JP6545016B2

JP6545016B2 - 固体撮像装置および遮光方法

Info

Publication number: JP6545016B2
Application number: JP2015127597A
Authority: JP
Inventors: 大川　成実; 成実大川
Original assignee: 三重富士通セミコンダクター株式会社
Priority date: 2015-06-25
Filing date: 2015-06-25
Publication date: 2019-07-17
Anticipated expiration: 2035-06-25
Also published as: JP2017011207A

Description

開示の技術は、固体撮像装置および固体撮像装置における混色防止のための遮光方法に関する。

ＣＭＯＳ（Complementary MOS（metal-oxide-semiconductor field-effect transistor））イメージセンサ等の固体撮像装置の構造として、表面照射型（FSI: Front Side Illumination）および裏面照射型（BSI: Back Side Illumination）が知られている。表面照射型の固体撮像装置は、フォトダイオードを有する半導体層の上に、配線層、カラーフィルタおよびマイクロレンズをこの順で積層した構造を有する。表面照射型の固体撮像装置においては、マイクロレンズおよびカラーフィルタを透過した撮像対象物からの光は、配線の合間を通過してフォトダイオードに到達する。このため、表面照射型の固体撮像装置においては、斜め方向から入射する光が配線で反射され、光の利用効率を高めて感度の向上を図ることは困難である。

一方、裏面照射型の固体撮像装置は、半導体層の配線層の形成面とは反対側に、カラーフィルタおよびマイクロレンズを有する。すなわち、裏面照射型の固体撮像装置においては、マイクロレンズおよびカラーフィルタを透過した撮像対象物からの光は、配線層を経由することなくフォトダイオードに到達する。裏面照射型の固体撮像装置によれば、表面照射型よりも光の利用効率を向上させて感度を高くすることができる。

裏面照射型の固体撮像装置に関して、例えば以下の技術が知られている。例えば、画素境界に対応する部分に断面逆テーパー形状の遮光膜を有する固体撮像装置が知られている。

また、基板の第１面より入射した光を信号電荷に変換して蓄積する光電変換部と、基板の第１面上に形成された反射防止膜と、を備え、基板の第１面が傾斜面を含む固体撮像装置が知られている。この固体撮像装置において、傾斜面は画素領域の中心部から離れる程傾斜角が大きくなるように構成されている。

特開２０１１−２１６８２６号公報特開２００９−２３２３９２号公報

上記したように、裏面照射型の固体撮像装置によれば、表面照射型よりも感度を高めることが可能となる。しかしながら、裏面照射型の固体撮像装置においては、光学的なクロストークである所謂混色が問題となる。混色とは、複数の色成分を含む光の中から例えば、緑色光を選択的に透過させるカラーフィルタを透過した緑色光が、青色光または赤色光の受光を担うフォトダイオードに入射することである。固体撮像装置を構成する画素アレイのサイズ縮小の要求に伴って混色の問題は深刻となりつつある。特に、画素アレイの外周部においては、画素アレイの中央部よりも光の入射角が大きいことから、混色の問題がより顕著となる。

開示の技術は、一つの側面として、画素アレイの外周部における混色を抑制することを目的とする。

開示の技術に係る固体撮像装置は、各々が照射される光を受光する複数の受光部を有する画素アレイと、第１の遮光部とを含む。前記第１の遮光部は、前記画素アレイの外周部において前記受光部の光入射側に設けられている。前記第１の遮光部は、互いに隣接する受光部同士の間の領域である受光部間領域から画素アレイ中央側に向けて伸びる第１の辺を前記画素アレイの受光面と交差する断面において有する。また、前記第１の遮光部は、前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部から光入射側に向けて伸びる第２の辺を、前記断面において有する。前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部が、当該第１の遮光部の画素アレイ中央側に隣接する前記画素アレイの外周部における受光部と平面視で重なっている。前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部の反対側の端部と前記受光部との距離が一定である。第１の領域に設けられた前記第１の遮光部の前記第１の辺の長さは、前記第１の領域よりも画素アレイ中央側の第２の領域に設けられた前記第１の遮光部の前記第１の辺の長さよりも長い。

開示の技術は、一つの側面として、画素アレイの外周部における混色を抑制する効果を奏する。

開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置を構成する画素アレイの受光面の模式的な平面図である。開示の技術の実施形態に係る画素アレイの中央部に位置する画素群の受光面側の構成を示す平面図である。開示の技術の実施形態に係る画素アレイの外周部に位置する画素群の受光面の構成を示す平面図である。開示の技術の実施形態に係る画素アレイの外周部に位置する画素群の受光面の構成を示す平面図である。開示の技術の実施形態に係る画素アレイの左上コーナ部に配置された画素群の受光面側の構成を示す平面図である。図２における６−６線に沿った断面図である。図３における７−７線に沿った断面図である。図４における８−８線に沿った断面図である。開示の技術の実施形態に係る画素アレイに入射する撮像対象物から光の方向を模式的に示す斜視図である。開示の技術の実施形態に係る画素アレイの中央部に位置する画素群に入射する光の進行方向を示す断面図である。開示の技術の実施形態に係る画素アレイの外周部に位置する画素群に入射する光の進行方向を示す断面図である。開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。開示の技術の第２の実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。開示の技術の第３の実施形態に係る画素アレイの外周部に位置する画素群の受光面側の構成を示す平面図である。開示の技術の第３の実施形態に係る画素アレイの外周部に位置する画素群の受光面側の構成を示す平面図である。図１８における２０−２０線に沿った断面図である。図１９における２１−２１線に沿った断面図である。

以下、開示の技術の実施形態の一例を図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与している。

[第１の実施形態]
図１は、開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置を構成する画素アレイ１００Ａの受光面Ｓの模式的な平面図である。図１に示すように、画素アレイ１００Ａは、行および列をなすように、マトリックス状に配置された複数の画素１００を含んで構成されている。以下においては、画素アレイ１００Ａの中央部に位置する領域Ｒ３内に配置された画素群Ｐ３、領域Ｒ３の外側に位置する領域Ｒ２内に配置された画素群Ｐ２、領域Ｒ２の外側に位置する領域Ｒ１内に配置された画素群Ｐ１について主に説明する。

図２は、画素アレイ１００Ａの中央部に位置する領域Ｒ３内に配置された画素群Ｐ３の受光面Ｓ側の構成を示す平面図である。図３は、画素アレイ１００Ａの外周部に位置する領域Ｒ２内に配置された画素群Ｐ２の受光面Ｓ側の構成を示す平面図である。図４は、画素アレイ最外周部に位置する領域Ｒ１内に配置された画素群Ｐ１の受光面Ｓ側の構成を示す平面図である。図５は、領域Ｒ１内であって、画素アレイ１００Ａの左上コーナ部に配置された画素群Ｐ１ｃ（図１参照）の受光面Ｓ側の構成を示す平面図である。なお、図２においては、開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置の構成要素のうち、受光部１６ｂ、１６ｇおよび１６ｒを含む複数の受光部１６と、金属部２１ｂおよび金属部２２ｂを含んで構成される第２の遮光部２０ｂのみが示されている。同様に、図３〜図５においては、開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置の構成要素のうち、受光部１６ｂ、１６ｇおよび１６ｒを含む複数の受光部１６と、金属部２１ａおよび金属部２２ａを含んで構成される第１の遮光部２０ａのみが示されている。なお、受光部１６ｂ、１６ｇおよび１６ｒを区別しない場合、「受光部１６」と表記する。

図６は、図２における６−６線に沿った断面図である。すなわち、開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置１０を構成する画素群Ｐ３の、受光面Ｓと交差する断面を示す図である。図７は、図３における７−７線に沿った断面図である。すなわち、開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置１０を構成する画素群Ｐ２の、受光面と交差する断面を示す図である。図８は、図４における８−８線に沿った断面図である。すなわち、開示の技術の実施形態に係る固体撮像装置１０を構成する画素群Ｐ１の、受光面と交差する断面を示す図である。

固体撮像装置１０は、裏面照射型のイメージセンサを構成するものであり、基板１１、配線層１４、受光部１６、第１の遮光部２０ａまたは第２の遮光部２０ｂ、カラーフィルタ３１ｂ、３１ｇ、３１ｒおよびマイクロレンズ３３をこの順で積層して構成される。撮像対象物からの光Ｌは、マイクロレンズ３３、カラーフィルタ３１ｂ、３１ｇおよび３１ｒを経由して各受光部１６で受光され、画像データが生成される。

基板１１は、固体撮像装置１０を支持し得る機械的強度を有する支持基板である。基板１１は、例えば、シリコン基板であってもよい。

配線層１４は、基板１１の光入射側に設けられている。配線層１４は、複数の層を形成するように設けられたアルミまたは銅等の導電体からなる配線１３と、配線１３間を絶縁するＳｉＯ_２等の絶縁体からなる絶縁膜１２と、を含んで構成されている。

受光部１６は、配線層１４の光入射側に設けられている。本実施形態において、受光部１６は、ｎ型半導体で構成されている。受光部１６の周囲にはｐ型半導体１５が延在している。ｐ型半導体１５および受光部１６を構成するｎ型半導体によってフォトダイオードが構成される。このフォトダイオードは、受光した撮像対象物からの光Ｌを電荷に変換する光電変換素子として機能する。１つの受光部１６は、それぞれ、画素アレイ１００Ａを構成する１つの画素１００に対応している。

本実施形態において、受光部１６ｂはカラーフィルタ３１ｂを透過した青色光の受光を担い、受光部１６ｇはカラーフィルタ３１ｇを透過した緑色光の受光を担い、受光部１６ｒは、カラーフィルタ３１ｒを透過した赤色光の受光を担う。受光部１６ｂと受光部１６ｇとは、間隙を隔てて離間している。同様に、受光部１６ｇと受光部１６ｒとは、間隙を隔てて離間している。以下において、互いに隣接する受光部同士の間の領域を受光部間領域Ｇと称する。

受光部１６の光入射側には、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）や五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）の誘電率が比較的高い材料によって構成される高誘電率膜１７が設けられている。受光部１６を含んで構成されるフォトダイオードのｐｎ接合に生じる空乏層が、ｐ型半導体１５の表面に達するとリーク電流が生じる。ｐ型半導体１５の表面に高誘電率膜１７を設けることで、空乏層の拡がりを抑えてリーク電流を抑制することができる。高誘電率膜１７の光入射側には、ＳｉＯ_２等の絶縁体によって構成される下地膜１８が設けられている。

下地膜１８の光入射側には、画素アレイ１００Ａの中央部に位置する領域Ｒ３において第２の遮光部２０ｂが設けられ、画素アレイ１００Ａの外周部に位置する領域Ｒ２およびＲ１において第１の遮光部２０ａが設けられている。第１の遮光部２０ａおよび第２の遮光部２０ｂは、それぞれ、撮像対象物からの光Ｌの受光部１６への入射を規制する役割を担う。本実施形態において、第１の遮光部２０ａは、金属部２１ａおよび金属部２１ａに接続された金属部２２ａを含んで構成されている。同様に、第２の遮光部２０ｂは、金属部２１ｂおよび金属部２１ｂに接続された金属部２２ｂを含んで構成されている。金属部２１ａ、２１ｂ、２２ａおよび２２ｂは、可視光を遮断する金属で構成されている。金属部２１ａ、２１ｂ、２２ａおよび２２ｂの材料として、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）または銅（Ｃｕ）などを好適に用いることができる。

第１の遮光部２０ａおよび第２の遮光部２０ｂは、図２〜図５に示す平面でみた場合（すなわち、受光面側からみた場合）、画素アレイ１００Ａを構成する複数の画素（複数の受光部１６）の配列に沿って設けられており、格子状をなしている。本実施形態において、画素アレイ１００Ａの外周部に設けられる第１の遮光部２０ａと、画素アレイ１００Ａの中央部に設けられる第２の遮光部２０ｂとは、互いに異なる形態を有する。第１の遮光部２０ａおよび第２の遮光部２０ｂの詳細な構成については後述する。第１の遮光部２０ａを構成する金属部２１ａ、２２ａおよび第２の遮光部２０ｂを構成する金属部２１ｂ、２２ｂの周囲には、ＳｉＯ_２等の絶縁体からなる絶縁膜２３が延在している。第１の遮光部２０ａおよび第２の遮光部２０ｂの光入射側には、光透過性を有する樹脂によって構成される下地膜２４が設けられている。

下地膜２４の光入射側には、カラーフィルタ３１ｂ、３１ｇおよび３１ｒが設けられている。カラーフィルタ３１ｂは、青色光を選択的に透過させる顔料を含有するレジストを含んで構成されており、青色光の受光を担う受光部１６ｂに対応して設けられている。すなわち、カラーフィルタ３１ｂを透過した光が受光部１６ｂに入射するように、カラーフィルタ３１ｂと受光部１６ｂとの相対的な位置関係が定められている。カラーフィルタ３１ｇは、緑色光を選択的に透過させる顔料を含有するレジストを含んで構成されており、緑色光の受光を担う受光部１６ｇに対応して設けられている。すなわち、カラーフィルタ３１ｇを透過した光が受光部１６ｇに入射するように、カラーフィルタ３１ｇと受光部１６ｇとの相対的な位置関係が定められている。カラーフィルタ３１ｒは、赤色光を選択的に透過させる顔料を含有するレジストを含んで構成されており、赤色光の受光を担う受光部１６ｒに対応して設けられている。すなわち、カラーフィルタ３１ｒを透過した光が受光部１６ｒに入射するように、カラーフィルタ３１ｒと受光部１６ｒとの相対的な位置関係が定められている。カラーフィルタ３１ｂ、３１ｇおよび３１ｒの光入射側には、光透過性を有する樹脂によって構成される下地膜３２が設けられている。

下地膜３２の光入射側には、マイクロレンズ３３が設けられている。マイクロレンズ３３は、撮像対象物からの光Ｌを受光部１６ｂ、１６ｇおよび１６ｒに集光する。マイクロレンズ３３は、画素アレイ１００Ａを構成する各画素１００（受光部１６）に対応して設けられている。

以下に、第１の遮光部２０ａおよび第２の遮光部２０ｂの詳細な構成について説明する。はじめに、画素アレイ１００Ａの中央部に位置する領域Ｒ３内に設けられる第２の遮光部２０ｂの形態を、図２および図６を参照しつつ説明する。第２の遮光部２０ｂは、受光部間領域Ｇ上に設けられている。図６に示すように、第２の遮光部２０ｂを構成する金属部２１ｂおよび金属部２２ｂは、略同じ幅寸法を有する。ここで幅寸法とは、図６における横方向の長さを意味する。また、金属部２２ｂは、金属部２１ｂの略中央に配置されている。金属部２１ｂおよび金属部２２ｂは、図２に示す平面において、略同じ形状および寸法で形成されており、図２において、金属部２１ｂは、金属部２２ｂによって覆われて図示されていない。図６に示すように、第２の遮光部２０ｂは、受光部間領域Ｇ上において、光入射側に向けて伸びている。

次に、画素アレイ１００Ａの外周部に位置する領域Ｒ１およびＲ２内に設けられる第１の遮光部２０ａの形態を、図３、図４、図７および図８を参照しつつ説明する。図７および図８に示すように、第１の遮光部２０ａを構成する金属部２１ａは、受光部間領域Ｇの中央を起点として画素アレイ中央側に向けて伸びている。金属部２２ａは、金属部２１ａの画素アレイ中央側の端部に接続されており、光入射側に向けて伸びている。すなわち、第１の遮光部２０ａは、受光部間領域Ｇの中央を起点として画素アレイ中央側に向けて伸びる辺Ａと、辺Ａの画素アレイ中央側の端部から光入射側に向けて伸びる辺Ｂと、を受光面Ｓと交差する断面において有する。なお、図３、図４、図７および図８は、画素アレイ左端側に配置された画素群Ｐ１およびＰ２の構成を示していることから、各図の右側が画素アレイ中央側となり、各図の左側が画素アレイ外周側となる。本実施形態において、第１の遮光部２０ａの、受光面Ｓと交差する断面における形状は、辺Ａおよび辺Ｂを含むＬ字型とされている。第１の遮光部２０ａの断面形状をＬ字型とすることで、他の形状とする場合と比較して、第１の遮光部２０ａを形成するためのプロセスを、簡略化することができる。

なお、図示しないが、画素アレイ右端側においては、画素アレイ中央側は左側となるので、画素アレイ右端側の遮光部は、図７および図８と同じ断面でみた場合、図７および図８に示された遮光部２０ａに対して左右対称の形態となる。また、画素アレイ上端側においては、画素アレイ中央側は下側となるので、金属部２１ａは、図３および図４と同じ平面でみた場合に、受光部間領域Ｇを起点として下側に伸びている。同様に、画素アレイ下端側においては、画素アレイ中央側は上側となるので、金属部２１ａは、図３および図４と同じ平面でみた場合に、受光部間領域Ｇを起点として上側に伸びている。

図７および図８に示すように、第１の遮光部２０ａの辺Ａの画素アレイ中央側の端部は、当該第１の遮光部２０ａに隣接する受光部１６と重なる位置まで伸びている。すなわち、図３および図４に示す平面図からも明らかなように、第１の遮光部２０ａは、各受光部１６の画素アレイ外周側の端部（図３および図４に示す例では、受光部１６の左端部）を覆っている。一方、画素アレイ１００Ａの各コーナ部においては、第１の遮光部２０ａは、各受光部１６の画素アレイ外周側となる２つの端部を覆っている。例えば、画素アレイ１００Ａの左上コーナ部に配置された画素群Ｐ１ｃにおける第１の遮光部２０ａは、図５に示すように、各受光部１６の左端部および上端部を覆っている。

また、図７と図８とを比較して明らかなように、画素アレイ１００Ａの最外周に位置する領域Ｒ１における遮光部２０ａの辺Ａの長さは、領域Ｒ１よりも画素アレイ中央側に位置する領域Ｒ２における第１の遮光部２０ａの辺Ａの長さよりも長い。

以下において、第１の遮光部２０ａおよび第２の遮光部２０ｂの作用について説明する。図９は、画素アレイ１００Ａに入射する撮像対象物から光Ｌの方向を模式的に示す斜視図である。撮像対象物からの光Ｌは、レンズ２００を介して画素アレイ１００Ａに照射される。光Ｌは、レンズ２００を通過することで、放射状に広がって画素アレイ１００Ａの受光面Ｓに到達する。画素アレイ１００Ａの中央部に位置する領域Ｒ３において、光Ｌは、画素アレイ１００Ａの受光面Ｓに対して略垂直に入射する。一方、画素アレイ１００Ａの外周部に位置する領域Ｒ２およびＲ１において、光Ｌは、画素アレイ１００Ａの受光面Ｓに対して斜め方向から入射する。例えば、画素アレイ１００Ａの左端に位置する画素に対しては、光Ｌは斜め右方向から入射する。光Ｌの入射角は、画素アレイ１００Ａの最外周に位置する領域Ｒ１の方がこれよりも内側の領域Ｒ２よりも大きくなる。なお、光Ｌの入射角は、受光面Ｓの法線と光Ｌによる光線とのなす角である。

図１０は、画素アレイ１００Ａの中央部に位置する領域Ｒ３内の画素群Ｐ３に入射する光の進行方向を示す断面図である。なお、図１０に示す断面は、図６に示す断面と同じ断面である。また、図１０においては、図面の煩雑性を回避する観点から、固体撮像装置１０の構成要素の一部が省略されている。画素群Ｐ３に入射する青色光Ｌｂ、緑色光Ｌｇおよび赤色光Ｌｒは、画素アレイ１００Ａの受光面に対して略垂直に入射する。従って、カラーフィルタ３１ｂ、３１ｇおよび３１ｒ（図１０において図示せず）をそれぞれ透過した青色光Ｌｂ、緑色光Ｌｇおよび赤色光Ｌｒは、対応する受光部１６ｂ、１６ｇおよび１６ｒにそれぞれ入射する。領域Ｒ３内においては、光入射側に向けて伸びる第２の遮光部２０ｂを受光部間領域Ｇに配置することで、混色を抑制することが可能である。

図１１は、画素アレイ１００Ａの外周部に位置する領域Ｒ１内の画素群Ｐ１に入射する光の進行方向を示す断面図である。なお、図１１に示す断面は、図８に示す断面と同じ断面である。また、図１１においては、図面の煩雑性を回避する観点から、固体撮像装置１０の構成要素の一部が省略されている。画素群Ｐ１に入射する光は、画素アレイ１００Ａの受光面に対して入射角θの傾きを有して入射する。図１１においては、カラーフィルタ３１ｇを透過した緑色光Ｌｇが例示されている。青色光の受光を担う受光部１６ｂに向かう緑色光Ｌｇは、光入射側に向けて伸びる第１の遮光部２０ａの金属部２２ａによって反射される。これにより、緑色光Ｌｇの受光部１６ｂへの入射（すなわち混色）が抑制される。

また、金属部２１ａが、受光部間領域Ｇから画素アレイ中央側に伸びているので、受光部１６ｇ内を透過する緑色光Ｌｇの受光部１６ｇ内における透過距離を長くすることができる。これにより、緑色光Ｌｇが、受光部１６ｇに隣接する受光部１６ｂに到達する前に、緑色光Ｌｇを十分に減衰させることが可能となり、混色を抑制することができる。

また、金属部２１ａを画素アレイ中央側に伸ばすことで、金属部２２ａの上端において生じる回折光Ｌｄを、金属部２１ａの上面で反射させることができる。これにより、回折光Ｌｄの受光部１６ｒへの侵入（すなわち混色）が抑制される。

入射する光によって形成される、金属部２２ａの先端に対応する影の先端が、金属部２１ａの画素アレイ外周側の端部と重なるように、若しくはこれよりも画素アレイ外周側に位置するように、遮光部２０ａの辺Ｂの長さｂを定めることが好ましい。遮光部２０ａの辺Ｂの長さｂを上記のように定めることで、混色を効果的に抑制することが可能となる。

ここで、金属部２１ａの画素アレイ外周側の端部から受光部１６の深さ方向に伸ばした直線Ｃと入射角θで入射する光線との交点Ｘとする。また、交点Ｘのｐ型半導体１５の光入射側の表面からの深さをＤとする。交点Ｘの深さＤを５００ｎｍ以上とすることで、受光部１６ｇ内を透過した緑色光Ｌｇが受光部１６ｂに達する前に、緑色光Ｌｇを十分に減衰させることができ、混色を効果的に抑制することができる。すなわち、第１の遮光部２０ａの辺Ａの長さａが下記の（１）式を満たすことで、混色を効果的に抑制することができる。
ａ≧５００ｎｍ×ｔａｎθ ・・・（１）

なお、領域Ｒ２においても、領域Ｒ１の場合と同様に、遮光部２０ａによって混色が抑制される。領域Ｒ２に入射する光の入射角θは、領域Ｒ１に入射する光の入射角θよりも小さいので、上記（１）式によれば、領域Ｒ２においては、遮光部２０ａの辺Ａの長さａを、領域Ｒ１における遮光部２０ａの辺Ａの長さａよりも小さくすることができる。

以下に、固体撮像装置１０の製造方法について説明する。図１２Ａ〜１２Ｃ、図１３Ａ〜図１３Ｃ、図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂおよび図１６は、固体撮像装置１０の製造方法を示す断面図である。なお、これら各図面の右半分は画素アレイ１００Ａの中央部に位置する画素群Ｐ３に対応し、左半分は画素アレイ１００Ａの外周部に位置する画素群Ｐ１に対応する。

はじめに、公知のイオン注入法を用いて、ｐ型半導体１５によって構成される半導体基板にｎ型半導体からなる受光部１６ｂ、１６ｇおよび１６ｒを形成する。その後、ｐ型半導体１５上に、ＳｉＯ_２等の絶縁体からなる絶縁膜１２と配線１３とを交互に積層することにより配線層１４を形成する（図１２Ａ）。

次に、配線層１４の表面に基板１１を貼り付ける（図１２Ｂ）。基板１１は、固体撮像装置１０を支持し得る機械的強度を有する支持基板であり、例えば、シリコン基板であってもよい。

次に、ｐ型半導体１５の基板１１側とは反対側の面（光入射側の面）を研磨して、ｐ型半導体１５を所望の厚さにまで薄化する（図１２Ｃ）。

次に、公知のＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法を用いて、ｐ型半導体１５の光入射側の表面に酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）または五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）等によって構成される、厚さ５０ｎｍ程度の高誘電率膜１７を形成する。その後、例えば、プラズマＣＶＤ法を用いて、高誘電率膜１７の表面にＳｉＯ_２等の絶縁体からなる下地膜１８を形成する（図１３Ａ）。

次に、公知のＣＶＤ法を用いて、下地膜１８の表面に、厚さ３０ｎｍ程度の窒化チタン（ＴｉＮ）膜および厚さ７０ｎｍ程度のタングステン（Ｗ）膜を順次形成する。その後、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて、窒化チタン膜およびタングステン膜のパターニングを行うことにより、金属部２１ａおよび金属部２１ｂを形成する（図１３Ｂ）。画素アレイ１００Ａの中央部に位置する画素群Ｐ３における金属部２１ｂは、受光部間領域Ｇ上にのみ延在するようにパターニングされる。なお、受光部間領域Ｇの幅ｗｇは、例えば２００ｎｍ程度であり、金属部２１ｂの幅ｗ１は、例えば１５０ｎｍ程度である。一方、画素アレイ１００Ａの外周部に位置する画素群Ｐ１における金属部２１ａは、受光部間領域Ｇから画素アレイ中央側に迫り出すようにパターニングされ、隣接する受光部１６ｂ、１６ｇおよび１６ｒの画素アレイ外周側の端部を覆っている。金属部２１ａの幅ｗ３は、例えば３００ｎｍである。なお、金属部２１ａの幅ｗ３は、第１の遮光部２０ａの辺Ａの長さａに相当する。

次に、公知のプラズマＣＶＤ法を用いて、金属部２１ａおよび２１ｂを覆うように、ＳｉＯ_２等の絶縁体からなる絶縁膜２３を形成する。その後、公知のＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて絶縁膜２３の表面を平坦化し、金属部２１ａおよび２１ｂ上に堆積する絶縁膜２３の厚さを３５０ｎｍ程度とする。続いて、公知のフォトリソグラフィー技術およびエッチングにより、絶縁膜２３に、金属部２１ａおよび２１ｂに達する幅１２０ｎｍ程度のトレンチ２３ａを形成する（図１３Ｃ）。画素アレイ１００Ａの中央部に位置する画素群Ｐ３においては、トレンチ２３ａは、金属部２１ｂの略中央に配置される。一方、画素アレイ１００Ａの外周部に位置する画素群Ｐ１においては、トレンチ２３ａは、金属部２１ａの画素アレイ中央側の端部に配置される。

次に、公知のＣＶＤ法を用いて、絶縁膜２３の表面に、厚さ３０ｎｍ程度の窒化チタン（ＴｉＮ）膜および厚さ１００ｎｍ程度のタングステン（Ｗ）膜を順次形成する。これにより、窒化チタン膜およびタングステン膜がトレンチ２３ａ内に充填され、金属部２２ａおよび２２ｂが形成される。その後、公知のＣＭＰ法を用いて、絶縁膜２３の表面に堆積している窒化チタン膜およびタングステン膜を除去する（図１４Ａ）。

次に、絶縁膜２３の表面に光透過性を有する樹脂を塗布することによって、厚さ５０ｎｍ程度の下地膜２４を形成する。次に、緑色光を透過する顔料を含有する厚さ５００ｎｍ程度のレジストを下地膜２４上に塗布し、これを露光・現像処理することによりカラーフィルタ３１ｇを形成する。その後、同様のプロセスによりカラーフィルタ３１ｂおよび３１ｒを順次形成する（図１４Ｂ）。

次に、カラーフィルタ３１ｂ、３１ｇおよび３１ｒの表面に光透過性を有する樹脂を塗布することによって、カラーフィルタ３１ｂ、３１ｇおよび３１ｒの表面を平坦化する厚さ１００ｎｍ程度の下地膜３２を形成する。次に、下地膜３２の表面に、マイクロレンズ３３の材料となる光透過性を有する厚さ３００ｎｍ程度の樹脂３３ａを形成し、公知のフォトリソグラフィー技術を用いて樹脂３３ａをパターニングする。このパターニングにより、樹脂３３ａは、受光部１６ｂ、１６ｇおよび１６ｒの各々に対応するように分割される（図１５Ａ）。

次に、パターニングされた樹脂３３ａを所定の温度で加熱することにより樹脂３３ａを軟化させる。これにより、樹脂３３ａの表面が変形して曲面となり、マイクロレンズ３３の外形が形成される（図１５Ｂ）。

次に、レンズ形状に成形された樹脂３３ａの表面に、更に、光透過性を有する樹脂３３ｂを塗布することにより、マイクロレンズ３３の受光部間領域Ｇに対応する部分の抜きを埋める（図１６）。

以上のように、固体撮像装置１０は、受光部間領域Ｇから画素アレイ中央側に向けて伸びる辺Ａおよび辺Ａの画素アレイ中央側の端部から光入射側に向けて伸びる辺Ｂを、画素アレイの受光面と交差する断面において有する第１の遮光部２０ａを含む。これにより、画素アレイの外周部における混色を抑制することが可能となる。

［第２の実施形態］
図１７は、開示の技術の第２の実施形態に係る固体撮像装置１０Ａの断面図である。より具体的には、画素アレイ最外周部に位置する領域Ｒ１内の画素群Ｐ１の、受光面と交差する断面を示す図である。第２の実施形態に係る固体撮像装置１０Ａは、第１の遮光部２０ａの断面形状が第１の実施形態と異なる。すなわち、第２の実施形態に係る第１の遮光部２０ａは、一体的な形態を有する単一の金属部によって構成され、受光面Ｓと交差する断面における形状が、辺Ａおよび辺Ｂを含む三角形とされている。なお、領域Ｒ２においても、領域Ｒ１と同様、第１の遮光部２０ａの断面形状を三角形としてもよい。画素アレイ１００Ａの外周部における第１の遮光部２０ａの断面形状を三角形とする場合でも、Ｌ字型とする場合と同様、画素アレイ１００Ａの外周部における混色を抑制することが可能である。

［第３の実施形態］
図１８および図１９は、開示の技術の第３の実施形態に係る固体撮像装置１０Ｂを構成する、画素アレイ１００Ａの外周部に位置する領域Ｒ１内に配置された画素群Ｐ１の受光面Ｓ側の構成を示す平面図である。図２０は、図１８における２０−２０線に沿った断面図である。図２１は、図１９における２１−２１線に沿った断面図である。第３の実施形態に係る固体撮像装置１０Ｂは、位相差オートフォーカスを実現するための第３の遮光部２０ｃおよび第４の遮光部２０ｄを更に有する点において、上記した第１の実施形態に係る固体撮像装置１０と異なる。

第３の遮光部２０ｃおよび第４の遮光部２０ｄは、いずれも第１の遮光部２０ａに接続されている。第３の遮光部２０ｃは、第１の遮光部２０ａの金属部２１ａの画素アレイ中央側の端部に接続され、画素アレイ中央側に向けて伸びる金属部２１ｃと、金属部２１ｃの画素アレイ中央側の端部に接続され、光入射側に向けて伸びる金属部２２ｃと、を有する。換言すれば、第３の遮光部２０ｃは、第１の遮光部２０ａの辺Ａの画素アレイ中央側の端部から画素アレイ中央側に向けて伸びる辺Ａ１および辺Ａ１の画素アレイ中央側の端部から光入射側に向けて伸びる辺Ｂ１を、受光面と交差する断面において有する。第３の遮光部２０ｃは、複数の受光部１６のうち、特定の受光部１６Ｘの画素アレイ中央側に開口部Ｏ１を形成するように、特定の受光部１６Ｘの画素アレイ外周側の半分程度を覆っている。第３の遮光部２０ｃによって覆われる受光部１６Ｘが、画素アレイ１００Ａ内に散在するように、第３の遮光部２０ｃが設けられている。図２０に示すように、第３の遮光部２０ｃによって覆われる受光部１６Ｘに対しては、画素アレイ中央側から画素アレイ外周側に向かう方向に傾いた光Ｌ１が、開口部Ｏ１を介して照射される。一方、画素アレイ外周側から画素アレイ中央側に向かう方向に傾いた光Ｌ２は、第３の遮光部２０ｃによって遮断され、受光部１６Ｘには照射されない。

一方、第４の遮光部２０ｄは、第１の遮光部２０ａの金属部２１ａの画素アレイ外周側の端部に接続され、画素アレイ外周側に向けて伸びる金属部２１ｄと、金属部２１ｄの画素アレイ外周側の端部に接続され、光入射側に向けて伸びる金属部２２ｄと、を有する。換言すれば、第４の遮光部２０ｄは、第１の遮光部２０ａの辺Ａの画素アレイ外周側の端部から画素アレイ外周側に向けて伸びる辺Ａ２および辺Ａ２の画素アレイ外周側の端部から光入射側に向けて伸びる辺Ｂ２を、受光面と交差する断面において有する。第４の遮光部２０ｄは、複数の受光部１６のうち、特定の受光部１６Ｙの画素アレイ外周側に開口部Ｏ２を形成するように、特定の受光部１６Ｙの画素アレイ中央側の半分程度を覆っている。第４の遮光部２０ｄによって覆われる受光部１６Ｙが、画素アレイ１００Ａ内に散在するように第４の遮光部２０ｄが設けられている。図２１に示すように、第４の遮光部２０ｄによって覆われる受光部１６Ｙに対しては、画素アレイ外周側から画素アレイ中央側に向かう方向に傾いた光Ｌ２が、開口部Ｏ２を介して照射される。一方、画素アレイ中央側から画素アレイ外周側に向かう方向に傾いた光Ｌ１は、第４の遮光部２０ｄによって遮断され、受光部１６Ｙには照射されない。なお、第４の遮光部２０ｄによって覆われる受光部１６Ｙを、第３の遮光部２０ｃによって覆われる受光部１６Ｘの近傍に配置することが好ましい。

光Ｌ１を受光する受光部１６Ｘと、光Ｌ１とは異なる方向から到来する光Ｌ２を受光する受光部１６Ｙとを画素アレイ１００Ａ内に散在させることで、位相差オートフォーカスを実現することが可能である。このように、互いに異なる方向から到来する光に基づいて位相差オートフォーカスを実現する技術は、例えば特開２０１３−４６０１３号公報に記載されている。本実施形態に係る固体撮像装置１０Ｂによれば、混色を抑制しつつ、位相差オートフォーカスを実現することが可能となる。

なお、固体撮像装置１０、１０Ａおよび１０Ｂは、開示の技術における固体撮像装置の一例である。画素アレイ１００Ａは、開示の技術の画素アレイの一例である。受光部１６ｂ、１６ｇおよび１６ｒを含む受光部１６は、開示の技術の受光部の一例である。受光部間領域Ｇは、開示の技術における受光部間領域の一例である。第１の遮光部２０ａは、開示の技術における第１の遮光部の一例である。金属部２１ａは、開示の技術における第１の金属部の一例である。金属部２２ａは、開示の技術における第２の金属部の一例である。第２の遮光部２０ｂは、開示の技術における第２の遮光部の一例である。第３の遮光部２０ｃは、開示の技術における第３の遮光部の一例である。第４の遮光部２０ｄは、開示の技術における第４の遮光部の一例である。

以上の第１乃至第３の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）
各々が照射される光を受光する複数の受光部を有する画素アレイと、
前記画素アレイの外周部において前記受光部の光入射側に設けられ、互いに隣接する受光部同士の間の領域である受光部間領域から画素アレイ中央側に向けて伸びる第１の辺および前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部から光入射側に向けて伸びる第２の辺を、前記画素アレイの受光面と交差する断面において有する第１の遮光部と、
を含む固体撮像装置。

（付記２）
前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部が、当該第１の遮光部の画素アレイ中央側に隣接する受光部と重なっている
付記１に記載の固体撮像装置。

（付記３）
前記第１の遮光部は、当該第１の遮光部の画素アレイ中央側に隣接する受光部の画素アレイ外周側の端部を覆っている
付記１または付記２に記載の固体撮像装置。

（付記４）
第１の領域に設けられた前記第１の遮光部の前記第１の辺の長さは、前記第１の領域よりも画素アレイ中央側の第２の領域に設けられた前記第１の遮光部の前記第１の辺の長さよりも長い
付記１から付記３のいずれか１つに記載の固体撮像装置。

（付記５）
前記画素アレイのコーナ部に設けられた前記第１の遮光部は、当該第１の遮光部の画素アレイ中央側に隣接する受光部の画素アレイ外周側の２つの端部を覆っている
付記１から付記４のいずれか１つに記載の固体撮像装置。

（付記６）
前記第１の遮光部の前記断面における形状が、前記第１の辺と前記第２の辺とを含むＬ字型である
付記１から付記５のいずれか１つに記載の固体撮像装置。

（付記７）
前記第１の遮光部の前記断面における形状が、前記第１の辺と前記第２の辺とを含む三角形である
付記１から付記５のいずれか１つに記載の固体撮像装置。

（付記８）
前記画素アレイに入射する光の入射角をθとするとき、前記第１の辺の長さａが、
ａ≧５００ｎｍ×ｔａｎθ
を満たす
付記１から付記７のいずれか１つに記載の固体撮像装置。

（付記９）
前記画素アレイに入射する光によって形成される、前記第２の辺の光入射側の先端に対応する影の先端が、前記第１の辺の画素アレイ外周側の端部と重なる、若しくは、前記第１の辺の画素アレイ外周側の端部よりも画素アレイ外周側に位置するように前記第２の辺の長さが定められている
付記１から付記８のいずれか１つに記載の固体撮像装置。

（付記１０）
前記第１の遮光部は、前記第１の辺を含む第１の金属部と、前記第２の辺を含む第２の金属部と、を有する
付記１から付記６、付記８および付記９のいずれか１つに記載の固体撮像装置。

（付記１１）
前記画素アレイの中央部に設けられ、前記受光部間領域から光入射側に向けて伸びる第２の遮光部を更に含む
付記１から付記１０のいずれか１つに記載の固体撮像装置。

（付記１２）
前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部から画素アレイ中央側に向けて伸びる第３の辺および前記第３の辺の画素アレイ中央側の端部から光入射側に向けて伸びる第４の辺を、前記断面において有する第３の遮光部と、
前記第１の辺の画素アレイ外周側の端部から画素アレイ外周側に向けて伸びる第５の辺および前記第５の辺の画素アレイ外周側の端部から光入射側に向けて伸びる第６の辺を、前記断面において有する第４の遮光部と、を更に含み、
前記第３の遮光部は、当該第３の遮光部に隣接する受光部の画素アレイ外周側を覆い、
前記第４の遮光部は、当該第４の遮光部に隣接する受光部の画素アレイ中央側を覆っている
付記１から付記１１のいずれか１つに記載の固体撮像装置。

（付記１３）
前記受光部の光入射側とは反対側に設けられた配線層を更に含む
付記１から付記１２のいずれか１つに記載の固体撮像装置。

（付記１４）
前記第１の遮光部の光入射側に設けられたカラーフィルタおよびマイクロレンズを更に含む
付記１から付記１３のいずれか１つに記載の固体撮像装置。

（付記１５）
各々が照射される光を受光する複数の受光部を有する画素アレイの外周部において、前記受光部の光入射側に、互いに隣接する受光部同士の間の領域である受光部間領域から画素アレイ中央側に向けて伸びる第１の辺および前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部から光入射側に向けて伸びる第２の辺を、前記画素アレイの受光面と交差する断面において有する第１の遮光部を設ける
遮光方法。

（付記１６）
前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部を、当該第１の遮光部の画素アレイ中央側に隣接する受光部と重ねる
付記１５に記載の遮光方法。

（付記１７）
前記第１の遮光部によって、当該第１の遮光部の画素アレイ中央側に隣接する受光部の画素アレイ外周側の端部を覆う
付記１５または付記１６に記載の遮光方法。

（付記１８）
第１の領域に設けられた前記第１の遮光部の前記第１の辺の長さを、前記第１の領域よりも画素アレイ中央側の第２の領域に設けられた前記第１の遮光部の前記第１の辺の長さよりも長くする
付記１５から付記１７のいずれか１つに記載の遮光方法。

（付記１９）
前記画素アレイのコーナ部に設けられる前記第１の遮光部によって、当該第１の遮光部に隣接する受光部の画素アレイ外周側の２つの端部を覆う
付記１５から付記１８のいずれか１つに記載の遮光方法。

（付記２０）
前記画素アレイに入射する光の入射角をθとするとき、前記第１の辺の長さａを、
ａ≧５００ｎｍ×ｔａｎθ
を満たすように定める
付記１５から付記１９のいずれか１つに記載の遮光方法。

（付記２１）
前記画素アレイに入射する光によって形成される、前記第２の辺の光入射側の先端に対応する影の先端が、前記第１の辺の画素アレイ外周側の端部と重なる、若しくは、前記第１の辺の画素アレイ外周側の端部よりも画素アレイ外周側に位置するように前記第２の辺の長さを定める
付記１５から付記２０のいずれか１つに記載の遮光方法。

（付記２２）
前記画素アレイの中央部に、前記受光部間領域から光入射側に向けて伸びる第２の遮光部を更に設ける
付記１５から付記２１のいずれか１つに記載の遮光方法。

（付記２３）
前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部から画素アレイ中央側に向けて伸びる第３の辺および前記第３の辺の画素アレイ中央側の端部から光入射側に向けて伸びる第４の辺を、前記断面において有する第３の遮光部と、
前記第１の辺の画素アレイ外周側の端部から画素アレイ外周側に向けて伸びる第５の辺および前記第５の辺の画素アレイ外周側の端部から光入射側に向けて伸びる第６の辺を、前記断面において有する第４の遮光部と、を更に設け、
前記第３の遮光部によって当該第３の遮光部に隣接する受光部の画素アレイ外周側を覆い、
前記第４の遮光部によって当該第４の遮光部に隣接する受光部の画素アレイ中央側を覆う
付記１５から付記２２のいずれか１つに記載の遮光方法。

１０、１０Ａ、１０Ｂ固体撮像装置
１４配線層
１６、１６ｒ、１６ｇ、１６ｂ受光部
２０ａ第１の遮光部
２０ｂ第２の遮光部
２０ｃ第３の遮光部
２０ｄ第４の遮光部
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ金属部
３１ｒ、３１ｇ、３１ｂカラーフィルタ
３３マイクロレンズ
１００Ａ画素アレイ
Ｇ受光部間領域

Claims

各々が照射される光を受光する複数の受光部を有する画素アレイと、
前記画素アレイの外周部において前記受光部の光入射側に設けられ、互いに隣接する受光部同士の間の領域である受光部間領域から画素アレイ中央側に向けて伸びる第１の辺および前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部から光入射側に向けて伸びる第２の辺を、前記画素アレイの受光面と交差する断面において有する第１の遮光部とを含み、
前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部が、当該第１の遮光部の画素アレイ中央側に隣接する前記画素アレイの外周部における受光部と平面視で重なっており、
前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部の反対側の端部と前記受光部との距離が一定であり、
第１の領域に設けられた前記第１の遮光部の前記第１の辺の長さは、前記第１の領域よりも画素アレイ中央側の第２の領域に設けられた前記第１の遮光部の前記第１の辺の長さよりも長い
固体撮像装置。
前記第１の遮光部は、当該第１の遮光部の画素アレイ中央側に隣接する受光部の画素アレイ外周側の端部を覆っている
請求項１に記載の固体撮像装置。
前記画素アレイのコーナ部に設けられた前記第１の遮光部は、当該第１の遮光部の画素アレイ中央側に隣接する受光部の画素アレイ外周側の２つの端部を覆っている
請求項１または請求項２に記載の固体撮像装置。
前記画素アレイに入射する光の入射角をθとするとき、前記第１の辺の長さａが、
ａ≧５００ｎｍ×ｔａｎθ
を満たす
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記画素アレイに入射する光によって形成される、前記第２の辺の光入射側の先端の画素アレイ外周側に対応する影の先端が、前記第１の辺の画素アレイ外周側の端部と重なる、若しくは、前記第１の辺の画素アレイ外周側の端部よりも画素アレイ外周側に位置するように前記第２の辺の長さが定められている
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記第１の遮光部は、前記第１の辺を含む第１の金属部と、前記第２の辺を含む第２の金属部と、を有する
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記第１の金属部と前記第２の金属部が繋がっている
請求項６に記載の固体撮像装置。
前記画素アレイの中央部に設けられ、前記受光部間領域から光入射側に向けて伸びる第２の遮光部を更に含む
請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部から画素アレイ中央側に向けて伸びる第３の辺および前記第３の辺の画素アレイ中央側の端部から光入射側に向けて伸びる第４の辺を、前記断面において有する第３の遮光部と、
前記第１の辺の画素アレイ外周側の端部から画素アレイ外周側に向けて伸びる第５の辺および前記第５の辺の画素アレイ外周側の端部から光入射側に向けて伸びる第６の辺を、前記断面において有する第４の遮光部と、を更に含み、
前記第３の遮光部は、当該第３の遮光部に隣接する受光部の画素アレイ外周側を覆い、
前記第４の遮光部は、当該第４の遮光部に隣接する受光部の画素アレイ中央側を覆っている
請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
各々が照射される光を受光する複数の受光部を有する画素アレイの外周部において、前記受光部の光入射側に、互いに隣接する受光部同士の間の領域である受光部間領域から画素アレイ中央側に向けて伸びる第１の辺および前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部から光入射側に向けて伸びる第２の辺を、前記画素アレイの受光面と交差する断面において有する第１の遮光部を設け、
前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部が、当該第１の遮光部の画素アレイ中央側に隣接する前記画素アレイの外周部における受光部と平面視で重なっており、
前記第１の辺の画素アレイ中央側の端部の反対側の端部と前記受光部との距離が一定であり、
第１の領域に設けられた前記第１の遮光部の前記第１の辺の長さは、前記第１の領域よりも画素アレイ中央側の第２の領域に設けられた前記第１の遮光部の前記第１の辺の長さよりも長い
遮光方法。