(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
【公報種別】再公表特許(A1)
(11)【国際公開番号】WO2016052249
(43)【国際公開日】20160407
【発行日】20170720
(54)【発明の名称】固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器
(51)【国際特許分類】
   H01L 27/146 20060101AFI20170623BHJP
   H04N 5/359 20110101ALI20170623BHJP
   H04N 5/369 20110101ALI20170623BHJP
   H04N 5/372 20110101ALI20170623BHJP
   H04N 5/374 20110101ALI20170623BHJP
   H04N 9/07 20060101ALI20170623BHJP
【FI】
   !H01L27/146 D
   !H04N5/359
   !H04N5/369
   !H04N5/372
   !H04N5/374
   !H04N9/07 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
【全頁数】20
【出願番号】2016551935
(21)【国際出願番号】JP2015076630
(22)【国際出願日】20150918
(31)【優先権主張番号】2014204532
(32)【優先日】20141003
(33)【優先権主張国】JP
(81)【指定国】 AP(BW,GH,GM,KE,LR,LS,MW,MZ,NA,RW,SD,SL,ST,SZ,TZ,UG,ZM,ZW),EA(AM,AZ,BY,KG,KZ,RU,TJ,TM),EP(AL,AT,BE,BG,CH,CY,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,FR,GB,GR,HR,HU,IE,IS,IT,LT,LU,LV,MC,MK,MT,NL,NO,PL,PT,RO,RS,SE,SI,SK,SM,TR),OA(BF,BJ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GQ,GW,KM,ML,MR,NE,SN,TD,TG),AE,AG,AL,AM,AO,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BH,BN,BR,BW,BY,BZ,CA,CH,CL,CN,CO,CR,CU,CZ,DE,DK,DM,DO,DZ,EC,EE,EG,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM,GT,HN,HR,HU,ID,IL,IN,IR,IS,JP,KE,KG,KN,KP,KR,KZ,LA,LC,LK,LR,LS,LU,LY,MA,MD,ME,MG,MK,MN,MW,MX,MY,MZ,NA,NG,NI,NO,NZ,OM,PA,PE,PG,PH,PL,PT,QA,RO,RS,RU,RW,SA,SC,SD,SE,SG,SK,SL,SM,ST,SV,SY,TH,TJ,TM,TN,TR,TT,TZ,UA,UG,US
(71)【出願人】
【識別番号】316005926
【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社
【住所又は居所】神奈川県厚木市旭町四丁目14番1号
(74)【代理人】
【識別番号】100121131
【弁理士】
【氏名又は名称】西川 孝
(74)【代理人】
【識別番号】100082131
【弁理士】
【氏名又は名称】稲本 義雄
(72)【発明者】
【氏名】大塚 洋一
【住所又は居所】熊本県菊池郡菊陽町大字原水4000番地1 ソニーセミコンダクタ株式会社内
【テーマコード(参考)】
4M118
5C024
5C065
【Fターム(参考)】
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5C065EE07
(57)【要約】
本開示は、画質の劣化を抑制して高画質化を図ることができるようにする固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器に関する。
固体撮像素子は、複数の画素ごとに、光電変換を行うフォトダイオードが形成される半導体基板と、半導体基板の光入射面側に積層され、画素ごとに対応する色の光を透過するカラーフィルタと、画素ごとのカラーフィルタの間に配置され、2種類の異なる材質が用いられる第1の遮光膜および第2の遮光膜が積層されて構成される遮光膜とを備える。そして、第1の遮光膜には遮光性を有する金属が用いられ、第2の遮光膜には感光性を有する樹脂が用いられる。本技術は、例えば、裏面照射型のCMOSイメージセンサに適用できる。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の画素ごとに、光電変換を行うフォトダイオードが形成される半導体基板と、
前記半導体基板の光入射面側に積層され、前記画素ごとに対応する色の光を透過するカラーフィルタと、
前記画素ごとの前記カラーフィルタの間に配置され、2種類の異なる材質が用いられる第1の遮光膜および第2の遮光膜が積層されて構成される遮光膜と
を備える固体撮像素子。
【請求項2】
前記第1の遮光膜は、前記第2の遮光膜よりも前記半導体基板側に積層され、
前記第1の遮光膜には遮光性を有する金属が用いられ、
前記第2の遮光膜には感光性を有する樹脂が用いられる
請求項1に記載の固体撮像素子。
【請求項3】
複数の前記画素のうちの一部は、前記固体撮像素子の撮像面における位相差に基づいてオートフォーカスを制御するのに用いられるオートフォーカス画素であり、
前記オートフォーカス画素では、瞳分割を行うための遮光をするように前記第1の遮光膜および前記第2の遮光膜が形成される
請求項1に記載の固体撮像素子。
【請求項4】
前記オートフォーカス画素では、他の前記画素に設けられるカラーフィルタの代わりに、そのカラーフィルタに対応する部分に透明な材料が充填される
請求項3に記載の固体撮像素子。
【請求項5】
複数の前記画素のうちの、赤色の光を受光する赤色画素において、前記赤色画素のカラーフィルタを覆うように前記第2の遮光膜が所定の厚み以下で成膜される
請求項1に記載の固体撮像素子。
【請求項6】
複数の前記画素ごとに配置されるカラーフィルタには、赤色、青色、緑色、シアン、マゼンタ、イエロー、透明、またはグレーのうちの少なくとも2種類以上から選択されて用いられる
請求項1に記載の固体撮像素子。
【請求項7】
前記半導体基板には、隣接する前記画素の前記フォトダイオード間を分離するように絶縁性を備えた画素分離部が設けられる
請求項1に記載の固体撮像素子。
【請求項8】
複数の画素ごとに、光電変換を行うフォトダイオードを半導体基板に形成し、
前記半導体基板の光入射面側に、前記画素ごとに対応する色の光を透過するカラーフィルタを積層し、
前記画素ごとの前記カラーフィルタの間に、2種類の異なる材質が用いられる第1の遮光膜および第2の遮光膜が積層されて構成される遮光膜を配置する
ステップを含む固体撮像素子の製造方法。
【請求項9】
複数の画素ごとに、光電変換を行うフォトダイオードが形成される半導体基板と、
前記半導体基板の光入射面側に積層され、前記画素ごとに対応する色の光を透過するカラーフィルタと、
前記画素ごとの前記カラーフィルタの間に配置され、2種類の異なる材質が用いられる第1の遮光膜および第2の遮光膜が積層されて構成される遮光膜と
を有する固体撮像素子を備える電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器に関し、特に、画質の劣化を抑制して高画質化を図ることができるようにした固体撮像素子および製造方法、並びに電子機器に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像機能を備えた電子機器においては、例えば、CCD(Charge Coupled Device)やCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサなどの固体撮像素子が使用されている。固体撮像素子は、光電変換を行うフォトダイオードと複数のトランジスタとが組み合わされた画素を有しており、平面的に配置された複数の画素から出力される画素信号に基づいて画像が構築される。
【0003】
近年では、半導体基板に対してトランジスタや配線層などが積層される表面に対して反対側の面となる裏面側からフォトダイオードに光を照射する裏面照射型の固体撮像素子が多く利用されている。裏面照射型の固体撮像素子は、コンパクトデジタルスチルカメラやモバイル端末用のカメラなどの用途に用いられ、微細画素の感度の向上、および、シェーディング特性の改善を図ることができる。
【0004】
例えば、裏面照射型の固体撮像素子は、表面照射型の固体撮像素子と比較して、フォトダイオードの面積が広くすることができるとともに、光の入射側に配線層が形成されない特徴を備える。この特徴により、裏面照射型の固体撮像素子は、入射光を効率よくフォトダイオードに取り込むことができるため、良好な感度特性を得ることができる。その反面、裏面照射型の固体撮像素子は、シールガラス面や、赤外線カットフィルタ、カメラセットの光学系などからの反射光をより多くフォトダイオードに取り込んでしまうため、フレアやゴースト、混色が発生し易く、画質が劣化してしまう。特に、大型の固体撮像素子では、画素サイズが大きく受光領域が広いため、不要な光をフォトダイオードが多く取り込んでしまい、画質の劣化が目立つことになっていた。
【0005】
そこで、例えば、特許文献1および2に開示されているように、画素間に遮光部を設けることによって、不要な光がフォトダイオードに入り込むことを防止する技術が開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2005−294647号公報
【特許文献2】特開2013−229446号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
上述したように、従来の固体撮像素子では反射光がフォトダイオードに入り込むことによって画質が劣化しており、そのような反射光の発生を防止することで、画質の劣化を抑制して高画質化を図ることが求められている。
【0008】
本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、画質の劣化を抑制して高画質化を図ることができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示の一側面の固体撮像素子は、複数の画素ごとに、光電変換を行うフォトダイオードが形成される半導体基板と、前記半導体基板の光入射面側に積層され、前記画素ごとに対応する色の光を透過するカラーフィルタと、前記画素ごとの前記カラーフィルタの間に配置され、2種類の異なる材質が用いられる第1の遮光膜および第2の遮光膜が積層されて構成される遮光膜とを備える。
【0010】
本開示の一側面の製造方法は、複数の画素ごとに、光電変換を行うフォトダイオードを半導体基板に形成し、前記半導体基板の光入射面側に、前記画素ごとに対応する色の光を透過するカラーフィルタを積層し、前記画素ごとの前記カラーフィルタの間に、2種類の異なる材質が用いられる第1の遮光膜および第2の遮光膜が積層されて構成される遮光膜を配置するステップを含む。
【0011】
本開示の一側面の電子機器は、複数の画素ごとに、光電変換を行うフォトダイオードが形成される半導体基板と、前記半導体基板の光入射面側に積層され、前記画素ごとに対応する色の光を透過するカラーフィルタと、前記画素ごとの前記カラーフィルタの間に配置され、2種類の異なる材質が用いられる第1の遮光膜および第2の遮光膜が積層されて構成される遮光膜とを有する固体撮像素子を備える。
【0012】
本開示の一側面においては、複数の画素ごとに、光電変換を行うフォトダイオードが形成される半導体基板の光入射面側に画素ごとに対応する色の光を透過するカラーフィルタが積層される。そして、画素ごとのカラーフィルタの間に、2種類の異なる材質が用いられる第1の遮光膜および第2の遮光膜が積層されて構成される遮光膜が配置される。
【発明の効果】
【0013】
本開示の一側面によれば、画質の劣化を抑制して高画質化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本技術を適用した固体撮像素子の第1の実施の形態の構成例を示す図である。
【図2】固体撮像素子の平面的な構成、および断面的な構成を示す図である。
【図3】固体撮像素子の製造方法を説明する図である。
【図4】固体撮像素子の製造方法を説明する図である。
【図5】固体撮像素子の第2の実施の形態の構成例を示す図である。
【図6】表面照射型の固体撮像素子について説明する図である。
【図7】固体撮像素子の変形例を示す図である。
【図8】固体撮像素子の第3の実施の形態の構成例を示す図である。
【図9】固体撮像素子の第4の実施の形態の構成例を示す図である。
【図10】画素サイズについて説明する図である。
【図11】電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【図12】固体撮像素子を使用する使用例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、本技術を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0016】
図1は、本技術を適用した固体撮像素子の第1の実施の形態の構成例を示す図である。
【0017】
図1には、固体撮像素子11のセンサ面に設けられる複数の画素のうち、赤色の画素12Rおよび緑色の画素12Gが配置されている領域近傍の断面的な構成が示されている。なお、以下適宜、赤色の画素12Rおよび緑色の画素12G、並びに、後述する青色の画素12Bそれぞれを区別する必要がない場合、単に、画素12と称する。
【0018】
図1に示すように、固体撮像素子11は、赤色の画素12Rのフォトダイオード21Rおよび緑色の画素12Gのフォトダイオード21Gが形成される半導体基板22に対し、下層側から順に、絶縁膜23、非平坦化密着性膜24、カラーフィルタ25、マイクロレンズ26が積層されて構成される。また、固体撮像素子11では、隣接する画素12どうしの間に、第1の遮光膜27および第2の遮光膜28が形成される。
【0019】
半導体基板22は、例えば、高純度シリコンの単結晶が薄くスライスされたシリコンウェハであり、半導体基板22には画素12ごとに、入射した光を光電変換により電荷に変換するフォトダイオード21が形成される。
【0020】
絶縁膜23は、半導体基板22に光が入射する側の面(以下、適宜、光入射面と称する)を絶縁する。例えば、絶縁膜23には、シリコン酸化膜上にハフニウム酸化膜を積層した積層構造が用いられ、半導体基板22の光入射面における反射を防止する機能も備える。
【0021】
非平坦化密着性膜24は、絶縁膜23および第1の遮光膜27上に成膜され、カラーフィルタ25および第2の遮光膜28の密着性を向上させる。例えば、非平坦化密着性膜24には、アクリル系樹脂、フェノール系樹脂、シロキサン系樹脂、およびエポキシ性樹脂のいずれか、または、それらの共重合系樹脂などが用いられる。
【0022】
カラーフィルタ25は、画素12に応じて所定の色の光を透過し、各色の画素12ごとに、それぞれの画素12に対応する色のカラーフィルタ25が配置される。即ち、図示するように、赤色の画素12Rには、赤色のカラーフィルタ25Rが配置され、緑色の画素12Gには、緑色のカラーフィルタ25Gが配置される。例えば、カラーフィルタ25には、有機顔料を内添した樹脂が用いられ、膜厚が400〜1000nm程度となるように成膜される。
【0023】
マイクロレンズ26は、画素12ごとに光を集光するように形成され、例えば、ポリスチレン系樹脂、およびアクリル系樹脂のいずれか、または、それらの共重合系樹脂などが用いられる。
【0024】
第1の遮光膜27は、隣接する画素12どうしの間に配置されるように絶縁膜23上に積層され、画素12間を遮光する。第1の遮光膜27には、例えば、タングステンや、アルミニウム、銅などの遮光性を有する金属が用いられ、厚みが200〜300nm程度となるように成膜される。
【0025】
第2の遮光膜28は、隣接する画素12どうしの間に配置されるように、非平坦化密着性膜24を介して第1の遮光膜27に積層するように形成され、画素12間を遮光する。第2の遮光膜28には、例えば、カーボンブラック顔料や、チタンブラック顔料を内添した感光性(光吸収性)を有する樹脂が用いられる。
【0026】
このように、第1の遮光膜27および第2の遮光膜28は、それぞれ異なる材質で形成され、第1の遮光膜27が第2の遮光膜28よりも半導体基板22側に積層、即ち、第2の遮光膜28が光の入射側に積層される。また、第1の遮光膜27および第2の遮光膜28は、カラーフィルタ25と略同一の厚みとなるように形成される。即ち、第1の遮光膜27および第2の遮光膜28は、画素12ごとに配置されるカラーフィルタ25の間に配置されるように形成される。従って、固体撮像素子11は、例えば、上述した特許文献1の構成よりも、低背化を図ることができる。
【0027】
以上のように固体撮像素子11は構成されており、第1の遮光膜27および第2の遮光膜28の2層構造を採用することで、画素12間の遮光を確実に行うことができるとともに、画素12間における光の反射を防止することができる。即ち、例えば、遮光性を有する金属が用いられる第1の遮光膜27だけの構成と比較して、感光性を有する樹脂が用いられる第2の遮光膜28を設けることによって光の反射を抑制することができる。
【0028】
これにより、固体撮像素子11は、光の反射を抑制した結果、反射光がフォトダイオード21に再入射することを回避することができるので、フレアやゴーストなどによる画質の劣化を抑制して高画質化を図ることができる。
【0029】
図2を参照して、固体撮像素子11の構成についてさらに説明する。
【0030】
図2のAには、固体撮像素子11の平面的な構成が示されており、図2のBには、図2のAに示すA−A’断面、B−B’断面、およびC−C’断面の構成が示されている。
【0031】
図2のAに示すように、固体撮像素子11では、赤色の画素12R、緑色の画素12G、および青色の画素12Bが、いわゆるベイヤ配列に従って配置されている。
【0032】
図2のBには、赤色の画素12Rおよび緑色の画素12Gが配置される列に沿ったA−A’断面、緑色の画素12Gおよび青色の画素12Bが配置される列に沿ったB−B’断面、並びに、緑色の画素12Gの斜め方向に沿ったC−C’断面が示されている。
【0033】
このように、固体撮像素子11では、赤色の画素12R、緑色の画素12G、および青色の画素12Bがそれぞれ独立するように、第1の遮光膜27および第2の遮光膜28が2層構造で画素12間に形成される。これにより、固体撮像素子11は、画素12間の遮光性能の向上を図り、不要な光が画素12に入射することを防止することができるので、より高画質な画像を撮像することができる。
【0034】
次に、図3および図4を参照して、固体撮像素子11の製造方法について説明する。図3および図4では、左側にB−B’断面(図2のB参照)が示されており、右側にC−C’断面(図2のB参照)が示されている。
【0035】
図3に示すように、第1の工程において、フォトダイオード21が形成された半導体基板22の光入射面上に絶縁膜23が成膜され、フォトダイオード21どうしの間に配置されるように絶縁膜23上に第1の遮光膜27が形成される。例えば、カラーフィルタ25が設けられる箇所を覆うようにレジストを形成し、そのレジストが形成されていない箇所に遮光性を有する金属を堆積した後にレジストを除去することによって、第1の遮光膜27が形成される。
【0036】
第2の工程において、絶縁膜23および第1の遮光膜27を覆うように、それらの凹凸の形状に沿って非平坦化密着性膜24が成膜される。
【0037】
第3の工程において、緑色の画素12Gに対応する箇所に緑色のカラーフィルタ25Gが積層され、第4の工程において、青色の画素12Bに対応する箇所に青色のカラーフィルタ25Bが積層される。なお、図示しないが、同様に、赤色の画素12Rに対応する箇所に赤色のカラーフィルタ25Rが積層される。
【0038】
第5の工程において、各色のカラーフィルタ25どうしの間に配置されるように、非平坦化密着性膜24を介して第1の遮光膜27に積層するように第2の遮光膜28が形成される。例えば、カラーフィルタ25を覆うようなレジストを形成し、そのレジストが形成されていない箇所に感光性を有する樹脂を埋め込んだ後にレジストを除去することによって、第2の遮光膜28が形成される。
【0039】
次に、図4に示すように、第6の工程において、カラーフィルタ25および第2の遮光膜28に積層するように、マイクロレンズ母材31が形成される。
【0040】
第7の工程において、マイクロレンズ26の形状を形成するための感光性樹脂32を、画素12が形成される箇所ごとにマイクロレンズ母材31上に形成する。
【0041】
第8の工程において、第7の工程で形成した感光性樹脂32をマスクにしてマイクロレンズ母材31をエッチング転写することで、画素12ごとに凸形状のマイクロレンズ26が形成される。
【0042】
以上のような各工程を含む製造方法により、画素12間を遮光する2層構造の第1の遮光膜27および第2の遮光膜28を備えた固体撮像素子11を製造することができる。また、2層構造の第1の遮光膜27および第2の遮光膜28は、例えば、リソグラフィ技術を用いて形成することができ、例えば、エッチングなどを用いる製造方法と比較して、より低コストで製造することができる。さらに、第1の遮光膜27および第2の遮光膜28による2層構造とすることで、例えば、カラーフィルタ25を塗布する際の塗布ムラの発生を抑制することができる。
【0043】
次に、図5は、固体撮像素子の第2の実施の形態の構成例を示す図である。図5のAには、図2のAと同様に、固体撮像素子11−1の平面的な構成が示されており、図5のBには、図2のBと同様に、図5のAに示すA−A’断面、B−B’断面、およびC−C’断面の構成が示されている。
【0044】
図5に示す固体撮像素子11−1は、固体撮像素子11−1の撮像面における位相差に基づいてAF(Auto Focus:オートフォーカス)を制御する像面位相差AFに用いられるAF画素12Zを備えて構成される。像面位相差AFでは、例えば、瞳分割するように片側半分が遮光されたAF画素12Zと、その反対側の片側半分が遮光されたAF画素12Zとが組み合わされて用いられ、図5には、いずれか一方のAF画素28Fが示されている。
【0045】
図5に示すように、固体撮像素子11−1において、第1の遮光膜27−1および第2の遮光膜28−1は、隣接する画素12どうしの間を遮光するとともに、AF画素12Zの略半分を遮光するように形成される。即ち、第1の遮光膜27−1および第2の遮光膜28−1は、AF画素12Zにおいて、AF画素12Zの中心方向に延在し、その略半分を覆うように形成される。
【0046】
このように、固体撮像素子11−1では、カラーフィルタ25と同層に形成される第1の遮光膜27−1および第2の遮光膜28−1により、AF画素12Zで瞳分割するための遮光を行うことができる。このように、固体撮像素子11−1は、フォトダイオード21の近傍で瞳分割を行うことができるので、より良好なAF分離特性を得ることができる。
【0047】
また、例えば、従来の固体撮像素子では、AF画素の遮光部分における反射光が迷光となり、他の画素(撮像を行う画素)のフォトダイオードに入射することがあり、これにより画質が悪化することがあった。これに対し、固体撮像素子11−1では、AF画素12Zの遮光部分での反射を抑制することができるので、従来の固体撮像素子よりも反射光を低減することができ、画質の悪化を回避することができる。
【0048】
さらに、固体撮像素子11−1は、光受光面の反対側の面に配線層が積層される構造の裏面照射型の固体撮像素子に適用することで、例えば、表面照射型の固体撮像素子と比較して、AF画素12ZによるAF性能を向上させることができる。
【0049】
ここで、図6を参照して、表面照射型の固体撮像素子11Fについて説明する。
【0050】
図6に示すように、表面照射型の固体撮像素子11Fは、半導体基板22に対して多層配線層29が積層される側の面が光受光面とされ、半導体基板22とカラーフィルタ25との間に多層配線層29が設けられる。このように、カラーフィルタ25の下方に多層配線層29が配置される構成では、AF画素12Zにおいてカラーフィルタ25と同層に設けられた遮光膜30では瞳分割を正確に行うことができず、AF分離特性が著しく劣化することになる。即ち、AF分離特性の観点からは、例えば、フォトダイオード21に最も近い第1配線層29−1において瞳分割するための遮光を行うことが望ましく、遮光膜30とは別に第1配線層29−1に遮光膜を形成しなければならなかった。
【0051】
このような表面照射型の固体撮像素子11Fに対し、図5の固体撮像素子11−1では、カラーフィルタ25と同層に設けられた第1の遮光膜27−1および第2の遮光膜28−1はフォトダイオード21の近傍に設けられるので、瞳分割を正確に行うことができる。即ち、固体撮像素子11−1では、表面照射型の固体撮像素子11Fの様に遮光膜30とは別に第1配線層29−1に遮光膜を形成することなく、より好適にAF画素12Zを実現することができる。
【0052】
なお、図5の固体撮像素子11−1では、AF画素12Zの開口部(第1の遮光膜27−1および第2の遮光膜28−1により遮光されない部分)に、緑色のカラーフィルタ25Gが形成されている。この他、AF画素12Zの開口部には、黄色やシアン、グレーなどのカラーフィルタや、透明のフィルタが形成されるようにしてもよい。
【0053】
図7を参照して、固体撮像素子11−1の変形例について説明する。
【0054】
図7には、図5のB−B’断面に対応する固体撮像素子11−1’の断面的な構成例が示されている。図示するように、固体撮像素子11−1’は、AF画素12Z’の開口部にマイクロレンズ26と同一の透明な材料が埋め込まれている点で、図5の固体撮像素子11−1と異なる構成となっており、その他の構成は同一である。
【0055】
例えば、図3を参照して説明した製造方法の第3の工程において、AF画素12Z’に対応する箇所には緑色のカラーフィルタ25Gを形成せずに、その後の第6の工程において、開口部にマイクロレンズ母材31を充填する。これにより、図7に示すような固体撮像素子11−1’を製造することができる。
【0056】
このように構成される固体撮像素子11−1’では、カラーフィルタ25が配置されるAF画素12Zと比較して、AF画素12Z’は、より多くの光を受光することができる。これにより、固体撮像素子11−1’は、より良好なAF制御特性を得ることができる。
【0057】
なお、固体撮像素子11のカラーフィルタ25には、上述した赤色、青色、および緑色を用いる構成に限定されるものではない。つまり、固体撮像素子11のカラーフィルタ25には、例えば、赤色、青色、緑色、シアン、マゼンタ、イエロー、透明、またはグレーのうちの少なくとも2種類以上から選択して用いることができる。
【0058】
次に、図8は、固体撮像素子の第3の実施の形態の構成例を示す図である。図8のAには、図2のAと同様に、固体撮像素子11−2の平面的な構成が示されており、図8のBには、図2のBと同様に、図8のAに示すA−A’断面、B−B’断面、およびC−C’断面の構成が示されている。
【0059】
図8に示す固体撮像素子11−2は、赤色の画素12R’について、赤色のカラーフィルタ25Rを覆うように第2の遮光膜28−2が形成されている点で、図1および図2の固体撮像素子11と異なる構成とされている。なお、その他の点で、固体撮像素子11−2は、図1および図2の固体撮像素子11と同様に構成されている。
【0060】
即ち、固体撮像素子11−2では、第1の遮光膜27は画素12どうしの間のみに形成され、第2の遮光膜28−2は、画素12どうしの間に形成されるのに加えて、赤色のカラーフィルタ25Rを薄く覆うように形成されている。なお、第2の遮光膜28は、赤色のカラーフィルタ25R上における厚みが、画素12間の部分における厚みよりも薄く、光を透過することができる程度に形成される。上述したように、第2の遮光膜28は、カーボンブラック顔料や、チタンブラック顔料を内添した感光性を有する樹脂により形成され、所定の厚み以下で薄く成膜された場合には、光を透過することができる。
【0061】
このように構成される固体撮像素子11−2では、第2の遮光膜28は、赤色の画素12R’において、赤色のカラーフィルタ25Rの表面における光の反射を抑制する反射抑制膜として機能する。従って、固体撮像素子11−2では、赤色のカラーフィルタ25Rの表面で反射した光による画質の劣化(いわゆる赤玉ゴースト)を抑制することができる。具体的には、従来、赤色のカラーフィルタの表面で反射した光が赤外線カットフィルタなどで反射して、他の画素に再入射することによって画質が劣化することあったのに対し、固体撮像素子11−2では、このような画質の劣化を抑制することができる。
【0062】
次に、図9は、固体撮像素子の第4の実施の形態の構成例を示す図である。図9には、図1と同様に、固体撮像素子11−3の断面的な構成が示されている。
【0063】
図9に示す固体撮像素子11−3は、隣接する画素12のフォトダイオード21間を分離するように半導体基板22に溝部(トレンチ)を形成し、その溝部に、絶縁膜23−3を埋め込むことで画素分離部41が形成された構成となっている。画素分離部41は、絶縁膜23−3と同様に、例えば、シリコン酸化膜23a上にハフニウム酸化膜23bを積層した積層構造が用いられる。このように、半導体基板22の内部において画素12どうしを画素分離部41により分離することで、フォトダイオード21における光電変換で発生した電荷による混色を防止することができる。
【0064】
このように構成される固体撮像素子11−3は、入射光による混色を第1の遮光膜27および第2の遮光膜28により防止するとともに、電荷による混色を画素分離部41により防止することで、混色の発生をさらに抑制した高画質な画像を撮像することができる。
【0065】
次に、図10を参照して、固体撮像素子11の画素サイズについて説明する。
【0066】
例えば、固体撮像素子11のマイクロレンズ26に入射する入射光が回折した回折光は、図10の上側に示すように、マイクロレンズ26の配置ピッチd、入射光に対する回折光の回折角度θ、および入射光の波長λを用いて、d・sinθ=m・λで表される。そして、可視光(400〜700nm)を取り扱う固体撮像素子11では、この式より、回折光次数の増加しやすい短波長側の400nmにおける回折光の次数が、1.75μm□サイズで発生する次数比で増加しないことが求められる。
【0067】
例えば、図10の下側に示すように、1.75μm□および1.979μm□の画素サイズでは、発生する回折光の次数に変化はないが、1.980μm以上の画素サイズでは、発生する回折光の次数が増加する。このように、画素サイズを大型化したのに応じて大きなマイクロレンズが形成されると、その表面の回折反射光次も多くなるため、フレアや、ゴースト、混色成分などのノイズとなる光が増えることになり、画質劣化が顕著となる。
【0068】
そこで、固体撮像素子11を、例えば、APS-C(Advanced Photo System typeC)サイズや35mmサイズの大型の固体撮像素子に適用した場合には、画質劣化を抑制する効果を有効に得ることができ、より好適である。即ち、大型の固体撮像素子では画素サイズも大きくなり、図10に示すような1.980μm以上の画素サイズにおいて、回折光が多く発生する結果、画質が劣化することが想定される。これに対し、固体撮像素子11を大型の固体撮像素子に適用した場合には、回折光の発生が多くても、第1の遮光膜27および第2の遮光膜28によって回折光による悪影響を抑制することができる。
【0069】
特に、近年、大型の固体撮像素子について、より高感度で高精細な画像を撮像するために、裏面照射型の固体撮像素子の適用が検討されている。従って、固体撮像素子11の構造を大型の裏面照射型の固体撮像素子に適用することによって、不要な光がフォトダイオード21に入り込むことを防止して、画質の劣化を回避することができる。これにより、大型の固体撮像素子に裏面照射型を適用する際の生産コストの増加に見合うような高画質な画像を撮像することができる。
【0070】
なお、固体撮像素子11は、上述した各実施の形態および変形例を組み合わせることができ、例えば、図1の固体撮像素子11、図5の固体撮像素子11−1、および図8の固体撮像素子11−2の全ての構成を組み合わせて適用することができる。即ち、画素12間を第1の遮光膜27および第2の遮光膜28で遮光し、AF画素12Z’を備え、赤色の画素12R’を薄く第2の遮光膜28で覆うように固体撮像素子を構成することができる。この構成において、フレア・ゴースト特性を改善し、かつ、AF特性が良好で、より高画質な画像を撮像することができる。
【0071】
なお、上述したような各実施の形態の固体撮像素子11は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像システム、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。
【0072】
図11は、電子機器に搭載される撮像装置の構成例を示すブロック図である。
【0073】
図11に示すように、撮像装置101は、光学系102、撮像素子103、信号処理回路104、モニタ105、およびメモリ106を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。
【0074】
光学系102は、1枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの像光(入射光)を撮像素子103に導き、撮像素子103の受光面(センサ部)に結像させる。
【0075】
撮像素子103としては、上述した各実施の形態の固体撮像素子11が適用される。撮像素子103には、光学系102を介して受光面に結像される像に応じて、一定期間、電子が蓄積される。そして、撮像素子103に蓄積された電子に応じた信号が信号処理回路104に供給される。
【0076】
信号処理回路104は、撮像素子103から出力された画素信号に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路104が信号処理を施すことにより得られた画像(画像データ)は、モニタ105に供給されて表示されたり、メモリ106に供給されて記憶(記録)されたりする。
【0077】
このように構成されている撮像装置101では、上述した各実施の形態の固体撮像素子11を適用することによって、例えば、より高画質な画像を撮像することができる。
【0078】
図12は、上述の固体撮像素子11を使用する使用例を示す図である。
【0079】
上述した固体撮像素子11(イメージセンサ)は、例えば、以下のように、可視光や、赤外光、紫外光、X線等の光をセンシングする様々なケースに使用することができる。
【0080】
・ディジタルカメラや、カメラ機能付きの携帯機器等の、鑑賞の用に供される画像を撮影する装置
・自動停止等の安全運転や、運転者の状態の認識等のために、自動車の前方や後方、周囲、車内等を撮影する車載用センサ、走行車両や道路を監視する監視カメラ、車両間等の測距を行う測距センサ等の、交通の用に供される装置
・ユーザのジェスチャを撮影して、そのジェスチャに従った機器操作を行うために、TVや、冷蔵庫、エアーコンディショナ等の家電に供される装置
・内視鏡や、赤外光の受光による血管撮影を行う装置等の、医療やヘルスケアの用に供される装置
・防犯用途の監視カメラや、人物認証用途のカメラ等の、セキュリティの用に供される装置
・肌を撮影する肌測定器や、頭皮を撮影するマイクロスコープ等の、美容の用に供される装置
・スポーツ用途等向けのアクションカメラやウェアラブルカメラ等の、スポーツの用に供される装置
・畑や作物の状態を監視するためのカメラ等の、農業の用に供される装置
【0081】
なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
(1)
複数の画素ごとに、光電変換を行うフォトダイオードが形成される半導体基板と、
前記半導体基板の光入射面側に積層され、前記画素ごとに対応する色の光を透過するカラーフィルタと、
前記画素ごとの前記カラーフィルタの間に配置され、2種類の異なる材質が用いられる第1の遮光膜および第2の遮光膜が積層されて構成される遮光膜と
を備える固体撮像素子。
(2)
前記第1の遮光膜は、前記第2の遮光膜よりも前記半導体基板側に積層され、
前記第1の遮光膜には遮光性を有する金属が用いられ、
前記第2の遮光膜には感光性を有する樹脂が用いられる
上記(1)に記載の固体撮像素子。
(3)
複数の前記画素のうちの一部は、前記固体撮像素子の撮像面における位相差に基づいてオートフォーカスを制御するのに用いられるオートフォーカス画素であり、
前記オートフォーカス画素では、瞳分割を行うための遮光をするように前記第1の遮光膜および前記第2の遮光膜が形成される
上記(1)または(2)に記載の固体撮像素子。
(4)
前記オートフォーカス画素では、他の前記画素に設けられるカラーフィルタの代わりに、そのカラーフィルタに対応する部分に透明な材料が充填される
上記(3)に記載の固体撮像素子。
(5)
複数の前記画素のうちの、赤色の光を受光する赤色画素において、前記赤色画素のカラーフィルタを覆うように前記第2の遮光膜が所定の厚み以下で成膜される
上記(1)から(4)までのいずれかに記載の固体撮像素子。
(6)
複数の前記画素ごとに配置されるカラーフィルタには、赤色、青色、緑色、シアン、マゼンタ、イエロー、透明、またはグレーのうちの少なくとも2種類以上から選択されて用いられる
上記(1)から(5)までのいずれかに記載の固体撮像素子。
(7)
前記半導体基板には、隣接する前記画素の前記フォトダイオード間を分離するように絶縁性を備えた画素分離部が設けられる
上記(1)から(6)までのいずれかに記載の固体撮像素子。
(8)
複数の画素ごとに、光電変換を行うフォトダイオードを半導体基板に形成し、
前記半導体基板の光入射面側に、前記画素ごとに対応する色の光を透過するカラーフィルタを積層し、
前記画素ごとの前記カラーフィルタの間に、2種類の異なる材質が用いられる第1の遮光膜および第2の遮光膜が積層されて構成される遮光膜を配置する
ステップを含む固体撮像素子の製造方法。
(9)
複数の画素ごとに、光電変換を行うフォトダイオードが形成される半導体基板と、
前記半導体基板の光入射面側に積層され、前記画素ごとに対応する色の光を透過するカラーフィルタと、
前記画素ごとの前記カラーフィルタの間に配置され、2種類の異なる材質が用いられる第1の遮光膜および第2の遮光膜が積層されて構成される遮光膜と
を有する固体撮像素子を備える電子機器。
【0082】
なお、本実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【0083】
11 固体撮像素子, 12 画素, 21 フォトダイオード, 22 半導体基板, 23 絶縁膜, 24 非平坦化密着性膜, 25 カラーフィルタ, 26 マイクロレンズ, 27 第1の遮光膜, 28 第2の遮光膜, 29 多層配線層, 30 遮光膜, 31 マイクロレンズ母材, 32 感光性樹脂, 41 画素分離部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【国際調査報告】