WO2013031160A1 - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solid-state imaging device having an imaging region in which a plurality of unit pixels are arranged two-dimensionally and a manufacturing method thereof.
- the solid-state imaging device has been increased in the number of pixels and the pixel size has been reduced, and maintenance or improvement of optical characteristics such as sensitivity and color mixing has been an issue.
- the pixel size is reduced, performance requirements for color reproducibility have become stricter, and it is a big problem to suppress color mixture that occurs when light that passes through a color filter is mixed into adjacent pixels.
- Patent Document 1 a structure has been proposed in which a partition made of a material having a refractive index lower than that of the color filter layer is provided between the color filter layers, thereby preventing light from being mixed into adjacent pixels.
- FIG. 5 is a diagram schematically showing a cross section of the solid-state imaging device of Patent Document 1.
- each pixel corresponds to a pixel of any color of R (red), G (green), and B (blue).
- 5 includes a semiconductor substrate 822 including photodiodes 826R, 826G, and 826B, a device protective film 823 having a convex inner lens 828, color filter layers 821R, 821G, and 821B, and a color filter layer.
- Partition walls 825 that are separated from each other, a planarization layer 827 that covers and planarizes the surface of the color filter layer, and planarization provided between the device protection film 823 and the color filter layers 821R, 821G, and 821B.
- a layer 824 and a transfer electrode 829 made of polysilicon or the like are provided.
- a partition wall 825 made of a material having a refractive index lower than that of the color filter layer is formed between the color filter layers. Therefore, it is possible to suppress the mixing of light into adjacent pixels with respect to the oblique incident light, and there is an effect of suppressing color mixing and improving color reproducibility.
- the conventional solid-state imaging device has an effect of suppressing color mixing and improving color reproducibility by having a partition wall, there is a problem in that shading characteristics deteriorate due to a decrease in sensitivity.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and provides a solid-state imaging device capable of suppressing color mixing to improve color reproducibility and suppressing a decrease in sensitivity to suppress deterioration of shading characteristics. With the goal.
- one aspect of the solid-state imaging device is a solid-state imaging device having an imaging region in which a plurality of unit pixels are arranged in a two-dimensional manner, and includes a semiconductor substrate, A photoelectric conversion unit formed to correspond to each of the plurality of unit pixels, and a component of a predetermined color corresponding to each of the plurality of unit pixels formed above the photoelectric conversion unit.
- a color filter layer that is separated into a plurality of unit pixels, and a partition wall that is formed of a material having a refractive index lower than that of the color filter layer and separates the color filter layers between adjacent unit pixels.
- the first partition formed in the first unit pixel in the periphery of the second unit is a second partition formed in the second unit pixel in the center of the imaging region among the plurality of unit pixels. Even a low height.
- the height of the partition wall in the unit pixel in the periphery of the imaging region is made lower than the height of the barrier in the unit pixel in the center of the imaging region to increase the effective aperture ratio for low-angle incident light. Therefore, even in the unit pixel where the incident light around the imaging region is incident at a low angle, the incident light is not blocked by the partition wall, and the sensitivity does not decrease. As a result, color mixing is suppressed to improve color reproducibility, and even when incident light is incident on the pixels in the periphery of the imaging region at a low angle, the incident light is not blocked by the partition wall, so the sensitivity does not decrease and the shading characteristics Can be realized.
- the first partition may have a height in the range of 0.85 to 0.95, where the height of the second partition is 1.
- the second partition may have the same height as the color filter layer, and the first partition may have a height in the range of 85 to 95% of the height of the color filter layer. .
- an optical waveguide that is formed above each of the photoelectric conversion units and guides light to the photoelectric conversion unit, and a microlens that is formed above each of the color filter layers and collects incident light. Also good.
- This configuration improves the light collection efficiency and improves the sensitivity.
- the center position of the microlens is located between the center position of the photoelectric conversion unit and the end of the first partition wall. It is good.
- the microlens formed on the first unit pixel in the periphery of the imaging region is shifted in a direction approaching the center side of the imaging region.
- the center position between the first partition walls facing each other through the color filter layer is from the center position of the photoelectric conversion unit.
- the center position of the photoelectric conversion unit and the distance between the center position of the microlenses may be 60% or less.
- the microlens formed in the first unit pixel in the periphery of the imaging region is shifted in a direction approaching the center of the imaging region, and the shift amount of the first partition is made smaller than the shift amount of the microlens.
- the center position of the microlens when viewed from above the first unit pixel, is located between the center position of the photoelectric conversion unit and the end of the optical waveguide. Good.
- the center position of the microlens and the center position between the first partition walls facing each other through the color filter layer are: It may be located on the second unit pixel side compared to the center position of the photoelectric conversion unit, and in the first unit pixel, as viewed from above the first unit pixel, A center position and a center position between the first partition walls facing each other through the color filter layer may be located on the opposite side of the second unit pixel as compared to the center position of the photoelectric conversion unit. Good.
- the microlens and the first partition formed in the first unit pixel in the peripheral part of the imaging region are shifted in a direction toward or away from the center side of the imaging region. Therefore, even when incident light is incident on the first unit pixel in the peripheral portion of the imaging region at a low angle, the incident light is not blocked by the first partition, and the sensitivity does not decrease. Thereby, a solid-state imaging device with better shading characteristics can be realized.
- one aspect of a method for manufacturing a solid-state imaging device is a method for manufacturing a solid-state imaging device having an imaging region in which a plurality of unit pixels are two-dimensionally arranged. Forming a photoelectric conversion unit corresponding to each of the plurality of unit pixels in a semiconductor substrate; and separating incident light into a predetermined color component corresponding to each of the plurality of unit pixels above the photoelectric conversion unit.
- the step of forming the partition wall the height of the first partition wall of the first unit pixel arrayed in the peripheral portion of the imaging region is set to the second height arrayed in the center portion of the imaging region. Unit pixel Formed to be lower than the height of the second partition.
- a solid-state imaging device capable of suppressing color mixing to improve color reproducibility and suppressing a decrease in sensitivity and a deterioration in shading characteristics. Specifically, while suppressing color mixing and improving color reproducibility, even when incident light is incident on pixels around the imaging region at a low angle, the incident light is not blocked by the partition wall, so the sensitivity does not decrease, A solid-state imaging device having excellent shading characteristics can be realized.
- FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 2A is a diagram showing a cross section of the unit pixel 4a in the center of the imaging region of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 2B is a diagram showing a cross section of the unit pixel 4a in the periphery of the imaging region of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 3A is a diagram for explaining the method of manufacturing the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 3B is a diagram for explaining the method of manufacturing the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 3C is a diagram for explaining the method of manufacturing the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 3D is a diagram for describing the method for manufacturing the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 3E is a diagram for describing the method for manufacturing the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 3F is a diagram for describing the method for manufacturing the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 3G is a diagram for explaining the method for manufacturing the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 3H is a diagram for explaining the method of manufacturing the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 3I is a diagram for describing the method for manufacturing the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
- FIG. 4 is a diagram showing a cross section of a unit pixel in the periphery of the imaging region of the solid-state imaging device according to Embodiment 2 of the present invention.
- FIG. 5 is a diagram showing a cross section of a conventional solid-state imaging device.
- FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
- a solid-state imaging device 100 shown in FIG. 1 is a solid-state imaging device having an imaging region in which a plurality of unit pixels are arranged two-dimensionally, and on the same semiconductor substrate as the imaging region 2 arranged on a semiconductor substrate.
- the peripheral circuit area 3 is arranged around the imaging area 2 in FIG.
- the solid-state imaging device 100 includes a unit pixel 4, a vertical scanning circuit 5, a timing control unit 6, a horizontal scanning circuit 7, a column readout circuit 8, and an output circuit 9.
- a plurality of unit pixels 4 composed of CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor) sensors are arranged in a row direction (horizontal direction in the figure) and a column direction (vertical direction in the figure) (in a matrix). This is a region where a pixel array is formed.
- CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor
- Each unit pixel 4 photoelectrically converts incident light to generate a pixel signal.
- the peripheral circuit region 3 is a region where a circuit for reading out pixel signals generated in the imaging region 2, a circuit for performing signal processing after reading out signal charges, and the like are formed. Specifically, the peripheral circuit region 3 is a region formed by a vertical scanning circuit 5, a timing control unit 6, a horizontal scanning circuit 7, a column readout circuit 8, and an output circuit 9.
- the solid-state imaging device 100 is formed.
- FIG. 2A is a diagram showing a cross section of the unit pixel 4a in the central portion of the imaging region 2 of the solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
- the unit pixel 4a shown in FIG. 2A is formed (arranged) in the center of the imaging region 2, and includes the semiconductor substrate 10, the photoelectric conversion unit 15, the interlayer insulating film 20, the wiring 25, the optical waveguide 30, A partition wall 50, a color filter 60, and a microlens 70 are included.
- the photoelectric conversion unit 15 is formed in the semiconductor substrate 10 so as to correspond to each of the plurality of unit pixels 4. Specifically, the photoelectric conversion units 15 are formed in a matrix on the semiconductor substrate 10.
- the interlayer insulating film 20 is composed of a laminated body in which a plurality of films are laminated, and each film is made of a material having a lower refractive index than a material constituting the optical waveguide 30 described later.
- the material constituting the interlayer insulating film 20 is, for example, silicon oxide (SiO 2 ) such as BPSG (Boron Phosphorous Silicate Glass) having a refractive index of 1.45, or an insulator material such as SiOC.
- the interlayer insulating film 20 is formed on the semiconductor substrate 10, has an optical waveguide 30 in a portion corresponding to the upper part of the photoelectric conversion unit 15, and is formed with, for example, Cu as a main material in a region surrounding the optical waveguide 30.
- a plurality of wirings 25 are provided.
- the wiring 25 is formed in the interlayer insulating film 20. More specifically, the wiring 25 is formed at the position of the upper portion between the adjacent photoelectric conversion portions 15 in the interlayer insulating film 20. As described above, the wiring 25 is formed so as not to prevent the light from entering the photoelectric conversion unit 15.
- the optical waveguide 30 is formed above the photoelectric conversion unit 15 and guides light to the photoelectric conversion unit 15. Specifically, the optical waveguide 30 is formed in a cylindrical shape on the photoelectric conversion unit 15 for each unit pixel 4a.
- the optical waveguide 30 is not limited to being formed in a cylindrical shape, and may be formed in a rectangular parallelepiped shape or other shapes.
- the optical waveguide 30 is made of a material having translucency and having a higher refractive index than the interlayer insulating film 20.
- the material constituting the optical waveguide 30 is, for example, an organic material such as TiO-dispersed polyimide having a refractive index of 1.8 to 1.9, or silicon nitride (SiN) having a refractive index of 2.0.
- the diameter of the optical waveguide 30 is substantially equal to the width (about 1 ⁇ m) of the photoelectric conversion unit 15.
- the height of the optical waveguide 30 varies depending on the number of wiring layers, but is about 2 ⁇ m, for example.
- the length of one side of the opening is formed to be substantially equal to the width (about 1 ⁇ m) of the photoelectric conversion unit 15.
- the color filter 60 is formed above the photoelectric conversion unit 15 and separates incident light into components of a predetermined color corresponding to each of the plurality of unit pixels 4. Specifically, the color filter 60 is formed on the optical waveguide 30 and the interlayer insulating film 20 and is made of a transparent polymer resin having a refractive index of about 1.6 to 1.7, for example, red (R), green It is colored (G) or blue (B).
- the partition 50 is made of a material having a lower refractive index than the color filter 60 and separates the color filters 60 in the adjacent unit pixels 4.
- the partition wall 50 is made of an insulating film having a refractive index lower than that of the color filter 60, and separates the color filter 60 of the adjacent unit pixel 4a.
- the partition 50 is made of silicon oxide (SiO 2 ) made of TEOS (tetraethoxysilane) gas or the like.
- the partition wall 50 is formed with a width of about 150 to 250 nm and a height of about 600 to 800 nm.
- the refractive index of the partition 50 is about 1.5 to 1.6, which is smaller than the refractive index of the color filter 60.
- the micro lens 70 is formed on the color filter 60 and collects incident light.
- the microlens 70 is a convex lens having a convex upper surface, and the diameter thereof is substantially equal to the size of the unit pixel 4.
- the microlens 70 is made of a transparent polymer resin having a refractive index of about 1.6.
- the diameter of the microlens 70 is also about 2 ⁇ m.
- the unit pixel 4a is configured as described above.
- the unit pixel 4 a configured in this way, light incident perpendicularly to the microlens 70 passes through the color filter 60 and travels through the optical waveguide 30.
- light incident obliquely on the microlens 70 that is, light incident at a low angle so as to travel in the direction of the adjacent unit pixel 4 a after entering the color filter 60 strikes the partition wall 50.
- the refractive index of the partition wall 50 is smaller than the refractive index of the color filter 60, the light incident at a low angle is suppressed from being reflected by the surface of the partition wall 50 and entering the adjacent unit pixel 4a. In this way, the unit pixel 4a has the partition wall 50, so that color mixing can be suppressed.
- FIG. 2B is a diagram showing a cross section of the unit pixel 4b in the peripheral portion of the imaging region 2 of the solid-state imaging device 100 according to Embodiment 1 of the present invention. Elements similar to those in FIG. 2A are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
- Units 4b shown in FIG. 2B are formed (arranged) in the periphery of the imaging region 2, and include the semiconductor substrate 10, the photoelectric conversion unit 15, the interlayer insulating film 20, the wiring 25, the optical waveguide 30, A partition wall 55, a color filter 65, and a microlens 70 are included.
- the unit pixel 4b shown in FIG. 2B differs from the unit pixel 4a shown in FIG. 2A in the configuration of the color filter 65 and the partition wall 55.
- the height of the partition wall 55 of the unit pixel 4b formed in the peripheral portion of the imaging region 2 is lower than the height of the partition wall 50 of the unit pixel 4a formed in the central portion of the imaging region 2. . Except for the height of the partition wall 55, it is the same as that of the partition wall 50 and will not be described.
- the color filter 65 of the unit pixel 4b is formed up to the upper part of the partition wall 55. In addition, since it is the same as that of the color filter 60 except for the position where the color filter 65 is formed, the description is omitted.
- the unit pixel 4b is configured as described above.
- an effective aperture ratio with respect to light incident at a low angle from the central portion to the peripheral portion of the imaging region 2 where the pixel array is formed can be increased. That is, the incident light is not blocked by the partition walls 55 even when light is incident on the unit pixels 4b in the periphery of the imaging region 2 at a low angle. As a result, color mixing is suppressed and color reproducibility is improved, and even when incident light is incident on the pixels in the periphery of the imaging region at a low angle, the incident light is not blocked by the partition wall, so that the incident light is efficiently guided to the optical waveguide. 30 and the sensitivity does not decrease.
- the unit pixel 4a is formed in the central portion of the imaging region 2, and the unit pixel 4b is formed in the peripheral portion of the imaging region 2, thereby suppressing color mixing and improving color reproducibility and reducing sensitivity. And the solid-state imaging device 100 with good shading characteristics can be realized.
- the height of the partition wall 50 of the unit pixel 4a formed in the center of the imaging region 2 is 700 nm (equivalent to the film thickness of the color filter determined from the spectral characteristics), and the incident angle of light incident on the periphery of the imaging region 2 Is 4 °.
- the incident angle of light incident on the periphery of the imaging region 2 Is 4 °.
- the height of the partition wall 55 of the unit pixel 4b formed at the outermost peripheral portion of the imaging region 2 is 600 nm. If the height is set so as to change uniformly toward the unit pixel 4b to be formed, the incident light is not blocked at the upper part of the partition wall 55, and enters the center of the optical waveguide through the center of the color filter. can do.
- the height of the partition wall 55 of the unit pixel 4b formed in the peripheral portion of the imaging region 2 is preferably formed as follows in order to satisfy sensitivity and color mixing requirements. That is, when the partition wall 50 of the unit pixel 4a formed at the center of the imaging region 2 is about 100% (the same height) as the color filter 60 (or the color filter 65).
- the partition wall 55 of the unit pixel 4b formed in the periphery of the imaging region 2 is preferably about 85 to 95% with respect to the height of the color filter 60 (or the color filter 65).
- the height of the partition wall 50 of the unit pixel 4a formed at the center of the imaging region 2 is 1, the height of the partition wall 55 of the unit pixel 4b formed at the periphery of the imaging region 2 is about 0. .85 to 0.95.
- this numerical range is an example. It is sufficient if color mixing can be prevented with respect to sensitivity and incident light at a smaller angle.
- 3A to 3I are diagrams for explaining a method of manufacturing the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
- 3A to 3I show cross-sectional views of the unit pixel 4a formed at the center of the imaging region 2 in each step.
- photoelectric conversion portions 15 corresponding to the plurality of unit pixels 4 are formed in the semiconductor substrate 10.
- the plurality of photoelectric conversion units 15 are formed in a matrix in the semiconductor substrate 10.
- an interlayer insulating film 21 is formed on the semiconductor substrate 10 on which the photoelectric conversion unit 15 is formed.
- a laminate including a laminate of a plurality of films is formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method or the like.
- a plurality of wirings 25 are also formed in the interlayer insulating film 21 by the damascene method (FIG. 3A).
- a groove for forming the wiring 25 is formed by etching in one layer of the laminate constituting the interlayer insulating film 21. Subsequently, a barrier metal film serving as a seed layer is formed on the bottom and side surfaces of the groove. Thereafter, copper is deposited on the barrier metal film inside the groove by electrolytic plating, and the conductive material deposited outside the groove is removed by CMP (Chemical Mechanical Polishing). By performing this process for each wiring layer, a plurality of wirings 25 embedded in the interlayer insulating film 21 can be formed.
- a resist pattern 22 for opening a portion of the interlayer insulating film 21 corresponding to the upper portion of the photoelectric conversion unit 15 is formed (FIG. 3B).
- the interlayer insulating film 21 is etched by RIE (reactive ion etching) or the like. Thereby, the interlayer insulating film 20 including the hole 23 is formed (FIG. 3C).
- the depth of the hole 23 is, for example, about 400 nm to 600 nm.
- the photoelectric conversion unit 15 is exposed through the hole 23. Note that the photoelectric conversion unit 15 may not be exposed. In this case, in order to avoid damage to the surface of the photoelectric conversion unit 15 due to the formation of the hole 23, an insulating film of about several tens of nm may be left.
- a material (optical waveguide material) having a refractive index higher than that of the material constituting the interlayer insulating film 20 is deposited in the hole 23 in the interlayer insulating film 20.
- the optical waveguide material has a thickness sufficient to suppress variations in thickness. Specifically, the entire surface region of the optical waveguide material is made higher than the upper surface of the interlayer insulating film 20.
- the optical waveguide material is planarized by, for example, CMP or etchback.
- the upper surface of the interlayer insulating film 20 and the upper surface of the optical waveguide 30 are processed to have the same height by shaving until the portion of the interlayer insulating film 20 that is between the adjacent photoelectric conversion portions 15 is exposed. .
- each hole 23 of the interlayer insulating film 20 can be filled with the optical waveguide material, and the optical waveguide 30 can be formed in the interlayer insulating film 20 and above the photoelectric conversion portion 15 (FIG. 3D).
- the partition wall 50 for separating the color filter 60 from the color filter 60 of the adjacent unit pixel 4 is formed of a material having a refractive index lower than that of the color filter 60 formed in a later step.
- a low refractive index film 51 which is a material having a refractive index lower than that of the color filter 60 to be the partition wall 50, is formed on the optical waveguide 30 and the interlayer insulating film 20 by a CVD method or the like (FIG. 3E).
- the low refractive index film 51 is made of a material such as silicon oxide (SiO 2 ) made of, for example, TEOS (tetraethoxysilane) gas.
- the film thickness of the low refractive index film 51 is set to be approximately the same as the film thickness of the color filter 60 to be formed in a later process.
- a resist film is formed on the low refractive index film 51, and a resist pattern 52 is formed from the resist film so as to surround the photoelectric conversion unit 15.
- a resist pattern 52 is formed by a lithography process so as to surround the lower optical waveguide 30 (FIG. 3F).
- the barrier ribs 50 are formed by etching the low refractive index film 51 using the resist pattern 52 as an etching mask. Specifically, an etching process such as RIE is performed to form the partition wall 50 made of the low refractive index film 51 (FIG. 3G).
- a color filter 60 for separating incident light into components of a predetermined color corresponding to each of the plurality of unit pixels 4 is formed above the photoelectric conversion unit 15 and between the partition walls 50 (FIG. 3H).
- the formation method of the color filter 60 is the same as the manufacturing process of the conventional solid-state imaging device, and the color filter 60 is formed by repeatedly performing the application of the transparent polymer resin, the lithography process, and the etching process.
- the microlens 70 is formed on the formed color filter 60 (FIG. 3I).
- the formation method of the microlens 70 is the same as the manufacturing process of the conventional solid-state imaging device, and the microlens 70 is formed through application of a transparent polymer resin, a lithography process, an etching process, or a heat flow process.
- a solid-state imaging device including the unit pixel 4a shown in FIG. 2A formed at the center of the imaging region 2 can be manufactured.
- the method of forming the unit pixel 4b shown in FIG. 2B formed in the periphery of the imaging region 2 is substantially the same as the unit pixel 4a described above.
- the difference between the formation method of the unit pixel 4b and the formation method of the unit pixel 4a is that the height of the partition wall 55 of the unit pixel 4b is formed lower than the height of the partition wall 50 of the unit pixel 4a.
- the film thickness of the low refractive index film 51 in the peripheral portion of the imaging region 2 may be made thinner than the low refractive index film 51 in the central portion of the imaging region 2.
- the resist film thickness may be reduced in the peripheral portion of the imaging region 2 as compared with the central portion of the imaging region 2 by a lithography process, and an etching process such as RIE may be performed. More specifically, when a resist film is formed above the low refractive index film 51, the thickness of the resist film in the peripheral portion of the imaging region 2 is compared with the thickness of the resist film in the central portion of the imaging region 2. A resist pattern is formed from the resist film using a gray scale mask so as to be thin. Then, the low refractive index film 51 may be etched back. After that, it is the same as the above-mentioned method.
- a method using a BPSG flow As another method, for example, there is a method using a BPSG flow.
- the low refractive index film 51 is deposited, the low refractive index film 51 is processed so as to have a convex shape at the center by a lithography process and an etching process.
- a BPSG film is deposited and a heat flow process is performed at a temperature of about 800.degree.
- a BPSG film is formed above the low-refractive index film 51 so that the center of the imaging region 2 has a convex shape. 1 BPSG film is processed.
- a second BPSG film is formed on the processed first BPSG film, a heat flow process is performed on the second BPSG film, and the low refractive index film 51 is etched back after the heat flow process. To do. After that, it is the same as the above-mentioned method.
- the partition wall 55 of the unit pixel 4b formed in the peripheral part of the imaging region 2 can be made lower than the partition wall 50 of the unit pixel 4a formed in the central part of the imaging region 2.
- the conventional CMOS solid-state imaging device has a larger number of wiring layers in the pixel array region than the conventional CCD solid-state imaging device, and the distance from the microlens to the photoelectric conversion unit becomes longer. Therefore, it is difficult for light incident obliquely to the microlens to enter the photoelectric conversion unit.
- the light incident on the microlens 70 in an oblique direction passes through the optical waveguide 30 and part of the light directly enters the photoelectric conversion unit 15, and the rest is the partition wall 50.
- the partition wall 55 After passing through the partition wall 55, it is reflected at the interface between the optical waveguide 30 and the interlayer insulating film 20 and then enters the photoelectric conversion unit 15. Therefore, in the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment, the sensitivity to light incident from an oblique direction can be particularly improved.
- the solid-state imaging device 100 As a result, in the solid-state imaging device 100 according to the present embodiment, even if incident light is incident on the unit pixels 4b in the peripheral portion of the imaging region 2 at a low angle, a decrease in sensitivity can be suppressed, so that shading characteristics are excellent. The effect of becoming.
- the solid-state imaging device 100 of the present embodiment is used for various types of imaging devices.
- it is preferably used in an imaging device for a mobile phone having a large light incident angle near the periphery of the pixel array.
- the sensitivity to oblique light is high, a relatively large amount of light can be incident on the photoelectric conversion unit 15 even when the aperture of the imaging apparatus is narrowed.
- FIG. 4 is a diagram showing a cross section of a unit pixel in the periphery of the imaging region of the solid-state imaging device according to Embodiment 2 of the present invention. Elements similar to those in FIGS. 2A and 2B are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
- the unit pixel 4 differs from the unit pixel 4b according to Embodiment 1 in the arrangement of the partition walls 56, the color filter 66, and the microlens 76.
- the center position of the partition wall 56 and the microlens 76 is shifted from the center position of the photoelectric conversion unit 15 when viewed from above (when viewed in plan).
- the center positions of the microlens 76 and the partition wall 56 are separated from the center position of the photoelectric conversion unit 15 according to the distance from the center of the imaging region 2 to the corresponding unit pixel 104b. It is formed by being shifted so as to approach the center direction of the imaging region 2.
- the shift amount from the center position of the photoelectric conversion unit 15 at the center position of the partition wall 56 is formed to be smaller than the shift amount from the center position of the photoelectric conversion unit 15 at the center position of the microlens 76.
- the unit pixel 104b has a center position when the center position of the microlens 76 and the partition wall 56 is viewed from above by a length corresponding to the distance to the pixel cell in which the photoelectric conversion unit 15 is provided. Is formed so as to be shifted from the center position of the photoelectric conversion unit 15 located in the direction toward the center of the imaging region 2.
- the partition wall 56 formed in the unit pixel 104b in the peripheral portion of the imaging region 2 is shifted in a direction approaching the center (central portion) of the imaging region 2.
- the distance from the center position of the photoelectric conversion unit 15 to the center position of the microlens 76 is determined with reference to the center position of the photoelectric conversion unit 15.
- the distance a is preferably smaller than the distance from the center position of the photoelectric conversion unit 15 to the end of the partition wall 56 as viewed from above. More preferably, the distance a is smaller than the distance from the center position of the photoelectric conversion unit 15 to the end of the optical waveguide 30 when viewed from above.
- the center position of the microlens 76 is formed between the center position of the photoelectric conversion unit and the end of the partition wall. More preferably, the center position of the microlens 76 is formed between the center position of the photoelectric conversion unit 15 and the end of the optical waveguide 30 when viewed from above.
- the center position between the partition walls 56 is formed between the center position of the photoelectric conversion portion and the end portion of the optical waveguide 30.
- the distance b is preferably 40 to 60% of the distance a. More preferably, the distance b is a length in a range of 60% or less of the distance from the center position of the photoelectric conversion unit 15 to the center position of the optical waveguide 30 when viewed from above.
- the unit pixel 4a is formed in the central portion of the imaging region 2, and the unit pixel 104b is formed in the peripheral portion of the imaging region 2, so that the light is incident obliquely from the central portion of the imaging region 2 toward the peripheral portion. Since the emitted light can be efficiently guided to the optical waveguide 30, it is possible to realize a solid-state imaging device with improved shading characteristics with improved sensitivity.
- the light that has passed through the optical member (lens) of the solid-state imaging device is irradiated onto the unit pixels of the imaging region 2 from above the center of the imaging region 2 (pixel array). Therefore, as the distance from the center of the imaging region 2 to the peripheral unit pixel 104b is longer, external light is obliquely incident on the unit pixel 104b.
- the center position of the microlens 76 and the center position between the partition walls 56 are changed from the center position of the photoelectric conversion unit 15 to the center of the imaging region 2.
- a unit pixel 104b shifted in the direction is formed.
- the amount of oblique light taken into the color filter 66 and the optical waveguide 30 can be increased by forming the shrink amount so that a> b.
- the sensitivity of the photoelectric conversion unit 15 to oblique light can be improved.
- the microlens 76 formed in the unit pixel 104b in the periphery of the imaging region 2 is shifted in a direction approaching the center of the imaging region 2, and the shift amount of the partition wall 56 is smaller than the shift amount of the microlens 76. To do. Thereby, even when incident light is incident on the unit pixels 104b in the peripheral portion of the imaging region 2 at a low angle, the incident light is not blocked by the partition wall 56, and the decrease in sensitivity can be suppressed. As a result, a solid-state imaging device with good shading characteristics can be realized.
- the incident angle of light incident on the periphery of the imaging region 2 is 4 °.
- the positions of the microlens 76 and the color filter 66 of the unit pixel 104b formed on the outermost peripheral portion of the imaging region 2 are uniformly shifted so as to be shifted by 240 nm and 160 nm, respectively.
- the incident light passes through the center of the micro lens 76 and the color filter 66 of the unit pixel 104 b and enters toward the center of the optical waveguide 30.
- the shrink amount may be set to a number obtained by dividing the amount of deviation by the number of pixels from the center to the outermost periphery.
- the center position when the microlens 76, the color filter 66, and the partition wall 56 are viewed in a plan view (when viewed from above) is defined as the photoelectric conversion unit.
- the center position of 15 is shifted in the direction approaching the center of the imaging region 2
- the present invention is not limited to this.
- each center position when the microlens 76, the color filter 66, and the partition wall 56 are viewed in a plane is referred to the center position of the photoelectric conversion unit 15. It may be shifted in a direction away from the center of the imaging region 2.
- the relationship between the amount of displacement of the microlens 76, the amount of displacement of the partition wall 56, and the lower layer structure (photoelectric conversion unit 15) is the same range as the direction of deviation is opposite to the above-described direction.
- the solid-state imaging device according to the present embodiment is characterized by the displacement of the planar positions of the partition walls 56 of the pixel cells and the microlens 76 in the peripheral portion shown in FIG. 1 is the same as that of the solid-state imaging device according to the first embodiment. Therefore, the manufacturing method of the solid-state imaging device according to this embodiment is basically the same as the manufacturing method of the solid-state imaging device described with reference to FIGS. 3A to 3I. The only difference is the mask pattern when forming the partition wall 56, the color filter 66, and the microlens 76 in FIGS. 3F to 3I.
- the solid-state imaging device includes the unit pixel 4a formed in the central portion of the imaging region 2 and the unit pixel 104b formed in the peripheral portion of the imaging region 2, thereby capturing an image.
- the light incident on the region 2 can reach the optical waveguide 30 of the unit pixel without being transmitted to the adjacent unit pixel.
- the optical waveguide technology for increasing the amount of light that passes through the optical waveguide 30 and is taken into the photoelectric conversion unit 15 is combined, In comparison, a greater synergistic effect can be produced.
- the sensitivity to oblique light can be remarkably improved by using the technique for changing the height of the partition wall described in the first embodiment and the shrink technique described above. There is an effect.
- the present invention is not limited to this embodiment. Unless it deviates from the meaning of this invention, the form which carried out the various deformation
- the solid-state imaging device improves color reproducibility by suppressing color mixing due to the transmission of light to adjacent pixels, and at the pixels where the incident light around the imaging region is incident at a low angle, the incident light is separated by the partition wall. Is not cut off and the sensitivity does not decrease, so that it can be used for, for example, a color camera that requires good shading characteristics.
- Image pickup region 3 Peripheral circuit region 4, 4a, 4b, 104b Unit pixel 5 Vertical scanning circuit 6 Timing control unit 7 Horizontal scanning circuit 8 Column readout circuit 9 Output circuit 10, 822 Semiconductor substrate 15 Photoelectric conversion unit 20, 21 Interlayer insulating film 22, 52 Resist pattern 23 Hole 25 Wiring 30 Optical waveguide 50, 55, 56, 825 Partition 51 Low refractive index film 60, 65, 66 Color filter 70, 76 Micro lens 100 Solid-state imaging device 821R, 821G, 821B Color filter layer 823 Device protective film 824, 827 Planarization layer 826R, 826G, 826B Photodiode 828 Convex inner lens 829 Transfer electrode
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Abstract
本発明の一態様の固体撮像装置は、複数の単位画素（４）が２次元状に配列された撮像領域（２）を有する固体撮像装置（１００）であって、複数の単位画素（４）のそれぞれは、半導体基板（１０）と、半導体基板（１０）内に形成された光電変換部（１５）と、光電変換部（１５）の上方に形成され、入射光を所定の色の成分に分離するカラーフィルタ（６０）と、カラーフィルタ（６０）よりも屈折率が低い材料で形成され、カラーフィルタ（６０）と隣接する単位画素のカラーフィルタとの間を分離する隔壁とを備え、撮像領域（２）の周辺部に配列された単位画素（４）に形成された隔壁（５５）は、撮像領域（２）の中心部に配列された単位画素（４）に形成された隔壁（５０）よりも高さが低い。
Description
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、複数の単位画素が２次元状に配列された撮像領域を有する固体撮像装置及びその製造方法に関するものである。
近年、固体撮像装置の多画素化や画素サイズの縮小が進んでおり、感度や混色などの光学特性の維持又は向上が課題となっている。特に、画素サイズが縮小するにつれて、色再現性に対する性能要求も厳しくなっており、カラーフィルタを透過する光が隣接画素に混入して発生する混色を抑制することは大きな課題である。
この課題を解決するため、カラーフィルタ層間に前記カラーフィルタ層よりも屈折率が低い材料からなる隔壁を設けることにより、隣接する画素への光の混入を抑制する構造が提案されている（例えば、特許文献１）。
図５は、特許文献１の固体撮像装置の断面を模式的に示す図である。図５に示す固体撮像装置において、各画素はＲ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）いずれかの色の画素に対応している。図５に示す固体撮像装置は、フォトダイオード８２６Ｒ、８２６Ｇ、８２６Ｂを備えた半導体基板８２２と、凸型インナーレンズ８２８を有するデバイス保護膜８２３と、カラーフィルタ層８２１Ｒ、８２１Ｇ、８２１Ｂと、カラーフィルタ層の間を隔てて分離する隔壁８２５と、カラーフィルタ層の表面を覆って平坦化する平坦化層８２７と、デバイス保護膜８２３とカラーフィルタ層８２１Ｒ、８２１Ｇ、８２１Ｂとの間に設けられた平坦化層８２４と、ポリシリコン等で構成された転送電極８２９とを備えている。
この固体撮像装置では、カラーフィルタ層間に当該カラーフィルタ層よりも屈折率が低い材料からなる隔壁８２５が形成されている。そのため、斜め入射光に対して、隣接する画素への光の混入を抑制することができ、混色を抑制して色再現性を高める効果を奏する。
しかしながら、従来の固体撮像装置は、隔壁を有することにより混色を抑制し色再現性を高める効果を有するものの、感度が低下してシェーディング特性が悪化してしまうという問題がある。
これは、従来の固体撮像装置の備える複数の画素のうち、撮像領域周辺の入射光が低角度で入射する画素では、隔壁によって入射光が遮断され、感度が低下してしまうからである。
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、混色を抑制して色再現性を高めると共に、感度の低下を抑制しシェーディング特性の悪化を抑制することができる固体撮像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、本発明に係る固体撮像装置の一態様は、複数の単位画素が２次元状に配列された撮像領域を有する固体撮像装置であって、半導体基板と、前記半導体基板内に、前記複数の単位画素のそれぞれに対応するよう形成された光電変換部と、前記光電変換部の上方に形成され、入射光を、前記複数の単位画素のそれぞれに対応する所定の色の成分に分離するカラーフィルタ層と、前記カラーフィルタ層よりも屈折率が低い材料で形成され、隣接する単位画素における前記カラーフィルタ層間を分離する隔壁とを備え、前記複数の単位画素のうち前記撮像領域の周辺部における第１の単位画素に形成された第１の隔壁は、前記複数の単位画素のうち前記撮像領域の中央部における第２の単位画素に形成された第２の隔壁よりも高さが低い。
この構成によれば、混色を抑制して色再現性を高めると共に、感度の低下を抑制しシェーディング特性の悪化を抑制することができる固体撮像装置を実現できる。
具体的には、撮像領域周辺部の単位画素における隔壁の高さを撮像領域中央部の単位画素における障壁の高さよりも低くして、低角度の入射光に対する実効的な開口率を大きくすることによって、撮像領域周辺の入射光が低角度で入射する単位画素においても、隔壁によって入射光が遮断されず、感度が低下しない。その結果、混色を抑制して色再現性を高めると共に、撮像領域周辺部の画素に入射光が低角度で入射する場合においても隔壁によって入射光が遮断されないので、感度が低下せず、シェーディング特性に優れた固体撮像装置を実現することができる。
ここで、前記第１の隔壁は、前記第２の隔壁の高さを１とした時、０．８５～０．９５の範囲の高さであるとしてもよい。
また、前記第２の隔壁は前記カラーフィルタ層の高さと同一の高さであり、前記第１の隔壁は前記カラーフィルタ層の高さの８５～９５％の範囲の高さであるとしてもよい。
また、さらに、前記光電変換部それぞれの上方に形成され、光を前記光電変換部に導く光導波路と、前記カラーフィルタ層それぞれの上方に形成され、入射光を集光するマイクロレンズとを備えるとしてもよい。
この構成により、集光効率が向上し、感度が向上する。
また、前記第１の単位画素において、前記第１の単位画素の上方からみて、前記マイクロレンズの中心位置は、前記光電変換部の中心位置から前記第１の隔壁の端部の間に位置するとしてもよい。
すなわち、撮像領域の周辺部にある第１の単位画素に形成されたマイクロレンズを撮像領域の中心側に近づく方向にずらす。この構成により、撮像領域の周辺部の第１の単位画素に対して入射光が低角度で入射する場合でも、第１の隔壁によって入射光が遮断されず、感度が低下しない。それにより、更にシェーディング特性が良好な固体撮像装置を実現することができる。
ここで、前記第１の単位画素において、前記第１の単位画素の上方からみて、前記カラーフィルタ層を介して対向する前記第１の隔壁間の中心位置は、前記光電変換部の中心位置から、前記光電変換部の中心位置と前記マイクロレンズの中心位置の距離の６０％以下の距離の間に位置するとしてもよい。
すなわち、撮像領域の周辺部の第１の単位画素に形成されたマイクロレンズを撮像領域の中心に近づく方向にずらし、かつ、第１の隔壁のずれ量をマイクロレンズのずれ量より小さくする。それにより、撮像領域２の周辺部の第１の単位画素に対して入射光が低角度で入射する場合でも、第１の隔壁によって入射光が遮断されず、感度が低下を抑制することができる。
また、前記第１の単位画素において、前記第１の単位画素の上方からみて、前記マイクロレンズの中心位置は、前記光電変換部の中心位置から前記光導波路の端部の間に位置するとしてもよい。
また、前記第１の単位画素において、前記第１の単位画素の上方からみて、前記マイクロレンズの中心位置と、前記カラーフィルタ層を介して対向する前記第１の隔壁間の中心位置とは、前記光電変換部の中心位置と比較して前記第２の単位画素側に位置するとしてもよく、また、前記第１の単位画素において、前記第１の単位画素の上方からみて、前記マイクロレンズの中心位置と、前記カラーフィルタ層を介して対向する前記第１の隔壁間の中心位置とが、前記光電変換部の中心位置と比較して前記第２の単位画素と反対側に位置するとしてもよい。
すなわち、撮像領域の周辺部にある第１の単位画素に形成されたマイクロレンズ及び第１の隔壁を撮像領域の中心側に近づく方向または遠ざかる方向にずらす。それにより、撮像領域の周辺部の第１の単位画素に対して入射光が低角度で入射する場合でも、第１の隔壁によって入射光が遮断されず、感度が低下しない。それにより、更にシェーディング特性が良好な固体撮像装置を実現することができる。
また、上記課題を解決するため、本発明に係る固体撮像装置の製造方法の一態様は、複数の単位画素が２次元状に配列された撮像領域を有する固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板内に前記複数の単位画素それぞれに対応する光電変換部を形成する工程と、前記光電変換部の上方に、前記複数の単位画素それぞれに対応する所定の色の成分に入射光を分離するためのカラーフィルタ層を形成する工程と、前記カラーフィルタ層よりも屈折率が低い材料で、前記カラーフィルタ層と隣接する単位画素のカラーフィルタ層との間を分離するための隔壁を形成する工程とを含み、前記隔壁を形成する工程では、前記撮像領域の周辺部に配列される第１の単位画素の第１の隔壁の高さを、前記撮像領域の中心部に配列される第２の単位画素の第２の隔壁の高さよりも低くなるように形成する。
本発明によれば、混色を抑制して色再現性を高めると共に、感度の低下を抑制しシェーディング特性の悪化を抑制することができる固体撮像装置を実現することができる。具体的には、混色を抑制して色再現性を高めると共に、撮像領域周辺の画素に入射光が低角度で入射する場合においても、隔壁によって入射光が遮断されないので、感度が低下せず、シェーディング特性に優れた固体撮像装置を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
図１に示す固体撮像装置１００は、複数の単位画素が２次元状に配列された撮像領域を有する固体撮像装置であって、半導体基板上に配置された撮像領域２と、同一の半導体基板上における撮像領域２の周辺に配置された周辺回路領域３よりなる。この固体撮像装置１００は、単位画素４と、垂直走査回路５と、タイミング制御部６と、水平走査回路７と、列読み出し回路８と、出力回路９とを備える。
撮像領域２は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｉｍａｇｅ Ｓｅｎｓｏｒ）センサからなる複数の単位画素４が行方向（図で左右方向）と列方向（図で上下方向）に（行列状に）複数配列されてなる画素アレイが形成された領域である。
単位画素４はそれぞれ、入射光を光電変換して画素信号を生成する。
周辺回路領域３は、撮像領域２で生成した画素信号を読み出すための回路や信号電荷読み出し後の信号処理を行う回路等が形成されている領域である。具体的には、周辺回路領域３には、垂直走査回路５と、タイミング制御部６と、水平走査回路７と、列読み出し回路８と、出力回路９とで形成された領域である。
以上のように、固体撮像装置１００は形成されている。
続いて、固体撮像装置１００の単位画素の構成について説明する。
図２Ａは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の撮像領域２の中央部における単位画素４ａの断面を示す図である。
図２Ａに示す単位画素４ａは、撮像領域２の中央部に形成（配列）されており、半導体基板１０と、光電変換部１５と、層間絶縁膜２０と、配線２５と、光導波路３０と、隔壁５０と、カラーフィルタ６０と、マイクロレンズ７０とで構成されている。
以下、単位画素４ａの構成について詳細に説明する。
光電変換部１５は、半導体基板１０内に複数の単位画素４のそれぞれに対応するよう形成される。具体的には、光電変換部１５は、半導体基板１０に行列状に形成されている。
層間絶縁膜２０は、複数の膜が積層された積層体で構成され、各膜は後述する光導波路３０を構成する材料よりも屈折率が低い材料からなる。層間絶縁膜２０を構成する材料は、例えば、屈折率が１．４５のＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｏｕｓ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）などの酸化シリコン（ＳｉＯ２）や、ＳｉＯＣなどの絶縁体材料等である。また、層間絶縁膜２０は、半導体基板１０上に形成され、光電変換部１５の上方に当たる部分に光導波路３０を有し、光導波路３０を囲む領域には、例えばＣｕを主材料として形成された複数の配線２５を有する。
配線２５は、層間絶縁膜２０内に形成されている。より詳細には、配線２５は、層間絶縁膜２０において、隣り合う光電変換部１５の間の上方に当たる部分の位置に形成されている。このように、配線２５は、光電変換部１５への光の入射を妨げないように形成されている。
光導波路３０は、光電変換部１５の上方に形成され、光を光電変換部１５に導く。具体的には、光導波路３０は、光電変換部１５上に単位画素４ａ毎に、円柱状で形成されている。なお、光導波路３０は、円柱状で形成される場合に限らず、直方体状、またはこれ以外の形状で形成されるとしてもよい。
また、光導波路３０は、透光性を有し、層間絶縁膜２０よりも屈折率が高い材料からなる。光導波路３０を構成する材料は、例えば、屈折率が１．８～１．９であるＴｉＯ分散ポリイミド等の有機材料、または屈折率が２．０の窒化シリコン（ＳｉＮ）等である。光導波路３０の直径は、光電変換部１５の幅（約１μｍ）とほぼ等しい。光導波路３０の高さは配線層数により変わるが、例えば２μｍ程度である。ここで、光導波路３０が直方体の形状で形成されている場合には、開口の一辺の長さが光電変換部１５の幅（約１μｍ）とほぼ等しくなるように形成される。
カラーフィルタ６０は、光電変換部１５の上方に形成され、入射光を複数の単位画素４のそれぞれに対応する所定の色の成分に分離する。具体的には、カラーフィルタ６０は、光導波路３０及び層間絶縁膜２０上に形成され、その屈折率が例えば１．６～１．７程度の透明高分子樹脂からなり、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）または青（Ｂ）に着色されている。
隔壁５０は、カラーフィルタ６０よりも屈折率が低い材料で形成され、隣接する単位画素４におけるカラーフィルタ６０間を分離する。具体的には、隔壁５０は、カラーフィルタ６０よりも屈折率が低い絶縁膜からなり、隣接する単位画素４ａのカラーフィルタ６０を分離する。また、隔壁５０は、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガス等から成る酸化シリコン（ＳｉＯ２）等で形成される。隔壁５０の幅は、１５０～２５０ｎｍ程度で形成され、その高さは６００～８００ｎｍ程度で形成される。また、隔壁５０の屈折率は１．５～１．６程度であり、カラーフィルタ６０の屈折率よりも小さい。
マイクロレンズ７０は、カラーフィルタ６０上に形成され、入射光を集光する。マイクロレンズ７０は、上面が凸形状となっている凸レンズであって、その直径は単位画素４のサイズとほぼ同等である。マイクロレンズ７０は、その屈折率が１．６程度の透明高分子樹脂等で構成されている。例えば、単位画素４ａが正方形であり、その一辺の長さが２μｍである場合には、マイクロレンズ７０の直径も２μｍ程度である。このように、カラーフィルタ６０の上方にマイクロレンズ７０を形成することにより、集光効率が向上するので、固体撮像装置１００の感度が向上する。
以上のように単位画素４ａは構成される。
このように構成される単位画素４ａでは、マイクロレンズ７０に垂直に入射した光はカラーフィルタ６０を透過し、光導波路３０内を進行する。一方、マイクロレンズ７０に斜めに入射した光、つまり、カラーフィルタ６０に入射後、隣接する単位画素４ａの方向へ進行するような低角度で入射した光は、隔壁５０にぶつかる。ここで、隔壁５０の屈折率はカラーフィルタ６０の屈折率よりも小さいため、低角度で入射した光は隔壁５０の表面で反射し隣接する単位画素４ａへ侵入することが抑制される。このようにして、単位画素４ａは、隔壁５０を有することで混色を抑制することができる。
図２Ｂは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の撮像領域２の周辺部における単位画素４ｂの断面を示す図である。なお、図２Ａと同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図２Ｂに示す単位画素４ｂは、撮像領域２の周辺部に形成（配列）されており、半導体基板１０と、光電変換部１５と、層間絶縁膜２０と、配線２５と、光導波路３０と、隔壁５５と、カラーフィルタ６５と、マイクロレンズ７０とで構成されている。
図２Ｂに示す単位画素４ｂは、図２Ａに示す単位画素４ａに対して、カラーフィルタ６５と、隔壁５５との構成が異なる。
具体的には、撮像領域２の周辺部に形成される単位画素４ｂの隔壁５５の高さは、撮像領域２の中央部に形成される単位画素４ａの隔壁５０の高さよりも低くなっている。隔壁５５の高さ以外については、隔壁５０と同様であるので説明を省略する。
また、単位画素４ｂのカラーフィルタ６５は、隔壁５５の上部まで形成されている。なお、カラーフィルタ６５の形成されている位置以外については、カラーフィルタ６０と同様であるので説明を省略する。
以上のように単位画素４ｂは構成される。
このように構成される単位画素４ｂでは、画素アレイが形成された撮像領域２の中央部から周辺部の方向へ低角度で入射する光に対する実効的な開口率を大きくすることができる。つまり、撮像領域２周辺部にある単位画素４ｂに低角度で光が入射する場合でも、隔壁５５によって入射光が遮断されない。それにより、混色を抑制して色再現性を高めると共に、撮像領域周辺部の画素に入射光が低角度で入射する場合においても隔壁によって入射光が遮断されないので、入射光を効率的に光導波路３０に導くことができ、感度が低下しない。
以上のように撮像領域２の中央部に単位画素４ａが形成され、撮像領域２の周辺部に単位画素４ｂが形成されることにより、混色を抑制して色再現性を高めると共に、感度の低下を抑制しシェーディング特性が良好な固体撮像装置１００を実現することができる。
例えば、撮像領域２の中心部に形成される単位画素４ａの隔壁５０の高さが７００ｎｍ（分光特性から決まるカラーフィルタの膜厚相当）とし、撮像領域２の周辺部に入射する光の入射角度が４°であるとする。その場合、撮像領域２の最外周部に形成される単位画素４ｂの隔壁５５の高さが６００ｎｍになるように撮像領域２の中心部に形成される単位画素４ａから撮像領域２の周辺部に形成される単位画素４ｂに向かって、一様に高さが変化するように設定すれば、入射光が隔壁５５の上部で遮断されず、カラーフィルタの中心を通って、光導波路の中心に入射することができる。
なお、撮像領域２の中心部と撮像領域２の最外周部とに形成される単位画素の隔壁高さに１００ｎｍ以上の差を設ける場合には、感度は上昇するが、より小さい角度（例えば入射角度４°以下）での入射光に対して混色が発生する。
そこで、例えば、撮像領域２の周辺部に形成される単位画素４ｂの隔壁５５の高さを、感度と混色の要望を満足するため以下のように形成するのが好ましい。すなわち、撮像領域２の中央部に形成される単位画素４ａの隔壁５０は、カラーフィルタ６０（またはカラーフィルタ６５）の高さに対して約１００％の高さ（同一の高さ）とするとき、撮像領域２の周辺部に形成される単位画素４ｂの隔壁５５はカラーフィルタ６０（またはカラーフィルタ６５）の高さに対して約８５～９５％とすることが好ましい。換言すると、撮像領域２の中央部に形成される単位画素４ａの隔壁５０の高さを１としたとき、撮像領域２の周辺部に形成される単位画素４ｂの隔壁５５の高さは約０．８５～０．９５となる。
ただし、この数値範囲は例示である。感度と、より小さい角度での入射光に対して混色を防止できるのであればよい。
次に、以上のように構成される固体撮像装置１００の製造方法について説明する。
図３Ａ～図３Ｉは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。図３Ａ～図３Ｉでは、各工程での撮像領域２の中央部に形成される単位画素４ａの断面図を示している。
まず、半導体基板１０内に複数の単位画素４それぞれに対応する光電変換部１５を形成する。換言すると、半導体基板１０内に複数の光電変換部１５を行列状に形成する。次いで、光電変換部１５を形成後に、光電変換部１５が形成された半導体基板１０上に層間絶縁膜２１を形成する。具体的には、半導体基板１０上に、層間絶縁膜２１として、複数の膜の積層体からなる積層体をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより形成する。この際、ダマシン法により、層間絶縁膜２１内に複数の配線２５を併せて形成する（図３Ａ）。
ここで、複数の配線２５の形成方法の詳細について説明する。まず、層間絶縁膜２１を構成する積層体の１層中に、配線２５を形成するための溝をエッチングにより形成する。続いて、溝の底面及び側面にシード層となるバリアメタル膜を形成する。その後、溝内部のバリアメタル膜上に電解めっきにより銅を堆積し、溝の外部に堆積した導電材料をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により除去する。この工程を各配線層について行うことで、層間絶縁膜２１に埋め込まれた複数の配線２５を形成することができる。
次に、例えば、リソグラフィー工程により、層間絶縁膜２１において光電変換部１５の上方に当たる部分を開口するためのレジストパターン２２を形成する（図３Ｂ）。
次に、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などで層間絶縁膜２１をエッチングする。それにより穴部２３を備える層間絶縁膜２０を形成する（図３Ｃ）。ここで穴部２３の深さは、例えば４００ｎｍ～６００ｎｍ程度である。また、穴部２３により光電変換部１５は露出されている。なお、光電変換部１５は、露出されていないとしてもよい。この場合、穴部２３を形成することによる光電変換部１５表面へのダメージを避けるため、数１０ｎｍ程度の絶縁膜を残存させればよい。
次に、層間絶縁膜２０内の穴部２３に、層間絶縁膜２０を構成する材料の屈折率より高い屈折率の材料（光導波路材料）を堆積する。ここで、この光導波路材料は、厚さのばらつきを抑制するのに十分な厚みを有することが好ましい。具体的には、この光導波路材料の表面領域の全体が、層間絶縁膜２０の上面よりも高くなるようにする。次いで、この光導波路材料を堆積した後、例えば、ＣＭＰまたはエッチバック等により、この光導波路材料を平坦化する。その際、隣り合う光電変換部１５の間の上方に当たる部分の層間絶縁膜２０が露出するまで削ることにより、層間絶縁膜２０の上面と光導波路３０の上面とが同じ高さになるよう処理する。その結果、層間絶縁膜２０の各穴部２３を光導波路材料で埋めることができ、層間絶縁膜２０中かつ光電変換部１５の上方に光導波路３０を形成することができる（図３Ｄ）。
次に、後の工程で形成するカラーフィルタ６０よりも屈折率が低い材料で、カラーフィルタ６０と隣接する単位画素４のカラーフィルタ６０との間を分離するための隔壁５０を形成する。具体的には、光導波路３０と層間絶縁膜２０上に、隔壁５０となるカラーフィルタ６０よりも屈折率が低い材料である低屈折率膜５１をＣＶＤ法などにより形成する（図３Ｅ）。ここで、低屈折率膜５１は、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガス等から成る酸化シリコン（ＳｉＯ２）などの材料で構成される。また、低屈折率膜５１の膜厚は、後の工程で形成するカラーフィルタ６０の膜厚と同程度にする。
次に、低屈折率膜５１上にレジスト膜を形成し、光電変換部１５を取り囲むようにレジスト膜からレジストパターン５２を形成する。具体的には、下方の光導波路３０を取り囲むような形状でレジストパターン５２をリソグラフィー工程により形成する（図３Ｆ）。
次に、レジストパターン５２をエッチングマスクとして低屈折率膜５１をエッチングすることにより、隔壁５０を形成する。具体的には、ＲＩＥなどのエッチング処理を実施し、低屈折率膜５１からなる隔壁５０を形成する（図３Ｇ）。
次に、複数の単位画素４それぞれに対応する所定の色の成分に入射光を分離するためのカラーフィルタ６０を光電変換部１５の上方、かつ、隔壁５０の間に形成する（図３Ｈ）。ここで、カラーフィルタ６０の形成方法は、従来の固体撮像装置の製造工程と同様であり、カラーフィルタ６０は、透明高分子樹脂の塗布、リソグラフィー工程、エッチング工程を繰り返し行うことにより形成される。
最後に、形成したカラーフィルタ６０上にマイクロレンズ７０を形成する（図３Ｉ）。ここで、マイクロレンズ７０の形成方法も、従来の固体撮像装置の製造工程と同様であり、マイクロレンズ７０は、透明高分子樹脂の塗布、リソグラフィー工程、エッチング工程、または熱フロー工程を経て形成される。
以上のようにして、撮像領域２の中央部に形成される図２Ａに示す単位画素４ａを含む固体撮像装置を製造することができる。
なお、撮像領域２の周辺部に形成される図２Ｂに示す単位画素４ｂの形成方法は、上述した単位画素４ａとほぼ同じである。単位画素４ｂの形成方法と単位画素４ａの形成方法との違いは、単位画素４ｂの隔壁５５の高さを単位画素４ａの隔壁５０の高さより低く形成する点である。
具体的には、図３Ｅに示す工程において、撮像領域２の周辺部における低屈折率膜５１の膜厚を撮像領域２の中央部における低屈折率膜５１よりも薄くすればよい。
例えば、グレースケールマスクを用いて、リソグラフィー工程により、レジスト膜厚を撮像領域２の中央部と比べて撮像領域２の周辺部で薄くなるようにし、ＲＩＥなどのエッチング処理を実施すればよい。より具体的には、低屈折率膜５１の上方にレジスト膜を形成したとき、撮像領域２の周辺部におけるレジスト膜の膜厚が撮像領域２の中央部におけるレジスト膜の膜厚と比較して薄くなるように、グレースケールマスクを用いてレジスト膜からレジストパターンを形成する。そして、低屈折率膜５１をエッチバックすればよい。その後は、上述の方法と同様である。
また、その他の方法として、例えばＢＰＳＧフローを用いる方法がある。この方法では、低屈折率膜５１を堆積した後、リソグラフィー工程、エッチング工程により、中央部で凸型になるように低屈折率膜５１を加工する。続いて、ＢＰＳＧ膜を堆積し、８００℃程度の温度で熱フロー処理を実施する。より具体的には、低屈折率膜５１の上方にレジスト膜を形成する代わりに、低屈折率膜５１の上方にＢＰＳＧ膜を形成し、撮像領域２の中央部が凸形状となるように第１のＢＰＳＧ膜を加工する。続いて、加工された第１のＢＰＳＧ膜の上に第２のＢＰＳＧ膜を形成し、第２のＢＰＳＧ膜に対して熱フロー工程を行い、熱フロー工程後、低屈折率膜５１をエッチバックする。その後は、上述の方法と同様である。
このようにして、撮像領域２の周辺部に形成される単位画素４ｂの隔壁５５を撮像領域２の中央部の形成される単位画素４ａの隔壁５０よりも低くすることができる。
以上、本実施の形態によれば、混色を抑制して色再現性を高めると共に、感度の低下を抑制しシェーディング特性の悪化を抑制することができる固体撮像装置を実現することができる。
なお、従来のＣＭＯＳ型固体撮像装置では、従来のＣＣＤ型固体撮像装置に比べて画素アレイ領域の配線の層数が多く、マイクロレンズから光電変換部までの距離が長くなる。そのため、マイクロレンズに斜めに入射する光が光電変換部に入射しにくくなっている。
それに対して、本実施の形態の固体撮像装置１００では、マイクロレンズ７０に斜め方向に入射した光は、光導波路３０を通過して一部が直接光電変換部１５に入射し、残りは隔壁５０または隔壁５５を通過後、光導波路３０と層間絶縁膜２０の界面で反射された後に光電変換部１５に入射する。そのため、本実施の形態の固体撮像装置１００では、斜めから入射する光に対する感度を特に向上させることができる。
その結果、本実施形態の固体撮像装置１００では、撮像領域２の周辺部の単位画素４ｂに入射光が低角度で入射しても、感度低下を抑制することができるので、シェーディング特性が良好になるという効果を奏する。
また、本実施の形態の固体撮像装置１００は種々のタイプの撮像装置に用いられる。特に、画素アレイの周辺付近で、光入射角度が大きい携帯電話用の撮像装置などには好ましく用いられる。また、斜め光に対する感度が高いため、撮像装置の絞りを絞った状態でも、比較的多くの光を光電変換部１５に入射させることができる。
（実施の形態２）
以下、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構造について説明する。
以下、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構造について説明する。
図４は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の撮像領域の周辺部における単位画素の断面を示す図である。なお、図２Ａおよび図２Ｂと同様の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
図４に示す単位画素１０４ｂは、実施の形態１に係る単位画素４ｂに対して、隔壁５６と、カラーフィルタ６６と、マイクロレンズ７６の配置が異なる。
具体的には、図４に示す単位画素１０４ｂは、上方からみて（平面視したとき）、隔壁５６とマイクロレンズ７６との中心位置が、光電変換部１５の中心位置からずれている。
その他については、単位画素４ｂと同様である。つまり、隔壁５６と、カラーフィルタ６６と、マイクロレンズ７６の材料等は、隔壁５５と、カラーフィルタ６５と、マイクロレンズ７０と同様のため説明を省略する。
以下、本実施の形態の特徴的な部分について説明する。
図４に示す単位画素１０４ｂでは、上方からみて、マイクロレンズ７６及び隔壁５６の中心位置が、撮像領域２の中心から該当の単位画素１０４ｂまでの距離に応じて、光電変換部１５の中心位置から撮像領域２の中心方向に近づくようにずらされて形成される。ここで、隔壁５６の中心位置における光電変換部１５の中心位置からのずれ量は、マイクロレンズ７６の中心位置における光電変換部１５の中心位置からのずれ量より小さくなるように形成されている。
言い換えると、単位画素１０４ｂは、光電変換部１５が設けられる画素セルまでの距離に応じた長さだけ、マイクロレンズ７６および隔壁５６の中心位置を上方から見た場合の各中心位置を、その下方に位置する光電変換部１５の中心位置から撮像領域２の中心に近づく方向にずらして形成される。
このように、撮像領域２の周辺部における単位画素１０４ｂに形成された隔壁５６は撮像領域２の中心（中央部）に近づく方向にずれている。このように構成されることにより、撮像領域２の周辺部の単位画素１０４ｂに対して入射光が低角度で入射する場合でも、隔壁５６によって入射光が遮断されず、感度が低下しないので、さらにシェーディング特性を良くすることができる。
ここで、図４すなわち撮像領域２の周辺部に形成される単位画素１０４ｂにおいて、光電変換部１５の中心位置を基準として、光電変換部１５の中心位置からマイクロレンズ７６の中心位置までの距離をａとし、光電変換部１５の中心位置から隔壁５６間に形成されるカラーフィルタ６６の中心位置までの距離をｂとする。
この場合、距離ａは、上方からみて、光電変換部１５の中心位置から隔壁５６の端部までの距離より小さいのが好ましい。より好ましくは、距離ａは、上方からみて、光電変換部１５の中心位置から光導波路３０の端部までの距離より小さい。言い換えると、マイクロレンズ７６の中心位置は、光電変換部の中心位置から隔壁の端部までの間に形成されている。より好ましくは、マイクロレンズ７６の中心位置は、上方からみて、光電変換部１５の中心位置から光導波路３０の端部までの間に形成されている。
また、隔壁５６間（カラーフィルタ６６）の中心位置は、光電変換部の中心位置から光導波路３０の端部までの間に形成されている。具体的には、距離ｂは、距離ａの４０～６０％の範囲の長さであることが好ましい。より好ましくは、距離ｂは、上方からみて、光電変換部１５の中心位置から光導波路３０の中心位置までの距離の６０％以下の範囲の長さである。
なお、固体撮像装置を構成する部材の光電変換部１５に対する位置を、その部材を含む画素セルの位置に応じてずらすことを「シュリンク」と言う。
以上のように撮像領域２の中央部に単位画素４ａが形成され、撮像領域２の周辺部に単位画素１０４ｂが形成されることにより、撮像領域２の中央部から周辺部の方向へ斜めに入射される光を効率的に光導波路３０に導くことができるので、さらに感度が向上したシェーディング特性の良好な固体撮像装置を実現することができる。
具体的には、固体撮像装置の光学部材（レンズ）を通過した光は撮像領域２（画素アレイ）の中心上方から撮像領域２の単位画素に照射される。そのため、撮像領域２の中心からの距離が長い周辺部の単位画素１０４ｂであるほど、その単位画素１０４ｂには外光が斜めに入射することになる。
そこで、本実施の形態では、上方からみて（平面視において）、マイクロレンズ７６の中心位置及び隔壁５６間（カラーフィルタ６６）の中心位置を、光電変換部１５の中心位置から撮像領域２の中心に方向にずらした単位画素１０４ｂを形成する。その際、そのシュリンク量がａ＞ｂとなるように形成することで、カラーフィルタ６６及び光導波路３０に取り込まれる斜め光の光量を増加させることができる。結果として光電変換部１５の斜め光に対する感度を向上させることができる。
このように、撮像領域２の周辺部にある単位画素１０４ｂに形成されたマイクロレンズ７６を撮像領域２の中心に近づく方向にずらし、かつ、隔壁５６のずれ量をマイクロレンズ７６のずれ量より小さくする。それにより、撮像領域２の周辺部の単位画素１０４ｂに対して入射光が低角度で入射する場合でも、隔壁５６によって入射光が遮断されず、感度が低下を抑制することができる。その結果、シェーディング特性が良好な固体撮像装置を実現することができる。
例えば、撮像領域２の周辺部に入射する光の入射角度が４°であるとする。その場合、撮像領域２の最外周部に形成される単位画素１０４ｂのマイクロレンズ７６及びカラーフィルタ６６をそれぞれ２４０ｎｍ、１６０ｎｍシフトするように一様に位置をずらす。すると、その入射光は、単位画素１０４ｂのマイクロレンズ７６及びカラーフィルタ６６の中心を通って、光導波路３０の中心に向かって入射する。なお、シュリンク量はこのずれ量を中心から最外周までの画素数で割った数字に設定すればよい。
なお、上記では、図４に示す単位画素１０４ｂを例に挙げて、マイクロレンズ７６、カラーフィルタ６６、隔壁５６を平面的に見た場合（上方からみた場合）の各中心位置を、光電変換部１５の中心位置から撮像領域２の中心に近づく方向にずらせている場合を説明したがそれに限らない。
例えば、カメラなどが要求する光学特性によっては、固体撮像装置において、マイクロレンズ７６、カラーフィルタ６６及び隔壁５６を平面的に見た場合の各中心位置を、光電変換部１５の中心位置を基準として撮像領域２の中心から離れる方向にずらすとしてもよい。この場合、マイクロレンズ７６のずれ量と隔壁５６のずれ量と下層構造（光電変換部１５）との関係は、ずれる方向が上述した方向と反対になるだけで、数値は同じ範囲となる。
また、本実施形態に係る固体撮像装置は、図４に示した周辺部における画素セルの隔壁５６、ならびにマイクロレンズ７６の平面位置のずれに特徴を有しており、その他は上述の実施の形態１に係る固体撮像装置と同様である。そのため、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、図３Ａ～図３Ｉを用いて説明した固体撮像装置の製造方法と基本的には同様である。異なる点は、図３Ｆ～図３Ｉにおいて、隔壁５６、カラーフィルタ６６、マイクロレンズ７６を形成する際のマスクパターンのみである。
以上のように、本実施の形態の固体撮像装置は、撮像領域２の中央部に形成された単位画素４ａと、撮像領域２の周辺部に形成された単位画素１０４ｂとを備えることで、撮像領域２に入射した光を、隣接した単位画素へ透過させることなく単位画素の光導波路３０に到達させることができる。
さらに、本実施の形態の固体撮像装置では、光導波路３０を通過し、光電変換部１５に取り込まれる光量を増加させるための光導波路技術を組み合わせているので、実施の形態１における固体撮像装置と比較して、より大きな相乗効果を生むことができる。
つまり、本実施形態の固体撮像装置では、実施の形態１で説明した隔壁の高さを変える技術と、上述のシュリンク技術とを併用することで、斜め光に対する感度を著しく向上させることができるという効果を奏する。
以上、本発明によれば、混色を抑制して色再現性を高めると共に、感度の低下を抑制しシェーディング特性の悪化を抑制することができる固体撮像装置を実現することができる。
以上、本発明の固体撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
本発明に係る固体撮像装置は、隣接する画素への光の透過による混色を抑制して色再現性を高めると共に、撮像領域周辺の入射光が低角度で入射する画素においても、隔壁によって入射光が遮断されず、感度が低下しないため、例えば良好なシェーディング特性が要求されるカラーカメラ等に利用することができる。
２ 撮像領域
３ 周辺回路領域
４、４ａ、４ｂ、１０４ｂ 単位画素
５ 垂直走査回路
６ タイミング制御部
７ 水平走査回路
８ 列読み出し回路
９ 出力回路
１０、８２２ 半導体基板
１５ 光電変換部
２０、２１ 層間絶縁膜
２２、５２ レジストパターン
２３ 穴部
２５ 配線
３０ 光導波路
５０、５５、５６、８２５ 隔壁
５１ 低屈折率膜
６０、６５、６６ カラーフィルタ
７０、７６ マイクロレンズ
１００ 固体撮像装置
８２１Ｒ、８２１Ｇ、８２１Ｂ カラーフィルタ層
８２３ デバイス保護膜
８２４、８２７ 平坦化層
８２６Ｒ、８２６Ｇ、８２６Ｂ フォトダイオード
８２８ 凸型インナーレンズ
８２９ 転送電極
３ 周辺回路領域
４、４ａ、４ｂ、１０４ｂ 単位画素
５ 垂直走査回路
６ タイミング制御部
７ 水平走査回路
８ 列読み出し回路
９ 出力回路
１０、８２２ 半導体基板
１５ 光電変換部
２０、２１ 層間絶縁膜
２２、５２ レジストパターン
２３ 穴部
２５ 配線
３０ 光導波路
５０、５５、５６、８２５ 隔壁
５１ 低屈折率膜
６０、６５、６６ カラーフィルタ
７０、７６ マイクロレンズ
１００ 固体撮像装置
８２１Ｒ、８２１Ｇ、８２１Ｂ カラーフィルタ層
８２３ デバイス保護膜
８２４、８２７ 平坦化層
８２６Ｒ、８２６Ｇ、８２６Ｂ フォトダイオード
８２８ 凸型インナーレンズ
８２９ 転送電極
Claims (15)
- 複数の単位画素が２次元状に配列された撮像領域を有する固体撮像装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板内に、前記複数の単位画素のそれぞれに対応するよう形成された光電変換部と、
前記光電変換部の上方に形成され、入射光を、前記複数の単位画素のそれぞれに対応する所定の色の成分に分離するカラーフィルタ層と、
前記カラーフィルタ層よりも屈折率が低い材料で形成され、隣接する単位画素における前記カラーフィルタ層間を分離する隔壁とを備え、
前記複数の単位画素のうち前記撮像領域の周辺部における第１の単位画素に形成された第１の隔壁は、前記複数の単位画素のうち前記撮像領域の中央部における第２の単位画素に形成された第２の隔壁よりも高さが低い、
固体撮像装置。 - 前記第１の隔壁は、
前記第２の隔壁の高さを１とした時、０．８５～０．９５の範囲の高さである、
請求項１に記載の固体撮像装置。 - 前記第２の隔壁は前記カラーフィルタ層の高さと同一の高さであり、
前記第１の隔壁は前記カラーフィルタ層の高さの８５～９５％の範囲の高さである、
請求項１又は２に記載の固体撮像装置。 - さらに、
前記光電変換部それぞれの上方に形成され、光を前記光電変換部に導く光導波路と、
前記カラーフィルタ層それぞれの上方に形成され、入射光を集光するマイクロレンズとを備える、
請求項１～３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 前記第１の単位画素において、前記第１の単位画素の上方からみて、
前記マイクロレンズの中心位置は、前記光電変換部の中心位置から前記第１の隔壁の端部の間に位置する、
請求項４に記載の固体撮像装置。 - 前記第１の単位画素において、前記第１の単位画素の上方からみて、
前記カラーフィルタ層を介して対向する前記第１の隔壁間の中心位置は、前記光電変換部の中心位置から、前記光電変換部の中心位置と前記マイクロレンズの中心位置の距離の６０％以下の距離の間に位置する、
請求項５に記載の固体撮像装置。 - 前記第１の単位画素において、前記第１の単位画素の上方からみて、
前記マイクロレンズの中心位置は、前記光電変換部の中心位置から前記光導波路の端部の間に位置する、
請求項４～６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 前記第１の単位画素において、前記第１の単位画素の上方からみて、
前記マイクロレンズの中心位置と、前記カラーフィルタ層を介して対向する前記第１の隔壁間の中心位置とは、前記光電変換部の中心位置と比較して前記第２の単位画素側に位置する、
請求項４～７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 前記第１の単位画素において、前記第１の単位画素の上方からみて、
前記マイクロレンズの中心位置と、前記カラーフィルタ層を介して対向する前記第１の隔壁間の中心位置とが、前記光電変換部の中心位置と比較して前記第２の単位画素と反対側に位置する、
請求項４～７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 前記第１の隔壁の幅及び前記第２の隔壁の幅は、１５０～２５０ｎｍである、
請求項１～９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 - 複数の単位画素が２次元状に配列された撮像領域を有する固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板内に前記複数の単位画素それぞれに対応する光電変換部を形成する工程と、
前記光電変換部の上方に、前記複数の単位画素それぞれに対応する所定の色の成分に入射光を分離するためのカラーフィルタ層を形成する工程と、
前記カラーフィルタ層よりも屈折率が低い材料で、前記カラーフィルタ層と隣接する単位画素のカラーフィルタ層との間を分離するための隔壁を形成する工程とを含み、
前記隔壁を形成する工程では、
前記撮像領域の周辺部に配列される第１の単位画素の第１の隔壁の高さを、前記撮像領域の中心部に配列される第２の単位画素の第２の隔壁の高さよりも低くなるように形成する、
固体撮像装置の製造方法。 - さらに、前記光電変換部を形成する工程後に、前記光電変換部が形成された前記半導体基板上に層間絶縁膜を形成する工程を含み、
前記隔壁を形成する工程は、
前記第３前記層間絶縁膜の上方に前記カラーフィルタ層よりも屈折率が低い材料である低屈折率膜を形成する工程と、
前記撮像領域の周辺部における前記低屈折率膜を薄膜化する工程と、
前記低屈折率膜を薄膜化する工程後に、前記低屈折率膜上に第１のレジスト膜を形成する工程と、
上方からみて前記光電変換部を取り囲むように前記第１のレジスト膜から第１のレジストパターンを形成する工程と、
前記第１のレジストパターンをエッチングマスクとして前記低屈折率膜をエッチングすることにより、前記隔壁を形成する工程と含み、
前記カラーフィルタ層を形成する工程では、
前記隔壁を形成する工程で形成された前記隔壁の間に前記カラーフィルタ層を形成する、
請求項１１に記載の固体撮像装置の製造方法。 - さらに、
前記層間絶縁膜を形成する工程と、前記低屈折率膜を形成する工程との間に、前記層間絶縁膜中かつ前記光電変換部の上方に光導波路を形成する工程を含む、
請求項１２に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記低屈折率膜を薄膜化する工程は、
前記低屈折率膜の上方に第２のレジスト膜を形成する工程と、
前記撮像領域の周辺部における前記第２のレジスト膜の膜厚が前記撮像領域の中央部における前記第２のレジスト膜の膜厚と比較して薄くなるように、グレースケールマスクを用いて前記第２のレジスト膜から第２のレジストパターンを形成する工程と、
前記第２のレジストパターンを形成後、前記低屈折率膜をエッチバックする工程とを含む、
請求項１２又は１３に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記低屈折率膜を薄膜化する工程は、
前記低屈折率膜の上方に第１のＢＰＳＧ膜を形成する工程と、
前記撮像領域の中央部が凸形状となるように前記第１のＢＰＳＧ膜を加工する工程と、
前記加工された第１のＢＰＳＧ膜の上に第２のＢＰＳＧ膜を形成する工程と、
前記第２のＢＰＳＧ膜に対して熱フロー工程を行なう工程と、
前記熱フロー工程後、前記低屈折率膜をエッチバックする工程とを含む、
請求項１２又は１３記載の固体撮像装置の製造方法。
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