JP6650898B2 - 光電変換装置、電子機器および輸送機器 - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換装置に関する。
ＣＭＯＳイメージセンサなどの光電変換装置では、遮光部材の上に、パッシベーション膜としての誘電体膜が形成される。
特許文献１には、層間絶縁膜とパッシベーション膜であるＳｉＮ膜の間に、その中間の屈折率を有するＳｉＯＮ膜を設けた固体撮像装置が開示されている。
特許文献２には、最上層の配線を含む層間絶縁膜の上から、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の２層膜から成るパッシベーション膜を形成した固体撮像素子が開示されている。
特開２００６−１５６６１１号公報 特開２００６−２９４７７３号公報
従来の技術では、配線での光の反射により、光利用効率の低下や迷光の発生などが生じ、優れた光学的特性を得られないという課題がある。そこで本発明は、優れた光学的特性を有する光電変換装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するための手段は、主面に沿って複数の光電変換部が配列された光電変換エリアを有する基板と、前記光電変換エリアの上に配され、前記基板の側の内面および前記基板の側とは反対側の外面を有する膜と、前記膜と前記光電変換エリアとの間に配され、前記基板の側に位置する下面、前記基板の側とは反対側に位置する上面、および、前記下面と前記上面とを結ぶ側面を有し、遮光体からなる第１部材と、少なくとも前記膜と前記上面との間に配された第２部材と、を備える光電変換装置であって、前記膜は、前記基板の主面に対する法線方向において前記光電変換部の少なくとも一部に重なる第１部分と、前記法線方向において前記上面に重なる第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間に位置する第３部分と、を含み、前記主面から前記第１部分の前記内面までの距離は前記主面から前記上面までの距離よりも小さく、前記主面から前記第１部分の前記外面までの距離は前記主面から前記第２部分の前記外面までの距離よりも小さく、前記第３部分の前記外面は前記上面に対して傾斜しており、前記第２部材の前記膜の側の表面は、前記法線方向における前記膜と前記上面との間にて、前記上面に対して傾斜しており、（Ａ）前記第２部材は前記膜よりも低い屈折率を有すること、（Ｂ）前記膜および前記第２部材はシリコン化合物であって、前記第２部材は前記膜よりも低い窒素濃度および／または高い酸素濃度を有すること、の少なくともいずれかを満たすことを特徴とする。
本発明によれば、優れた光学的特性を有する光電変換装置を提供することができる。
光電変換装置の一例を示す断面模式図。 光電変換装置の一例を示す平面模式図。 光電変換装置の一例を示す断面模式図。 光電変換装置を備える機器の一例を示す模式図。
以下、図面を参照して、本発明を実施するための形態を説明する。なお、以下の説明および図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。
図１は実施形態の一例としての表面照射型の光電変換装置ＡＰＲの模式図である。光電変換装置ＡＰＲは基板１を備える半導体装置である。光電変換装置ＡＰＲは、基板１と、誘電体膜４０と、遮光部材２０と、誘電体部材３０と、を備える。基板１は、主面１０１に沿って複数の光電変換部２が配列された光電変換エリアＰＸを有する。誘電体膜４０は、光電変換エリアＰＸの上に配され、基板１の側の内面４０１および基板１の側とは反対側の外面４０２を有する。誘電体膜４０は、シリコン化合物に代表される無機材料あるいは有機材料からなる誘電体からなり、絶縁体膜である。誘電体膜４０は光電変換部２で受光可能なように、光透過性を有する光透過膜である。遮光部材２０は、誘電体膜４０と光電変換エリアとの間に配されている。遮光部材２０は金属や金属化合物などの遮光体からなり、導電部材でもある。遮光部材２０は、基板１の側に位置する下面２０１および基板１の側とは反対側に位置する上面２０２を有する。遮光部材２０は光電変換部２の上方に開口が形成されるようなパターンを有している。そのため、遮光部材２０は下面２０１と上面２０２とを結ぶ側面２０３を有する。側面２０３が遮光部材２０の開口を画定する。誘電体部材３０は、少なくとも誘電体膜４０と遮光部材２０との間に配されている。誘電体部材は、有機材料やシリコン化合物などの誘電体からなり、絶縁体部材である。誘電体部材３０は、誘電体膜４０側の表面３０２と、表面３０２に対して反対側（基板１側）の反対面３０１とを有する。誘電体部材３０は誘電体膜４０の内面４０１に沿っている。
基板１の主面１０１は光電変換部２の受光面を含み、受光面に平行である。基板１が半導体基板である場合に、主面１０１は絶縁体と界面を成しうる。基板１の主面１０１が広がる面内方向Ｘ、Ｙを、座標軸のＸ方向およびＹ方向として説明し、主面１０１に対する法線方向Ｚ（主面１０１に垂直な方向）を座標軸のＺ方向として説明する。Ｘ方向とＹ方向とＺ方向は互いに直交する。以下の説明において、基板１の主面１０１からの、膜や部材およびそれらの部分や面までの距離を説明する。主面１０１からの距離とは主面１０１を基準としたときの膜や部材およびそれらの部分や面の高さと言い換えることができる。なお、膜や部材およびそれらの部分の厚さとは、膜や部材およびそれらの部分の基板１の主面１０１に対する法線方向Ｚにおける寸法である。また、膜や部材およびそれらの部分や面の幅とは、膜や部材およびそれらの部分や面の基板１の主面１０１に対する面内方向Ｘ，Ｙにおける寸法である。
遮光部材２０の上に、誘電体部材３０を介して、誘電体膜４０が設けられた構成になっている。誘電体部材３０は誘電体膜４０と層間絶縁膜１７との間にも設けられている。誘電体膜４０の上には平坦化膜５０と、カラーフィルター６０と、平坦化膜７０と、マイクロレンズ８０とがこの順で設けられている。平坦化膜５０、カラーフィルター６０、平坦化膜７０およびマイクロレンズ８０は樹脂からなる。平坦化膜５０は外面４０２に沿った非平坦面と、非平坦面とは反対側の平坦面を有する。平坦化膜５０の平坦面は非平坦面よりも平坦であればよい。平坦化膜５０の平坦面の上に複数の色のカラーフィルター６０が配列されたカラーフィルタアレイが配置される。誘電体膜４０はこれらの樹脂部材からの汚染や樹脂部材を介した水分の侵入に対するパッシベーション膜として用いられる。マイクロレンズ８０を介して入射した光は、誘電体膜４０を介して基板１で受光される。
本実施形態は、誘電体部材３０と誘電体膜４０との屈折率の違いによる光の挙動を利用して、光電変換装置ＡＰＲの光学的特性を向上しようとするものである。誘電体部材３０は誘電体膜４０よりも低い屈折率を有することが好ましい。誘電体膜４０および誘電体部材３０はシリコン化合物であることも好ましい。誘電体膜４０および誘電体部材３０がシリコン化合物である場合、誘電体部材３０は誘電体膜４０よりも低い窒素濃度を有することも好ましい。誘電体膜４０および誘電体部材３０がシリコン化合物である場合、誘電体部材３０は誘電体膜４０よりも高い酸素濃度を有することも好ましい。誘電体膜４０および誘電体部材３０がシリコン化合物である場合、誘電体部材３０は誘電体膜４０よりも高いアルゴン濃度を有することも好ましい。誘電体膜４０および誘電体部材３０がシリコン化合物であって、誘電体部材３０は誘電体膜４０よりも高い酸素濃度を有し、かつ、誘電体部材３０は誘電体膜４０よりも高い酸素濃度を有することも好ましい。シリコン化合物の屈折率は、窒素濃度が高いほど高くなり、酸素濃度および／またはアルゴン濃度が高いほど低くなる傾向にある。
上述した窒素濃度、酸素濃度および／またはアルゴン濃度の関係を満たすシリコン化合物は、誘電体部材３０と誘電体膜４０の屈折率の関係を適切にするうえで好ましい材料の組合せとなる。なお、２つの材料中における特定の元素の濃度を比較する際に、濃度が低い方の材料には当該特定の元素は含まれていなくてもよい。つまり、特定の元素の濃度が低いということは、特定の元素の濃度がゼロであることを包含している。シリコン濃度、窒素濃度、酸素濃度およびアルゴン濃度は、ＳＥＭ−ＥＤＸやＴＥＭ−ＥＤＸあるいはＳＩＭＳによって分析することができる。
光電変換エリアにおける遮光部材２０の近傍の構造について詳細に説明する。図２では、誘電体膜４０を法線方向Ｚに対して平面視した時の状態を平面図として示している。図２は、光電変換装置ＡＰＲのうち、光電変換部２と遮光部材２０を含むように、誘電体膜４０を透過的に示した平面図である。図２ではハッチングの重なりによって、遮光部材２０と誘電体膜４０の各部分との位置関係を示している。２つの部材が法線方向Ｚにおいて重なることは、法線方向Ｚに対する平面視において２つの部材が重なることと同じである。図３は、光電変換装置ＡＰＲのうち、誘電体膜４０と遮光部材２０とを含む部分を拡大した断面図である。
図２に示すように、誘電体膜４０は、誘電体膜４０が延在する方向において、第１部分４１と、第２部分４２と、第３部分４３と、を含む。誘電体膜４０が延在する方向は巨視的に見ると面内方向Ｘ，Ｙに沿っており、例えば第１部分４１および第２部分４２は面内方向Ｘ，Ｙに沿って延在するが、微視的に見ると第３部分４３は法線方向Ｚに延在する部分を有する。第１部分４１は、基板１の主面１０１に対する法線方向Ｚにおいて光電変換部２の少なくとも一部に重なる。第２部分４２は、法線方向Ｚにおいて遮光部材２０の少なくとも一部に重なる。第３部分４３は、第１部分４１と第２部分４２とを接続するように、第１部分４１と第２部分４２との間に位置する。図２からは、第３部分４３が法線方向Ｚに対する平面視において第１部分４１と第２部分４２との間に位置することが理解できよう。また、図３からは、法線方向Ｚに対して傾斜した方向において第３部分４３が第１部分４１と第２部分４２との間に位置することが理解できよう。誘電体膜４０の内面４０１は誘電体膜４０の各部分の内面によって構成される。すなわち、誘電体膜４０の内面４０１は第１部分４１の内面４１１と、第２部分４２の内面４２１と、第３部分４３の内面４３１とで構成される。同様に、誘電体膜４０の外面４０２は第１部分４１の外面４１２と、第２部分４２の外面４２２と、第３部分４３の外面４３２とで構成される。図３では外面４１２と外面４２２とを点線で示しており、外面４３２をハッチングで示している。
第１部分４１は光電変換部２の受光面を覆っている。そのため、第１部分４１の内面４１１は光電変換部２０の受光面に対向している。第１部分４１は、法線方向Ｚにおいて光電変換部２の少なくとも一部に重なる。第２部分４２は遮光部材２０の上面２０２を覆っている。そのため、第２部分４２の内面４２１は遮光部材２０の上面２０２に対向している。第３部分４３は遮光部材２０の側面２０３を覆っている。つまり、第３部分３４の内面３４１は遮光部材２０の側面２０３に対向している。
主面１０１から第１部分４１の内面４１１までの距離Ｄ４１１は主面１０１から上面２０２までの距離Ｄ２０２よりも小さいことが好ましい。また、主面１０１から第１部分４１の外面４１２までの距離Ｄ４１２は主面１０１から第２部分４２の外面４２２までの距離Ｄ４２２よりも小さいことが好ましい。このように、第１部分４１を光電変換部２に近づけることにより、遮光部材２０の上面２０２よりも上方の光を遮光部材２０の上面２０２よりも下方へ導くことができる。そのため、遮光部材２０の上面２０２での光の反射による迷光の発生を抑制できる。
第３部分４３の外面４３２は上面２０２に対して傾斜している。そのため、第１部分４１の上方から第３部分４３へ向かう光を、傾斜した外面４３２によって第１部分４１へ反射させることができる。そのため、光利用効率の向上や迷光の低減を図ることができる。外面４３２の上面２０２に対する傾斜角は、外面４３２の接線と上面２０２とが成す角度であり、０°より大きく９０°より小さい。すなわち、外面４３２の上面２０２に対する傾斜角は鋭角である。本例では外面４３２の傾斜角は０°から９０°の間で連続的に変化している。第３部分４３の外面４０２は、法線方向Ｚにおいて遮光部材２０に重なる位置においても上面２０２に対して傾斜していることが、光学的特性向上の上で好ましい。
誘電体部材３０は法線方向Ｚにおいて誘電体膜４０の内面２０１と上面２０２との間に位置する第４部分３４を少なくとも有する。第４部分３４は、上面２０２に対して傾斜した傾斜領域３４３を表面３０２に有している。表面３０２の傾斜領域３４３は、法線方向Ｚにおいて誘電体膜４０と上面２０２との間に位置する。傾斜領域３４３は、第３部分４３の外面４０２に対向している。２つの面同士が対向するとは、一方の面に対する法線が他方の面と交差し、一方の面が他方の面に対する法線と交差することを意味する。第４部分３４の傾斜領域３４３は、誘電体膜４０の内面４０１に沿っている。したがって、第３部分４３の内面４３１は、第３部分４３の外面４０２に対向し、上面２０２に対して傾斜している。
傾斜領域３４３の上面２０２に対する傾斜角は、傾斜領域３４３の接線と上面２０２とが成す角度であり、０°より大きく９０°より小さい。すなわち、傾斜領域３４３の上面２０２に対する傾斜角は鋭角である。本例では傾斜領域３４３の傾斜角は３０〜６０°であるが、０°から９０°の間で連続的に変化していてもよい。
光の入射角によっては外面４３２から第３部分４３へ光が侵入し、上面２０２で反射して迷光になる可能性がある。本実施形態では、このように第３部分４３へ入射した光を、第３部分４３の内面４３１や誘電体部材３０の傾斜領域３４３で反射させることで上面２０２での光の反射を抑制し、また、光利用効率を向上している。本例では、誘電体膜４０と誘電体部材３０とが互いに接触し、誘電体膜４０と誘電体部材３０とが界面を形成する。この界面は内面４３１と表面３０２の傾斜領域３４３とで形成される。ただし、本実施形態においては、誘電体膜４０と誘電体部材３０との間に別の層が配されていてもよい。同様に、遮光部材２０と誘電体部材３０との間に別の層が配されていてもよい。
第２部分４２の外面４２２は、上面２０２に沿って平坦になった平坦領域を有しうる。外面４２２は平坦領域を有さず傾斜領域のみによって構成されていてもよいが、外面４２２が平坦領域を有することは、第３部分４３の外面４３２の上面２０２に対する傾斜角を大きくする上で有利である。第２部分４２は、誘電体膜４０のうち、上面２０２に重なる部分であって、外面４０２のうち主面１０１および／または上面２０２から最も離れた領域（頂）を構成する部分である。典型的には、本例のように第２部分４２の外面４２２の最も離れた領域が平坦領域を構成する。
同様に、誘電体部材３０の第４部分３４の表面３０２は傾斜領域３４３に加えて、上面２０２に沿って平坦な平坦領域３４２を有することができる。平坦領域３４２の幅Ｗ４２２は上面２０２の幅Ｗ２０２よりも小さい。第４部分３４の表面は平坦領域３４２を有さずに傾斜領域３４３のみで構成されていてもよいが、第４部分３４が平坦領域３４２を有することは、傾斜領域３４３の上面２０２に対する傾斜角を大きくする上で有利である。
主面１０１から第３部分４３までの距離Ｄ４３（距離Ｄ４１１と同等）は主面１０１から下面２０１までの距離Ｄ２０１よりも大きいこと（Ｄ４３＞Ｄ２０１）も好ましい。このようにすることで、第３部分４３の基板１側に遮光部材２０の側面２０３を延在させた形態が得られる。第３部分４３から出射した光が遮光部材２０で遮光され、また、遮光部材２０の側面２０３で反射されるため、迷光を低減し、光利用効率を向上できる。
主面１０１から第１部分４１の外面４１２までの距離Ｄ４１２は、主面１０１から第２部分４２の内面４２１までの距離Ｄ４２１よりも小さいこと（Ｄ４１２＜Ｄ４２１）が好ましい。距離Ｄ４１２を小さくすることで外面４３２の傾斜角を大きくできるため、光利用効率を向上できる。主面１０１から第１部分４１の外面４１２までの距離Ｄ４１２と主面１０１から上面２０２までの距離Ｄ２０２との差は、遮光部材２０の厚さＴ２０の半分よりも小さいこと（Ｄ４１２−Ｄ２０２＜Ｔ２０／２）も好ましい。本例では、距離Ｄ２０２と距離Ｄ４１２の差はほぼゼロである。つまり、第１部分４１の外面４１２は遮光部材２０の上面２０２とは略同じ高さに位置している。このようにすることで傾斜した外面４３２を第３部分４３における光の屈折を制御するのに好適な円弧形状にできる。
第２部分４２の法線方向Ｚにおける厚さＴ４２は、遮光部材２０の厚さＴ２０よりも小さいことも好ましい。上面２０２から第２部分４２の外面４２２までの距離Ｄ６２４は、遮光部材２０の法線方向Ｚにおける厚さよりも小さいことも好ましい。上面２０２から第２部分４２の外面４２２までの距離Ｄ６２４は第２部分４２の厚さＴ４２と第４部分３４の厚さＴ３４との和（Ｄ６２４＝Ｔ４２＋Ｔ３４）におおむね相当する。第４部分３４の厚さＴ３４は上面２０２の幅Ｗ２０２の１／４以上である（Ｔ３４≧Ｗ２０２／４）ことも好ましい。第４部分３４の法線方向Ｚにおける厚さＴ３４は、第２部分４２の法線方向Ｚにおける厚さＴ４２よりも小さいことも好ましい。厚さＴ４２や厚さＴ３４をこのような関係にすることで、光学特性を向上する上で、第３部分４３の高さや外面４３２、傾斜領域３４３の角度を適切にできる。また、誘電体部材３０の第４部分３４の厚さＴ３４は適度に大きければ傾斜領域３４３が長くなり、光利用効率が向上しうる。しかし、第４部分３４の厚さＴ３４が極端に大きくなると、第２部分４２や第３部分４３の高さが高くなることで斜入射特性が低下する。よって、光利用効率と斜入射特性の両面から、上述した範囲を採用するのがよい。
誘電体部材３０は第４部分３４の他に、法線方向Ｚに直交する面内方向Ｘにおいて遮光部材２０の側面２０３と第３部分４３との間に位置する第５部分３５を有しうる。第５部分３５の側面２０３に垂直な方向における第５部分３５の厚さＴ２５は、第４部分３４の法線方向Ｚにおける厚さＴ３４よりも小さいことも好ましい。法線方向Ｚにおける第４部分３４の厚さＴ３４は、側面２０３から第３部分４３の内面４３１までの距離の２倍よりも大きいことが好ましい。誘電体膜４０と誘電体部材３０とが界面を成す場合、側面２０３から第３部分４３の内面４３１までの距離は、厚さＴ２５に相当する（Ｔ３４＞Ｔ２５×２）。誘電体部材３０は、第４部分３４の他に、第１部分４１と光電変換部との間に位置する第６部分３６を有しうる。なお、第６部分３６は、誘電体部材３０のうち、法線方向Ｚにおいて第３部分４３と基板１との間に位置する部分も含んでおり、当該部分が第５部分３５に接続している。側面２０３に垂直な方向における第５部分３５の厚さＴ２５は、法線方向Ｚにおける第６部分３６の厚さＴ３６よりも小さいことも好ましい。側面２０３に垂直な方向における第５部分３５の厚さＴ２５は、法線方向Ｚにおける第６部分３６の厚さＴ３６の半分未満であること（Ｔ２５＜Ｔ３６／２）が好ましい。このように、第５部分３５の厚さＴ２５を小さくすることで、第３部分４３の幅が増大することを抑制できるため、光利用効率を向上できる。主面１０１から第６部分３６までの距離は主面１０１から下面２０１までの距離よりも小さいことも好ましい。このようにすることで、第６部分３６の厚さＴ３６を大きくしても、主面１０１から第１部分４１の内面４０１までの距離Ｄ４０１の増大を抑制し、迷光の発生を抑制できる。
光電変換装置ＡＰＲのより詳細な構成を説明する。基板１には、フォトダイオードとして構成された光電変換部２、フローティングノードを構成する検出部４、増幅トランジスタやリセットトランジスタなどのソース／ドレイン領域７が配されている。光電変換部２は、光電変換部２の電荷蓄積領域が基板１の主面１０１（光電変換部２の受光面）から離れて基板１の中に配されている。これにより埋め込み型のフォトダイオードとなっている。光電変換部２が電子を信号電荷として出力する場合、ｎ型の半導体領域である電荷蓄積領域と基板１の主面１０１との間にｐ型の半導体領域である表面分離領域とが設けられ、この表面分離領域が受光面を構成する。また、基板１には、ＳＴＩやＬＯＣＯＳなどの絶縁体からなる素子分離部３が配されている。基板１上にゲート絶縁膜６を介してゲート電極５が配されている。ゲート電極５は転送トランジスタとして機能する。ゲート電極５を覆うように絶縁膜８が設けられている。
ゲート電極５や絶縁膜８が基板１の主面１０１と界面を成す。絶縁膜８の上には層間絶縁膜９が設けられている。層間絶縁膜９を貫通してコンタクトプラグ１０が設けられている。コンタクトプラグ１０は、転送トランジスタのドレインである検出部４や、ソース／ドレイン領域７に接続されている。
基板１と誘電体膜４０との間には、配線層、プラグおよび層間絶縁膜を含む多層配線構造が設けられている。層間絶縁膜９の上には、各々が複数のコンタクトプラグ１０の各々に接続する複数の導電パターンを含む第１配線層１２が設けられている。第１配線層１２の上には層間絶縁膜１１を介して第２配線層１５が設けられている。第１配線層１２と第２配線層１５はビアプラグ１３を介して相互に接続されている。同様に第２配線層１５の上に層間絶縁膜１４、ビアプラグ１６、第３配線層１８、層間絶縁膜１７、ビアプラグ１９、遮光部材２０が設けられている。遮光部材２０は配線層（第４配線層）としても機能する。
遮光部材２０は、バリアメタル部２１０と、導電部２２０と、バリアメタル部２３０を有しうる。法線方向Ｚにおいて導電部２２０がバリアメタル部２１０とバリアメタル部２３０との間に位置する。バリアメタル部２１０が下面２０１を構成し、バリアメタル部２３０が上面２０２を構成し、導電部２２０が側面を構成する。バリアメタル部２１０は、チタン層あるいは窒化チタン層の単層膜であっても、チタン層と窒化チタン層の積層構造であっても良い。またバリアメタル部２１０の厚さは２０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜７０ｎｍ程度である。導電部２２０は、アルミニウム層あるいはアルミニウム合金層からなる。アルミニウム合金としてはアルミニウムと銅の合金（ＡｌＣｕ）やアルミニウムとシリコンの合金（ＡｌＳｉ）が典型的である。導電部２２０の厚さは遮光性能が満たせる以上が必要であるが、例えば３００〜１２００ｎｍ程度である。バリアメタル部２３０は、窒化チタン層の単層構造であり、膜厚は１０〜６０ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍ程度である。バリアメタル部２３０は、バリアメタル部２１０と同様にチタン層と窒化チタン層の積層体であっても良い。バリアメタル部２３０はバリアメタル部２１０よりも薄くてもよい。バリアメタル部２３０の幅が上面２０２の幅Ｗ２０２である。幅Ｗ２０２は、画素間の遮光性能に必要な太さが必要であるが、例えば５００〜９００ｎｍ程度である。このように、遮光部材２０の下面２０１および上面２０２はチタンまたはチタン化合物で構成されており、遮光部材２０の側面２０３はアルミニウムで構成されている。上面２０２をチタンまたはチタン化合物で構成することにより、上面２０２をアルミニウムで構成する場合に比べて、上面２０２での光反射率を低減できるため、迷光を抑制することができる。
本例の誘電体膜４０は複数の誘電体層が積層された複層膜であるが、単一の誘電体層からなる単層膜であってよい。複層膜を構成する複数の誘電体層の各々の屈折率が誘電体部材３０よりも高い屈折率を有することが好ましい。本例の誘電体膜４０は、誘電体層４１０と、誘電体層４１０よりも厚い誘電体層４２０とを有する複層膜であり、誘電体層４１０が内面４０１を構成する。さらに、本例の誘電体膜４０は、誘電体層４２０よりも薄い誘電体層４３０をさらに有する複層膜であり、誘電体層４３０が外面４０２を構成する。つまり、誘電体層４３０と誘電体層４１０との間に誘電体層４２０が位置する。誘電体膜４０は、酸窒化シリコン層である誘電体層４１０と、窒化シリコン層である誘電体層４２０と、酸窒化シリコン層である誘電体層４３０とを含む。そのため、誘電体部材３０は誘電体膜４０よりも高い酸素濃度を有し、かつ、誘電体部材３０は誘電体膜４０よりも高い酸素濃度を有する。誘電体層４２０が酸窒化シリコン層であってもよいし、誘電体部材３０が酸窒化シリコン層であってもよい。酸窒化シリコン層である誘電体層４１０は、屈折率が１．７〜１．８程度、厚さが３０〜１２０ｎｍ、好ましくは６０〜１００ｎｍである。窒化シリコン層である誘電体層４２０は、屈折率が１．９〜２．１程度、厚さが１００〜１０００ｎｍ、好ましくは３００〜６００ｎｍ程度である。酸窒化シリコン層である誘電体層４３０は、屈折率が１．７〜１．８程度、厚さが４０〜２００ｎｍ、好ましくは６０〜１００ｎｍ程度である。ここで挙げた誘電体部材３０の誘電体層４１０、４２０、４３０の厚さは第１部分４１における厚さである。本例の誘電体部材３０は酸化シリコン層の単層膜であり、屈折率は１．４〜１．６程度、厚さは１００〜５００ｎｍ、好ましくは２００〜３００ｎｍである。ここで挙げた誘電体部材３０の厚さは第４部分３４あるいは第６部分３６における厚さである。
遮光部材２０、誘電体部材３０および誘電体膜４０の形成方法について説明する。基板１の上に多層配線プロセスを用いて層間絶縁膜１７にビアプラグ１９を形成する。チタン系のバリアメタル層とアルミニウム系の導電層とチタン系のバリアメタル層の積層膜である遮光膜を層間絶縁膜１７の上に形成する。適当なマスクを用いて遮光膜をエッチングし、遮光部材２０としてパターニングする。この時、遮光部材２０が形成されていない領域における層間絶縁膜１７をオバーエッチングすることで、層間絶縁膜１７に凹部を形成することができる。
遮光部材２０の上に、誘電体部材３０を形成する。誘電体部材３０は、高密度プラズマＣＶＤ法（ＨＤＰ（Ｈｉｇｈ Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｌａｓｍａ）−ＣＶＤ）が好適である。高密度プラズマＣＶＤ法におけるプラズマ密度は、例えば１０１１〜１０１３／ｃｍ３でありうる。誘電体部材３０の原料ガスにはシラン系ガスを用いることができる。また、誘電体部材３０の成膜時の成膜温度を４００〜４５０℃とすることができる。高密度プラズマＣＶＤ法のプラズマ密度やプロセスガスの成分を調整して、誘電体部材３０の成膜時にスパッタリングとデポジッションを同時に生じさせる。これにより、成膜された有で体無部材３０は、遮光部材２０の上面２０２と側面２０３の角を覆う部分がスパッタリングによってエッチングされる。よって、上面２０２上において、誘電体部材３０の表面３０２は傾斜領域３４３を有することができる。デポジッションはシラン系ガスなどのシリコン含有ガスと酸素含有ガスとの反応によって生じ、スパッタリングはイオン化されたアルゴンによって生じる。このようにスパッタリングに用いられるアルゴンは誘電体部材３０に取り込まれる。そのため、誘電体部材３０はアルゴンを含みうる。また、誘電体部材３０の成膜時に、遮光部材２０の側面２０３上の誘電体部材３０をスパッタリングすることで厚さＴ２５を小さくできる。また、上述したように層間絶縁膜１７に凹部を形成することにより、距離Ｄ３６を距離Ｄ２０２よりも小さくできる。
誘電体部材３０の上に通常のプラズマＣＶＤ法によって、誘電体膜４０を形成する。通常のプラズマＣＶＤ法におけるプラズマ密度は、例えば１０８〜１０１１／ｃｍ３でありうる。通常のプラズマＣＶＤ法によれば、誘電体部材３０（および層間絶縁膜１７、遮光部材２０）によって形成された下地の上に等方的に誘電体膜４０が成膜される。その結果、誘電体膜４０は誘電体部材３０の傾斜面に対向して傾斜する外面４３２を有することができる。通常のプラズマＣＶＤ法による誘電体膜４０の成膜では、上述した誘電体部材３０の成膜とは異なり、極力スパッタを生じさせないことが好ましい。そのため、誘電体膜４０はアルゴンを含まない組成となる。その結果、誘電体膜４０は誘電体部材３０よりも低いアルゴン濃度を有しうる。
プラズマＣＶＤ法によって誘電体膜４０を形成することで、誘電体膜４０は水素を豊富に含むことができる。水素を豊富に含む誘電体膜４０と遮光部材２０との間に誘電体部材３０を介在させることで、誘電体膜４０のうちの遮光部材２０に重なる第２部分４２から基板１への水素供給を効率的に行うことができる。誘電体膜４０に比べて低い窒素濃度、高いアルゴン濃度を有する誘電体部材３０は水素透過性が誘電体膜４０に比べて向上する。このように、基板１への水素供給を増加させることで、光電変換エリアにおける暗電流を低減することができる。また同様の構造を周辺回路エリアでも採用することで、周辺回路エリアにおけるホットキャリアによるトランジスタ特性の劣化を防ぐこともできる。
なお、誘電体部材３０を、遮光部材２０のパターニニングの前に、遮光部材２０の形成のための遮光膜の上にパターニングして形成してもよい。遮光膜の上にパターニングされた誘電体部材３０をハードマスクとして用いて遮光膜をエッチングすることによって、遮光部材２０と誘電体部材３０とを形成してもよい。その場合、誘電体部材３０は遮光部材２０の上面２０２の上のみに配置され、遮光部材２０の側面２０３の上や光電変換部２の上には配置されないことになる。このような誘電体部材３０の傾斜領域３４３は、遮光膜のパターニング前に形成されてもよいし、遮光膜のパターニング中、あるいは遮光膜のパターニング後に形成されてもよい。
ここまで表面照射型の光電変換装置ＡＰＲを説明したが、複数の配線層１２、１５、１８を基板１に対して主面１０１とは反対側に配置して、裏面照射型の光電変換装置ＡＰＲとしてもよい。そのようにすれば、遮光部材２０と基板１との距離を小さくでき、斜入射特性を向上することができる。
図４は、光電変換装置ＡＰＲを備える機器ＥＱＰの構成の一例を示している。光電変換エリアＰＸを有する半導体チップＩＣには、周辺回路が設けられた周辺回路エリアＰＲを更に設けることができる。周辺回路を別の半導体チップに設けることもできる。周辺回路が設けられた別の半導体チップと光電変換エリアＰＸを有する半導体チップとを積層することもできる。
半導体装置ＡＰＲは基板１を有する半導体チップＩＣの他に、半導体チップＩＣを収容するパッケージＰＫＧを含みうる。パッケージＰＫＧは、半導体チップＩＣが固定された基体と、半導体チップＩＣに対向するガラス等の蓋体と、基体に設けられた端子と半導体チップＩＣに設けられた端子とを接続するボンディングワイヤやバンプ等の接続部材と、を含みうる。
機器ＥＱは、光学系ＯＰＴ、制御装置ＣＴＲＬ、処理装置ＰＲＣＳ、表示装置ＤＳＰＬ、記憶装置ＭＭＲＹの少なくともいずれかをさらに備え得る。光学系ＯＰＴは光電変換装置ＡＰＲに結像するものであり、例えばレンズやシャッター、ミラーである。制御装置ＣＴＲＬは光電変換装置ＡＰＲを制御するものであり、例えばＡＳＩＣなどの半導体装置である。処理装置ＰＲＣＳは光電変換装置ＡＰＲから出力された信号を処理するものであり、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）あるいはＤＦＥ（デジタルフロントエンド）を構成するための、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの光電変換装置である。表示装置ＤＳＰＬは光電変換装置ＡＰＲで得られた情報（画像）を表示する、ＥＬ表示装置や液晶表示装置である。記憶装置ＭＭＲＹは、光電変換装置ＡＰＲで得られた情報（画像）を記憶する、磁気装置や半導体装置である。記憶装置ＭＭＲＹＳＲＡＭやＤＲＡＭなどの揮発性メモリ、あるいは、フラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリである。機械装置ＭＣＨＮはモーターやエンジン等の可動部あるいは推進部を有する。
図４に示した機器ＥＱＰは、撮影機能を有する情報端末やカメラなどの電子機器でありうる。カメラにおける機械装置ＭＣＨＮは光学系ＯＰＴの部品を駆動することができる。また、機器ＥＱＰは、車両や船舶、飛行体などの輸送機器でありうる。輸送機器における機械装置ＭＣＨＮは移動装置として用いられうる。輸送機器としての機器ＥＱＰは、光電変換装置ＡＰＲを輸送するものや、撮影機能により運転（操縦）の補助および／または自動化を行うものに好適である。運転（操縦）の補助および／または自動化のための処理装置ＰＲＣＳは、光電変換装置ＡＰＲで得られた情報に基づいて移動装置としての機械装置ＭＣＨＮを操作するための処理を行うことができる。
本実施形態による光電変換装置ＡＰＲを用いれば、太陽光や車両のヘッドライトのような強い光に対しても、遮光部材２０での反射による迷光の発生を抑制できる。そのため、光電変換装置ＡＰＲを輸送機器に搭載して輸送機器の外部の撮影や外部環境の測定を行う際に優れた画質や測定精度を得ることができる。よって、輸送機器の製造、販売を行う上で、輸送機器に本実施形態の光電変換装置ＡＰＲの搭載を決定することは、輸送機器の性能を高める上で有利である。
以上、説明した実施形態は、技術思想を逸脱しない範囲において適宜変更が可能である。なお、本実施形態の開示内容は、本明細書に明記したことのみならず、本明細書に添付した図面から把握可能な全ての事項を含む。
１ 基板
２０ 遮光部材
２０１ 下面
２０２ 上面
２０３ 側面
３０ 誘電体部材
３０２ 表面
３４２ 傾斜領域
４０ 誘電体膜
４０１、４１１、４２１、４３１ 内面
４０２、４１２、４２２、４３２ 外面

Claims (20)

  1. 主面に沿って複数の光電変換部が配列された光電変換エリアを有する基板と、
    前記光電変換エリアの上に配され、前記基板の側の内面および前記基板の側とは反対側の外面を有する膜と、
    前記膜と前記光電変換エリアとの間に配され、前記基板の側に位置する下面、前記基板の側とは反対側に位置する上面、および、前記下面と前記上面とを結ぶ側面を有し、遮光体からなる第１部材と、
    少なくとも前記膜と前記上面との間に配された第２部材と、
    前記膜の上に配されたカラーフィルターと、
    を備える光電変換装置であって、
    前記主面から前記上面までの距離は、前記主面から前記カラーフィルターまでの距離はよりも小さく、
    前記膜は、前記基板の主面に対する法線方向において前記光電変換部の少なくとも一部に重なる第１部分と、前記法線方向において前記上面に重なる第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間に位置する第３部分と、を含み、
    前記主面から前記第１部分の前記内面までの距離は、前記主面から前記下面までの距離よりも大きく、かつ、前記主面から前記上面までの距離よりも小さく、
    前記主面から前記第１部分の前記外面までの距離は前記主面から前記第２部分の前記外面までの距離よりも小さく、前記第３部分の前記外面は前記上面に対して傾斜しており、
    前記第２部材の前記膜の側の表面は、前記法線方向における前記膜と前記上面との間にて、前記上面に対して傾斜しており、
    前記第２部材は、前記法線方向において前記膜と前記上面との間に位置する第４部分と、前記側面と前記第３部分との間に位置する第５部分と、前記第１部分と前記光電変換部との間に位置する第６部分と、を有し、
    前記主面から前記第６部分までの距離は前記主面から前記下面までの距離よりも小さく、
    （Ａ）前記第２部材は前記膜よりも低い屈折率を有すること、
    （Ｂ）前記膜および前記第２部材はシリコン化合物であって、前記第２部材は前記膜よりも低い窒素濃度および／または高い酸素濃度を有すること、
    の少なくともいずれかを満たすことを特徴とする光電変換装置。
  2. 主面に沿って複数の光電変換部が配列された光電変換エリアを有する基板と、
    前記光電変換エリアの上に配され、前記基板の側の内面および前記基板の側とは反対側の外面を有する膜と、
    前記膜と前記光電変換エリアとの間に配され、前記基板の側に位置する下面、前記基板の側とは反対側に位置する上面、および、前記下面と前記上面とを結ぶ側面を有し、遮光体からなる第１部材と、
    少なくとも前記膜と前記上面との間に配された第２部材と、を備える光電変換装置であって、
    前記膜は、前記基板の主面に対する法線方向において前記光電変換部の少なくとも一部に重なる第１部分と、前記法線方向において前記上面に重なる第２部分と、前記第１部分と前記第２部分との間に位置する第３部分と、を含み、
    前記主面から前記第１部分の前記内面までの距離は、前記主面から前記下面までの距離よりも大きく、かつ、前記主面から前記上面までの距離よりも小さく、
    前記主面から前記第１部分の前記外面までの距離は前記主面から前記第２部分の前記外面までの距離よりも小さく、前記第３部分の前記外面は前記上面に対して傾斜しており、
    前記第２部材は、前記法線方向において前記膜と前記上面との間に位置する第４部分と、前記側面と前記第３部分との間に位置する第５部分と、前記第１部分と前記光電変換部との間に位置する第６部分と、を有し、
    前記法線方向における前記第４部分の厚さは、前記側面から前記第３部分の前記内面までの距離の２倍よりも大きく、
    （Ａ）前記第２部材は前記膜よりも低い屈折率を有すること、
    （Ｂ）前記膜および前記第２部材はシリコン化合物であって、前記第２部材は前記膜よりも低い窒素濃度および／または高い酸素濃度を有すること、
    の少なくともいずれかを満たすことを特徴とする光電変換装置。
  3. 前記第２部材の前記膜の側の表面は、前記法線方向における前記膜と前記上面との間にて、前記上面に対して傾斜している、請求項２に記載の光電変換装置。
  4. 前記主面から前記第６部分までの距離は前記主面から前記下面までの距離よりも小さい、請求項２または３に記載の光電変換装置。
  5. 前記主面から前記第１部分の前記外面までの距離は前記主面から前記第２部分の前記内面までの距離よりも小さい、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  6. 前記主面から前記第１部分の前記外面までの距離と前記主面から前記上面までの距離との差は、前記下面から前記上面までの距離の半分よりも小さい、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  7. 前記法線方向における前記第２部分の厚さは、前記法線方向における前記第１部材の厚さよりも小さい、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  8. 前記上面から前記第２部分の前記外面までの距離は、前記法線方向における前記第１部材の厚さよりも小さい、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  9. 前記法線方向における前記第４部分の厚さは前記上面の幅の１／４以上である、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  10. 前記法線方向における前記第４部分の厚さは、前記法線方向における前記第２部分の厚さよりも小さい、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  11. 前記法線方向における前記第４部分の厚さおよび前記法線方向における前記第６部分の厚さは、前記側面に垂直な方向における前記第５部分の厚さよりも大きく、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  12. 前記側面に垂直な方向における前記第５部分の厚さは、前記法線方向における前記第６部分の厚さの半分未満である、請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  13. 前記外面は、前記法線方向において前記第１部材に重なる位置において前記上面に対して傾斜している、請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  14. 前記上面はチタンまたはチタン化合物で構成されており、前記側面はアルミニウムで構成されている、請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  15. 前記膜は、第１層と、前記第１層よりも厚い第２層とを有する複層膜であり、前記第１層が前記内面を構成する、請求項１乃至１４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  16. 前記第１層および前記第２層はシリコン化合物であって、前記第２層は前記第１層よりも高い窒素濃度を有する、請求項１５に記載の光電変換装置。
  17. 前記膜は、前記第２層よりも薄い第３層を有する複層膜であり、前記第３層が前記外面を構成する、請求項１５または１６に記載の光電変換装置。
  18. 前記膜および前記第２部材はシリコン化合物であって、前記第２部材は前記膜よりも高いアルゴン濃度を有する、請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の光電変換装置。
  19. 請求項１乃至１８のいずれか１項に記載の光電変換装置を備える機器であって、
    前記光電変換装置に結像する光学系、前記光電変換装置を制御する制御装置、前記光電変換装置から出力された信号を処理する処理装置、前記光電変換装置で得られた情報を表示する表示装置、および、前記光電変換装置で得られた情報を記憶する記憶装置の少なくともいずれかと、をさらに備えることを特徴とする電子機器。
  20. 請求項１乃至１９のいずれか１項に記載の光電変換装置を備える機器であって、
    機械装置と、
    前記光電変換装置で得られた情報に基づいて前記機械装置を操作するための処理を行う処理装置と、をさらに備えることを特徴とする機器。
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