージセンサに本発明を適用した形態である。第1〜第4の実施形態と類似の構成は同様の符号を付し詳細な説明は省略する。

遮光膜40と基板1との間には、遮光膜40に覆われた電荷結合素子(CCD)の転送電極6が設けられている。本実施形態によれば、電荷結合素子に光が入射することによって生じるノイズを低減することができる。第2層22は遮光膜40と転送電極6との間にて転送電極6を覆っている。本例では、界面200は、通過部44の入射端441に一致して位置しており、界面200と遮光膜40の上面41は、主面100平行な同一平面内に位置している。

<製造方法>
第1実施形態として説明した撮像装置の製造方法の一例を、図6〜8を用いて説明する。以下に説明する製造方法では、遮光膜40をデュアルダマシン法を用いて第2膜20の第1層21に埋め込んでいる。

(工程a)
図8(a)を参照して、工程aを説明する。基板1に、受光画素用の光電変換部2と遮光画素用の光電変換部2’を形成する。また、受光画素用の画素回路部4と遮光画素用の画素回路部4’及び、周辺回路部5を形成する。これらは、基板1にイオン注入等によって不純物を導入することによって形成することができる。また、ポリシリコンからなる制御電極3を形成する。

(工程b)
図8(b)を参照して、工程bを説明する。基板1上に、複数の光電変換部2および光電変換部2’、画素回路部4、画素回路部4’、周辺回路部5を覆うように、熱CVD法やプラズマCVD法など一般的な成膜法を用いて、第3層23を形成する。第1〜第5実施形態で述べた材料を用いることができる。

第3層23にコンタクトホールを形成し、CMP法を用いて、第3層23内に、第1プラグ74(コンタクトプラグ)を形成する。第1プラグ74は、基板1に形成された画素回路部4、4’や周辺回路部5のトランジスタのゲートやソース、ドレインと接続するように形成する。第1プラグ74と接続するように第1配線71をパターニングする。

(工程c)
図8(c)を参照して、工程cを説明する。第1配線71を覆うように、熱CVD法やプラズマCVD法を用いて、酸化シリコンからなる第2層22を形成する。CMP法等を用いて第2層22を平坦化した後、第2層22にビアホールを形成する。第2層22の上に金属膜を成膜してビアホールを埋め、CMP法を用いて、第2層22内に、第2プラグ75(ビアプラグ)を形成する。第2プラグ75は、第1配線71と接続するように形成する。工程cの第1配線71と同様に、第2プラグ75と接続するように第2配線72をパターニングする。

(工程d)
図8(d)を参照して、工程dを説明する。第2配線72および第2層22を覆うように、熱CVD法やプラズマCVD法を用いて、酸化シリコンからなる第1層21’を形成する。本工程で、第1層21’の平坦化を行ってもよいが、省略することもできる。ここまでの工程は公知の製造技術を適宜用いることができる。

(工程e)
図9(e)を参照して、工程eを説明する。遮光膜40を第1層21に埋め込むための凹部であるトレンチ214と、第3プラグ76を第1層22内に形成するためのビアホール216aを、第1層21’に形成する。本工程で、電極パッド80を第1層21に埋め込むためのトレンチ218と、第3配線73を第1層21に埋め込むためのトレンチ213を、トレンチ214と同時に形成することができる。また、電極パッド80と第2配線72とを接続する第3プラグ76用のビアホール216bと、第3配線73と第2配線72を接続する第3プラグ76用のビアホール216cを、ビアホール216aと同時に形成することができる。これによって、表面に凹凸(凹部がトレンチ及びビアホールに相当する)を有する第1層21”が得られる。

(工程f)
図9(f)を参照して、工程fを説明する。第1層21”のトレンチ214、213、218とビアホール216a〜216cの内側に、スパッタ法や蒸着法等で、遮光膜40の材料を充填する。遮光膜40の材料としては、銀色材料であるAl、Al−Si、Al−Cu等のアルミニウムを主成分とする材料を好適に用いることができる。このとき、銀色材料を第1層21”の外表面(トレンチ及びビアの外側の表面)にも堆積して、銀色材料膜40’を形成する。

銀色材料膜40’の成膜には、必要に応じて銀色材料膜40’のリフローを行うことが好ましい。リフロー性を向上する成膜方法を使用することで、ビアホールやトレンチの寸法が微細な場合でも、十分な埋め込み性を得ることができる。その際の工程fの一例を説明する。スパッタ法を用いて窒化チタン層(不図示)、チタン層(不図示)をトレンチとビアホールの内表面に順次成膜する。基板1を比較的低い温度(常温でもよい)にした状態でチタン層の上にスパッタ法を用いて銀色材料であるアルミニウム層を堆積する。次に、基板1を400〜500℃程度に加熱して、銀色材料であるアルミニウム層を堆積し、400〜500℃程度で所定時間(数分間程度)保持して、アルミニウム層のリフローを行う。なお、窒化チタン層は、アルミニウム層とシリコン酸化層(第1層21”)との反応を抑制し、チタン層は、アルミニウム層のリフロー性を向上することができる。

(工程g)
図9(g)を参照して、工程gを説明する。CMPによって、少なくとも第1層21”が露出するまで、銀色材料膜40’を研磨する。これによって、銀色を呈する遮光膜40の上面41を形成する。CMPによって、遮光膜40の上面41は鏡面となる。これにより、第1層21”から第1層21が得られる。なお、第1層21の上面と遮光膜40の上面41とが段差なく連続するように、第1層21”も研磨して、平滑化することが好ましい。本工程では、電極パッド80の上面81も同時に形成される。

銀色材料膜40’の主成分がアルミニウムである場合のCMPのスラリーの具体例としては、RDOel社製のMSW−1000,XJFW−8048H,等を用いることができる。また、CMPの研磨布の具体例としては、RDOel社製のIC−1000等を用いることができる。

なお、本工程におけるCMPの条件を適宜設定することにより、遮光膜40の上面41にいわゆるディッシングを生じせしめ、第2実施形態の第5例のように遮光膜40の上面41を凹面にすることが可能である。第2実施形態の第4例も同様に、CMPの条件を適宜設定することにより、ディッシングによって界面200を凹面とすることができる。

以上のようにして、遮光膜40(及び第3配線73、電極パッド80)が埋め込まれた第1層21を得ることができ、第1層21、第2層22、第3層23を含む、第2膜20が形成される。

(工程h)
図10(h)を参照して、工程hを説明する。遮光膜40の上面41および露出した第1層21を覆うように、プラズマCVD法を用いた、窒化シリコン層を有する第1膜10を形成する。第1膜10は電極パッド80の上面81を覆うように形成する。なお、工程gにおいて、遮光膜40の上面41と第1膜10の上面が平坦化(平滑化)されているため、第1膜10の上面の平坦化を省略することができる。

第1膜10の窒化シリコン層は、水素シンタリングによる暗電流低減の観点において、水素を含有することが好ましい。この水素はプラズマCVDによる窒化シリコン層の成膜時のガスに水素を含ませることにより、窒化シリコン層内に貯蔵することができる。

なお、第3実施形態の第2例(図6(b))として説明したように、第1膜10を。窒化シリコン層(異屈折率層12)と酸化シリコン層(第1層21)との間に、酸窒化シリコン層(第1中間屈折率層11)を有する。複層膜とすることが好ましい。

第1膜10は画素領域を覆っているが、図10(h)に示す様に、第1膜10は画素領域から延在して、周辺回路領域をも覆うように形成される。

(工程i)
図10(i)を参照して、工程iを説明する。第1膜10を覆うように、塗布法を用いて樹脂からなる中間層31を形成する。

さらに、中間層31の上に公知の方法によって、カラーフィルタ層32を形成する。カラーフィルタ層32の上に樹脂からなる中間層を形成する。カラーフィルタ層32の上に樹脂材料を用いてマイクロレンズ層33を形成する。

以上のようにして、中間層31、カラーフィルタ層32、マイクロレンズ層33を含む、第3膜30が形成される。

第3膜30は画素領域を覆っているが、図10(h)に示す様に、第3膜30は画素領域から延在して、周辺回路領域をも覆うように形成される。

(工程j)
図10(j)を参照して、工程jを説明する。第3膜30、さらには第1膜10を部分的にエッチングして、電極パッド80の上面81を再び露出させる。この時に、第1膜10は、電極パッド80の上面81の縁部を覆うように、エッチングされることが好ましい。上面81の縁部をパッシベーション膜としての第1膜10が覆うことにより、電極パッド80から水分等が撮像装置内へ侵入することを抑制することができる。

以上説明したような製造方法により、第1実施形態のような撮像装置1000を製造することができる。なお、第3プラグ76を遮光膜40に接続しない場合には、遮光膜40をシングルダマシン法を用いて形成することもできる。また、第1層21を形成する工程dの前に第4層24を形成して、第4層24に第3プラグ76を、第1層21に遮光膜40(及び第3配線73、電極パッド80)を、それぞれシングルダマシン法を用いて形成することもできる。上記した例では、銀色材料膜40’にアルミニウムを主成分とする材料を用いたが、これに限定されることはない。特にタングステンは埋め込み性も良好であるので、銀色材料として好適である。

このような製造方法の他に以下のような製造方法で、第1実施形態の撮像装置を形成することも可能である。

例えば、工程cの後に第2配線72および第2層22を覆うように、熱CVD法やプラズマCVD法を用いて、酸化シリコンからなる第4層24を形成する。第4層24の上に遮光膜40をフォトリソグラフィ法とドライエッチング法を併用して形成する。第4層24および遮光膜40を覆うように第1層21用の酸化シリコン層を形成する。ここで、酸化シリコン層の平坦化の方法として、エッチバック法とCMP法が挙げられる。

まず、エッチバック法を用いた場合について説明する。第1層21用の酸化シリコン層の上にSOG(Spin On Glass)により平坦化犠牲層を形成する。平坦化犠牲層に対するエッチングレートと第1層21用の酸化シリコン層に対するエッチングレートが略等しくなるような条件で、平坦化犠牲層および酸化シリコン層をエッチング(エッチバック)する。遮光膜40上に酸化シリコン層が薄く残る(厚みがλ/N以下:Nは酸化シリコン層の屈折率)ように平坦化犠牲層および酸化シリコン層をエッチングすると第2実施形態の第2例のようにすることができる。遮光膜40上の酸化シリコン層がなくなった時点でエッチング(エッチバック)を停止すると第1層21と第4層24との界面が通過部44の出射端442に存在する点以外は、第1実施形態と同様にすることができる。さらに、遮光膜40の側面43が露出するまでエッチング(エッチバック)すると第2実施形態の第1例のようになる。

次に、CMP法を用いた場合について説明する。遮光膜40上に第1層21用の酸化シリコン層が薄く残るように第1層21をCMP法で研磨すると、第2実施形態の第2例のようになる。このとき、薄く残る酸化シリコン層の厚みがλ/N(λは入射光の波長、Nはシリコン層の屈折率)以下となるようにする。第1層21を遮光膜40の上面41が露出するまでCMP法で研磨すると、第1層21と第4層24との界面が通過部44の出射端に存在する点以外は、第1実施形態と同様にすることができる。

いずれの方法を用いても、工程h以降は上記した製造方法と同様に行うことができる。以上のようにして、第1実施形態の撮像装置を製造可能である。

以下、上記の各実施形態に係る撮像装置の応用例として、撮像装置が組み込まれた撮像システムについて例示的に説明する。なお、撮像システムには、撮影を主目的とするカメラなどの装置のみならず、撮影機能を付加機能として備えるもの(例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末)も含まれる。撮像システムは、本発明に係る撮像装置と、撮像装置から出力される信号を処理する信号処理部とを備えることができる。この信号は、撮像装置の電極パッド80を介して出力することができる。信号処理部は、撮像装置から得られた信号から画像データを生成したり、画像データを補正したりするプロセッサを含みうる。また、撮像システムは、撮像装置で撮影された画像を表示する表示部を備えることもできる。また、撮像システムは、撮像装置で撮影された画像を記憶する記憶部を備えることもできる。これら、撮像装置、信号処理部、表示部、記憶部をすべて単一の筐体内に格納することもできるが、少なくともいずれかを別の筐体に格納してもよい。それぞれを離れた場所に配置し、種々の通信手段によって相互に通信を行ってもよい。また、撮像装置を車両や船舶、航空機のような移動手段に搭載し、所望の場所で撮影可能な撮像システムを構築してもよい。

上述してきた本発明の撮像装置によれば、遮光膜での反射光の影響を低減することができる。

1 基板
2 光電変換部
10 第1膜
11 第1中間屈折率層
12 異屈折率層
13 第2中間屈折率層
20 第2膜
21 第1層
22 第2層
30 第3膜
32 カラーフィルタ層
33 マイクロレンズ層
331 レンズ体部
40 遮光膜
41 上面
43 側面
44 通過部
45 光路部
73 第3配線
80 電極パッド
200 界面

Claims (14)

  1. 受光画素領域を有する撮像装置であって、
    前記受光画素領域に配された複数の光電変換部を有する基板と、
    前記受光画素領域において前記複数の光電変換部を覆う様に前記基板の上に設けられた第1膜と、
    前記第1膜と前記基板との間に設けられた遮光膜と、
    前記第1膜と前記基板との間に設けられた、前記第1膜の屈折率よりも低い屈折率を有する第2膜と、
    前記第1膜に対して前記遮光膜とは反対側に設けられた、前記第1膜の屈折率よりも低い屈折率を有する第3膜と、
    を備え、
    前記遮光膜は、前記受光画素領域において、前記複数の光電変換部毎に、前記複数の光電変換部の各々へ入射する可視光の通過部を画定する開口を有し、
    前記遮光膜の前記基板とは反対側位置する上面は、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、イリジウムおよび白金からなる第1群から選ばれた金属を主成分とする金属材料、または、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイド、タングステンシリサイドおよび白金シリサイドからなる第2群から選ばれた金属化合物材料で構成されており、
    前記第1膜は前記遮光膜に重なる第1部分と前記通過部に対応する第2部分とを有し、前記第2膜の少なくとも一部が前記通過部に位置しており、前記第2膜が前記第1膜の前記第2部分と界面を成しており、
    前記遮光膜の前記上面と前記第1膜の前記第1部分との間の光学的距離が760nm以下であり、前記遮光膜と前記第3膜との間の光学的距離が200nm以上3040nm以下であり、前記界面と前記光電変換部との間の幾何学的距離は、前記通過部の下端と前記光電変換部との間の幾何学的距離よりも大きいことを特徴とする撮像装置。
  2. 受光画素領域を有する撮像装置であって、
    前記受光画素領域に配された複数の光電変換部を有する基板と、
    前記受光画素領域において前記複数の光電変換部を覆う様に前記基板の上に設けられた第1膜と、
    前記第1膜と前記基板との間に設けられた遮光膜と、
    前記第1膜と前記基板との間に設けられた、前記第1膜の屈折率とは異なる屈折率を有する第2膜と、
    前記第1膜に対して前記遮光膜とは反対側に設けられた、カラーフィルタ層を有する第3膜と、
    を備え、
    前記遮光膜は、前記受光画素領域において、前記複数の光電変換部毎に、前記複数の光電変換部の各々へ入射する可視光の通過部を画定する開口を有し、
    前記遮光膜の前記第1膜の側に位置する上面は、可視光に対する分光反射率の最低値が可視光に対する分光反射率の最高値の3/4以上である材料で構成されており、
    前記第1膜は前記遮光膜に重なる第1部分と前記通過部に対応する第2部分とを有し、前記第2膜の少なくとも一部が前記通過部に位置しており、前記第2膜が前記第1膜の前記第2部分と界面を成しており、
    前記カラーフィルタ層を構成するフィルタを透過する光の主波長をλとして、前記遮光膜と前記第3膜との間の光学的距離が、λ/2以上4λ以下であり、
    前記界面と前記光電変換部との間の幾何学的距離は、前記通過部の下端と前記光電変換部との間の幾何学的距離よりも大きいことを特徴とする撮像装置。
  3. 前記遮光膜の前記上面と前記第1膜の前記第1部分との間の前記光学的距離が400nm以下であり、前記遮光膜と前記第3膜との間の前記光学的距離が380nm以上1600nm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の撮像装置。
  4. 前記第2膜は、前記遮光膜と前記第1膜との間に位置する部分を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の撮像装置。
  5. 下記の要件(a)、(b)、(c)、(d)および(e)の少なくともいずれかを満たすことを特徴とする請求項1乃至のいずれか1項に記載の撮像装置。
    (a)前記第1膜は、前記遮光膜の前記上面に接する。
    (b)前記第1膜は、前記遮光膜の前記通過部を囲む側面に接しない。
    (c)前記界面は、前記通過部の上端に位置する。
    (d)前記上面は、凹面である。
    (e)前記遮光膜の前記上面を構成する材料は、前記遮光膜の前記通過部を囲む側面を構成する材料と異なる。
  6. 受光画素領域を有する撮像装置であって、
    前記受光画素領域に配された複数の光電変換部を有する基板と、
    前記受光画素領域において前記複数の光電変換部を覆う様に前記基板の上に設けられた第1膜と、
    前記第1膜と前記基板との間に設けられた遮光膜と、
    前記第1膜と前記基板との間に設けられた、前記第1膜の屈折率とは異なる屈折率を有する第2膜と、を備え、
    前記遮光膜は、前記受光画素領域において、前記複数の光電変換部毎に、前記複数の光電変換部の各々へ入射する可視光の通過部を画定する開口を有し、
    前記遮光膜の前記第1膜に近接する上面は、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、イリジウムおよび白金からなる第1群から選ばれた金属を主成分とする金属材料、または、チタンシリサイド、コバルトシリサイド、ニッケルシリサイド、タングステンシリサイドおよび白金シリサイドからなる第2群から選ばれた金属化合物材料で構成されており、
    前記第2膜の前記通過部に位置する部分が前記第1膜と界面を成しており、
    前記界面と前記光電変換部との間の幾何学的距離は、前記通過部の下端と前記光電変換部との間の幾何学的距離よりも大きく、
    前記第1膜に接して前記第1膜を覆う、前記第1膜の屈折率よりも低い屈折率を有する第3膜を備え、前記遮光膜の前記上面へ入射する光の主波長をλとして、前記遮光膜と前記第3膜との間の光学的距離が、λ/2以上4λ以下であることを特徴とする撮像装置。
  7. 下記の要件(1)および(2)の少なくとも一方を満たすことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の撮像装置。
    (1)前記第1膜は、前記第2膜の屈折率と異なる屈折率を有する異屈折率層と、前記異屈折率層と前記第2膜との間に配され、前記異屈折率層の前記屈折率と前記第2膜の前記屈折率との間の屈折率を有する中間屈折率層と、を含む複層膜である。
    (2)前記第1膜は無機材料からなり、前記第1膜に接して前記第1膜を覆う、有機材料からなる第3膜を備え、前記第1膜は、前記第3膜の屈折率と異なる屈折率を有する異屈折率層と、前記異屈折率層と前記第3膜との間に配され、前記異屈折率層の前記屈折率と前記第3膜の屈折率との間の屈折率を有する中間屈折率層と、を含む複層膜である。
  8. 前記受光画素領域に加えて、遮光画素領域をさらに有し、
    前記遮光膜は、前記受光画素領域から前記遮光画素領域に延在して前記複数の光電変換部とは別の光電変換部を覆うことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の撮像装置。
  9. 前記受光画素領域に加えて、周辺回路領域をさらに有し、
    前記遮光膜と前記周辺回路領域に設けられた電極パッドとが、前記基板に平行な同一平面内に位置することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の撮像装置。
  10. 前記受光画素領域に加えて、周辺回路領域をさらに有し、
    前記遮光膜と前記周辺回路領域に設けられた配線とが、前記基板に平行な同一平面内に位置し、
    前記第1膜及び前記第2膜は前記受光画素領域から前記周辺回路領域に延在するとともに、前記周辺回路領域において、前記第2膜が前記同一平面内に位置して前記第1膜に接し、
    前記第1膜の誘電率が前記第2膜の誘電率よりも高いことを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の撮像装置。
  11. 前記遮光膜の前記上面を構成する前記材料の主成分がアルミニウムまたはタングステンであって、前記遮光膜の前記通過部を囲む側面を構成する材料の主成分はチタンまたは窒化チタンであり、前記第1膜は少なくとも、窒化シリコンおよび酸窒化シリコンの少なくとも一方を主成分とする層を含み、前記第2膜は酸化シリコンを主成分とする層を含むことを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の撮像装置。
  12. 請求項1乃至11のいずれか1項に記載の撮像装置と、前記撮像装置から出力された信号を処理する信号処理部とを備えることを特徴とする撮像システム。
  13. 複数の光電変換部および前記複数の光電変換部とは別の光電変換部を有する基板を覆う酸化シリコンを主成分とする層を形成する工程と、
    ダマシン法を用いてアルミニウムまたはタングステンを主成分とする材料を前記酸化シリコンを主成分とする層に埋め込むことにより、前記複数の光電変換部に対応した複数の開口を有するとともに、前記別の光電変換部を覆う遮光膜を形成する工程と、
    前記遮光膜の上に、前記基板を覆う窒化シリコンを主成分とする層および酸窒化シリコンを主成分とする層の少なくとも一方を形成する工程と、を有することを特徴とする撮像装置の製造方法。
  14. 前記酸化シリコンを主成分とする層を形成する工程の前に、前記基板の上に配線を、当該配線に化学機械研磨を施すことなく形成する工程を有し、
    前記遮光膜を形成する工程を、前記遮光膜が前記配線と電気的に接続するようにデュアルダマシン法を用いて行うことを特徴とする請求項13に記載の撮像装置の製造方法。
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