JP6308717B2 - 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および撮像システム - Google Patents

Description

本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および固体撮像装置を有する撮像システムに関する。

デジタルスチルカメラ等の撮像システムに用いる固体撮像装置では、撮像用の画素が配列する画素領域の中に、焦点検出用の画素を有する構成が提案されている。特許文献１には、焦点検出用の画素として、遮光部によって、入射光の光路を規定する構成が開示されている。

特開２００９−１０５３５８号公報

しかしながら、特許文献１に記載の構成によって、入射光の光路を規定する遮光部によって反射された光が、焦点検出用の画素の周辺の撮像用の画素に入り込んでしまう、いわゆるクロストークを引き起こす可能性があった。
そこで、本発明は、クロストークが低減可能な、焦点検出用の画素を有する固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの側面は、
撮像用の画素と焦点検出用の画素とが配列され、
前記撮像用の画素と前記焦点検出用の画素のそれぞれが光電変換部を有し、
前記撮像用の画素と前記焦点検出用の画素のそれぞれの上に、マイクロレンズが設けられ、
前記撮像用の画素と前記焦点検出用の画素のそれぞれの光電変換部の上方に、複数の配線層及び複数の絶縁層を有する多層配線構造が設けられている固体撮像装置において、
前記焦点検出用の画素は、前記焦点検出用の画素が有する光電変換部の上に設けられ、焦点検出のために入射光の一部を遮光する遮光部と、
前記遮光部の上面よりも上方に設けられ、前記遮光部による反射光が前記撮像用の画素に入射することを抑制する導光部と、
を有し、
前記焦点検出用の画素において、前記遮光部の上方に、前記多層配線構造が設けられ、
前記焦点検出用の画素において、前記導光部は、前記遮光部と前記光電変換部との間には設けられておらず、
前記撮像用の画素において、前記導光部が設けられていない固体撮像装置に関する。

本発明の１つの側面は、撮像用の画素と焦点検出用の画素とが配列され、
前記撮像用の画素と前記焦点検出用の画素のそれぞれが、光電変換部と、複数の配線層及び複数の絶縁層を有する多層配線構造と、を有し、
前記撮像用の画素と前記焦点検出用の画素のそれぞれの上に、マイクロレンズが設けられている固体撮像装置の製造方法において、
前記撮像用の画素となる領域と、前記焦点検出用の画素となる領域とに、前記多層配線構造を形成する工程と、
前記焦点検出用の画素となる領域に、遮光部を形成する工程と、
前記焦点検出用の画素となる領域において、前記光電変換部と前記遮光部の間には形成せず、前記遮光部の上方のみに、導光部を形成する工程と、を有し、
前記撮像用の画素となる領域において、前記導光部を形成せず、
前記多層配線構造を形成する工程の一部と遮光部を形成する工程は、同時に行われ、
前記多層配線構造を形成する工程の一部と導光部を形成する工程は、同時に行われる固体撮像装置の製造方法に関する。

本発明によって、クロストークが低減可能な、焦点検出用の画素を有する固体撮像装置を提供することが可能となる。

第１実施形態の固体撮像装置を説明するための断面模式図、および平面模式 図 第１実施形態の固体撮像装置を説明するための断面模式図 第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明するための断面模式図 第１実施形態の固体撮像装置の変形例を説明するための断面模式図 第２実施形態の固体撮像装置を説明するための断面模式図 第２実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明するための断面模式図 第３実施形態の固体撮像装置を説明するための断面模式図 撮像システムの一例を説明するためのブロック図

本発明の１つの側面に係る固体撮像装置は、撮像用の画素と焦点検出用の画素が配列されている。焦点検出用の画素には、光電変換部の上に設けられ、焦点検出のために入射光の一部を遮光する遮光部が設けられている。そして、焦点検出用の画素には、少なくとも遮光部の上面よりも上方に設けられた導光部が設けられている。このような構成によって、クロストークが低減可能な固体撮像装置を提供することが可能となる。

ここで、以下の説明において、遮光（遮光部）は、入射光を１００％遮光するものでなくてもよい。また、遮光部は、少なくともある波長範囲の光に対して、透過率を低減させるものであればよい。例えば、ある波長範囲の光に対して、少しでも反射あるいは吸収されるものであればよい。なお、ある波長範囲とは、例えば、可視光の固体撮像装置では約４００ｎｍ以上約７５０ｎｍ以下の範囲であり、固体撮像装置の使用目的によって変更することができる。

以下、図面を用いてＣＭＯＳ型の固体撮像装置の場合の実施形態を説明する。

（第１実施形態）
本実施形態の固体撮像装置について、図１、図２、図３を用いて説明する。まず、本実施形態の固体撮像装置は、撮像用の画素（以下、第１画素と称する）と、焦点検出用の画素（以下、第２画素と称する）とを有する。図１（ａ）は、本実施形態の固体撮像装置を説明するための第１画素と第２画素の部分の断面模式図であり、図１（ｂ）はその上面模式図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）のＸ−Ｙ線の断面に対応する。なお、焦点検出用の画素を有する固体撮像装置については、後に詳述する。

図１（ａ）において、固体撮像装置１００は、第１画素１０１と、第２画素１０２とを有する。これらの画素は、素子が設けられる半導体基板１０３と、多層配線構造１０４とを有する。多層配線構造１０４の上には、保護膜１２３、平坦化層１２４、複数のカラーフィルタを含むカラーフィルタ層１２５、および複数のレンズを含むレンズ層１２６が設けられている。ここで、保護膜は単層の保護膜１２３とするが、多層の膜であってもよい。保護膜１２３は、多層配線構造１０４を機械的、あるいは化学的に保護する機能を有する。複数のカラーフィルタは、例えば、それぞれが１つの画素に対応して設けられている。同様に、複数のマイクロレンズは、例えば、それぞれが１つの画素に対応して設けられている。

ここで、半導体基板１０３は、例えば、シリコン半導体基板であり、エピタキシャル層やウエル等の半導体領域が形成されていてもよい。本実施形態では、半導体基板１０３は、Ｎ型の半導体領域１０５の上に、ウエルとなるＰ型の半導体領域１０６が形成されている。素子は、フォトダイオードである光電変換部（以下、ＰＤ部）と、転送ゲート電極（以下、ＴＸ電極）と、ＰＤ部とＴＸ電極とＭＯＳトランジスタを構成するフローティングディフュージョン部（以下、ＦＤ部）と、それらを分離する素子分離部１１３とを有する。第１画素１０１の素子としては、第１ＰＤ部１０７と、第１ＦＤ部１０８と、第１ＴＸ電極１０９が含まれ、第２画素１０２の素子としては、第２ＰＤ部１１０と、第２ＦＤ部１１１と、第２ＴＸ電極１１２が含まれる。また、半導体基板１０３には、各素子を分離する素子分離部１１３が設けられている。ここで、各ＰＤ部は、受光面１３３を有し、半導体基板１０３の表面である面１３４は、半導体と絶縁体との界面であり、例えば、ＭＯＳトランジスタのゲート絶縁膜との界面であり、受光面１３３を含む。

多層配線構造１０４は、例えば、複数の配線層、コンタクト層、複数のビア層、および複数の絶縁膜を含む。複数の配線層は、それぞれが複数の配線を有する、配線層１１４、配線層１１５、および配線層１１６を含む。コンタクト層は、複数のコンタクトプラグを有するコンタクト層１１７を含む。複数のビア層は、複数のビアプラグを有するビア層１１８と、複数のビアプラグを有するビア層１１９と、を含む。複数の絶縁膜は、絶縁膜１２０と、絶縁膜１２１と、絶縁膜１２２とを含む。

このような構成の固体撮像装置１００において、第２画素１０２には、焦点検出のための遮光部１２７が形成されている。そして、遮光部１２７の上には、導光部１３５が設けられている。ここで、導光部１３５は、入射光に対して第１部分１３６と、第１部分１３６よりも入射光の透過率が低い材料からなる第２部分１３７とからなる。この導光部１３５は、少なくとも遮光部１２７の上面１３９よりも上に設けられている。ここで、第１部分は酸化シリコンからなる。遮光部および第２部分は、酸化シリコンよりも入射光の透過率が低い、アルミニウム、銅、タングステン等の金属材料や、黒の顔料を含む有機材料などからなる。ここで、遮光部および第２部分は、製造の観点から金属材料が好ましい。遮光部１２７は、焦点検出のために入射光の一部を遮光する。

ここで、図１（ｂ）を用いて遮光部１２７と導光部１３５の位置について説明する。図１（ｂ）は、任意の部材の上面図であり、面１３４に対する任意の部材の面１３４への正射影図とも言える。図１（ｂ）において、複数の画素に渡って、格子状の配線層１１６が設けられている。格子状の配線層１１６の開口１３８のそれぞれは、各ＰＤ部に対して設けられており、ＰＤ部の光の入射開口を規定する。第１画素１０１の開口１３８の内側には、第１ＰＤ部１０７の受光面１３３が位置する。一方、第２画素１０２の開口１３８の内側には、遮光部１２７と、遮光部１２７の開口１２８と、第２部分１３７とが位置している。ここで、第２ＰＤ部１１０は、遮光部１２７に覆われており、開口１２８によって制限された光が第２ＰＤ部１１０へ入射する。そして、遮光部１２７の外縁にそって、枠状の第２部分１３７が設けられている。なお、遮光部１２７の外縁と第２部分１３７の外縁は一致している。図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、第２部分１３７は、遮光部１２７の外縁にそって、第１部分１３６を囲う壁のような形状を有している。

このような遮光部１２７の上の導光部１３５によって、クロストークの低減が可能となる。このクロストークについて、図２を用いて説明する。

図２（ａ）は、図１（ａ）に示した固体撮像装置１００にある方向から光線が入射する場合を示したものであり、図２（ｂ）は、比較のための固体撮像装置２００に同様な光線が入射する場合を示したものである。図２（ａ）においては、主要な構成のみに図１（ａ）と同一の符号を付し、図２（ｂ）においては、図２（ａ）と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。比較の固体撮像装置２００は、固体撮像装置１００における導光部１３５を設けていない点が異なる。つまり、図２（ｂ）は図２（ａ）と導光部１３５以外は同一である。

まず、固体撮像装置１００および固体撮像装置２００のそれぞれに、ほぼ垂直に入射する光が入射した場合について、光線２０１と光線２０３を用いて説明する。この場合には、図２（ａ）および図２（ｂ）において、光線２０１あるいは光線２０３は、遮光部１２７の開口１２８を通過し、第２ＰＤ部１１０へ入射する。次に、固体撮像装置１００および固体撮像装置２００のそれぞれに、斜めに入射する光が入射した場合について、光線２０２と光線２０４を用いて説明する。この場合には、図２（ｂ）においては、光線２０４は、遮光部１２７の上面１３９にて反射し、第１ＰＤ部１０７へ入射してしまう。しかし、図２（ａ）に示すように、導光部１３５を設けた固体撮像装置１００においては、光線２０２は、第２部分１３７の一部によって反射して、第１部分１３６を通過するため、隣接する画素のＰＤ部へ入射しない。よって、導光部１３５によって、クロストークの低減が可能となる。

図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は、第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明するための断面模式図である。以下の説明において、一般の半導体プロセスによって製造可能である部材については、説明を省略する。また、本実施形態の製造方法において、各部材の材料は一例である。

まず、半導体基板１０３を準備する。半導体基板１０３には、素子が設けられ、その上部に、コンタクト層１１７と絶縁膜１２０が設けられている。半導体基板１０３には、半導体領域１０５および半導体領域１０６が形成されており、半導体領域１０６には、素子が形成されている。ここで、素子を構成する第１ＰＤ部１０７、第１ＦＤ部１０８、第２ＰＤ部１１０、および第２ＦＤ部１１１は、例えば、Ｎ型の半導体領域であり、本実施形態においては、信号電荷として電子を扱う構成となっている。絶縁膜１２０は、例えば、酸化シリコンからなる層であり、複数の層から構成されていてもよい。コンタクト層１１７は、絶縁膜１２０の開口に形成された複数のコンタクトプラグを有している。コンタクトプラグは、例えば、チタンや窒化チタン等のバリアメタルからなるバリア部と、タングステンの導電部との積層からなる。素子、絶縁膜１２０、およびコンタクト層１１７は、一般の半導体プロセスによって製造可能である。絶縁膜１２０の上に、配線層１１４と遮光部１２７とを形成する。配線層１１４と遮光部１２７は、例えば、チタンや窒化チタン等のバリアメタルからなるバリア部と、アルミニウムの導電部との積層体からなる。ここで、遮光部１２７は配線層１１４と同一層（同一高さ）にあり、一般の半導体プロセスによって、同時に形成することが可能である。そして、配線層１１４と遮光部１２７とを覆い、例えば、酸化シリコンからなる、後の絶縁膜１２１となる膜３００を形成する。この膜３００の所定の箇所に、開口３０１と開口３０２とを形成する。開口３０１は、配線層１１４の配線と接続するビアプラグのための開口であり、開口３０２は、遮光部１２７の上に形成される導光部１３５の第２部分１３７のための開口である。開口は、一般のフォトリソグラフィ技術とエッチング技術によって形成可能であり、開口３０１と開口３０２は同時に形成することが可能である。図３（ａ）には、膜３００に、開口３０１および開口３０２を形成した状態を示している。

次に、開口３０１に、例えば、チタンや窒化チタン等のバリアメタルからなるバリア部と、タングステンからなる導電部との積層体からなるビアプラグを形成することで、ビア層１１８が形成される。また、開口３０２に、例えば、チタンや窒化チタン等のバリアメタルからなるバリア部と、タングステンからなる導電部との積層体からなる第２部分１３７の一部１２９が形成される。ここでは、ビア層１１８と第２部分１３７の一部１２９のバリア部と導電部とは、同時に形成することが可能である。そして、膜３００は絶縁膜１２１となり、絶縁膜１２１の一部は、第１部分１３６の一部を構成する。そして、ビア層１１８、第２部分１３７の一部１２９、および絶縁膜１２１の上に、配線層１１５と第２部分１３７の一部１３０を形成する。配線層１１５と第２部分１３７の一部１３０は、配線層１１４と遮光部１２７と同様に形成することができる。そして、配線層１１５と第２部分１３７の一部１３０を覆い、例えば、酸化シリコンからなる、後の絶縁膜１２２となる膜３０３を形成する。開口３０１と開口３０２と同様に、この膜３０３の所定の箇所に開口３０４と開口３０５を形成する。開口３０４は、配線層１１５の配線と接続するビアプラグのための開口であり、開口３０５は、第２部分１３７のための開口である。開口３０４と開口３０５は同時に形成することが可能である。図３（ｂ）には、膜３０３に、開口３０４、および開口３０５を形成した状態を示している。

そして、ビア層１１８と同様に、バリア部と導電部とを形成することによって、開口３０４にビアプラグを形成し、ビア層１１９が形成される。また、第２部分１３７の一部１２９と同様に、バリア部と導電部とを形成することによって、開口３０５に第２部分１３７の一部１３１が形成される。ここで、ビア層１１９と第２部分１３７の一部１３１のバリア部と導電部とを同時に形成することも可能である。そして、膜３０３は絶縁膜１２２となり、絶縁膜１２２の一部は、第１部分１３６の一部を構成する。その後、ビア層１１９と第２部分１３７の一部１３１と絶縁膜１２２の上に、配線層１１６と第２部分の一部１３２とを形成する。配線層１１６と第２部分１３７の一部１３２は、配線層１１４と遮光部１２７と同様に形成することができる。その後、配線層１１６と第２部分１３７の一部１３２と絶縁膜１２２とを覆う保護膜１２３を形成し、図３（ｃ）の構成が完成する。

その後、図１（ａ）のように有機材料からなる平坦化層１２４を形成し、複数の色のカラーフィルタを形成することでカラーフィルタ層１２５を形成する。カラーフィルタ層１２５の上には、複数のマイクロレンズを有するレンズ層１２６を形成する。以上の製造方法によって、本実施形態の固体撮像装置を得ることができる。

本実施形態の固体撮像装置の製造方法は適宜変更が可能である。例えば、遮光部と配線層、あるいは配線層と第２部分の一部を別々に形成し、ビア層と第２部分の一部を別々に形成することもできる。また、ビア層の開口と第２部分の一部の開口を同時に形成し、バリア部と導電部とを別々に形成してもよい。特に、遮光部、導光部の第２部分、ビア層、および配線層において、開口、バリア部、および導電部を同時に形成する場合には、製造時の工程数を削減することができ、好ましい。また、遮光部や第２部分を有機材料等で形成する場合に比べて、第２部分以外を製造する際の温度への制約を減らすことができる。

画素は、最小の繰り返し単位を有する構成であればよい。本実施形態では、画素の境界を、図１（ａ）における第２ＰＤ部１１０と第１ＦＤ部１０８との間の素子分離部１１３に位置するものとしている。しかし、例えば、画素の境界は、図１（ａ）における第１ＦＤ部１０８と第１ＴＸ電極１０９との間に位置するものとしてもよい。

本実施形態において、第２画素１０２に対しては、透明のカラーフィルタが設けられることが望ましい。透明のカラーフィルタによって、焦点検出時に入射光の波長への依存を減らすことができる。なお、透明のカラーフィルタは、任意の色のカラーフィルタに比べて、入射光の光量が大きく、遮光部１２７での反射量が多いため、導光部１３５を設けることがより効果的である。

本実施形態において、配線層１１６が光の入射開口を規定するものとしたが、他の配線層によって光の入射開口が規定されていてもよい。また、本実施形態において、第２部分１３７が枠状であるものとしたが、例えば、柱状であってもよい。つまり、第２部分１３７の面１３４への正射影は、閉ループ形状でなくてもよい。また、第２部分１３７は、複数設けられていてもよい。更に、第２部分１３７の面１３４への正射影は、遮光部の面１３４への正射影の外縁の内側に設けられていてもよい。

本実施形態において、遮光部１２７は、図１（ｂ）で示した以外にも、スリット状の開口１２８を有していればよく、配線層１１４に限らず、任意の高さ、任意の位置に設けることができる。

また、各実施形態の導光部は、少なくとも遮光部の上面よりも上に設けられていればよく、遮光部の上面よりも下部まで延在していてもよい。この構成によって、遮光部の開口を通過した光が、回折等により広がり、隣接するＰＤ部へ混入することを低減することができる。

（第１実施形態の変形例）
図４（ａ）および図４（ｂ）は、第１実施形態の固体撮像装置の変形例を説明するための断面模式図である。図４（ａ）および図４（ｂ）において、図１（ａ）と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。図４（ａ）に示す固体撮像装置４００、および図４（ｂ）に示す固体撮像装置４０２は、図１（ａ）の固体撮像装置１００と遮光部と導光部の構造が異なる。具体的には、図１（ａ）の固体撮像装置１００では、導光部１３５と遮光部１２７が接しているが、図４（ａ）の固体撮像装置４００と図４（ｂ）の固体撮像装置４０２では、導光部と遮光部が接していない。

図４（ａ）に示す固体撮像装置４００では、図１（ａ）の遮光部１２７と形状の異なる遮光部４０１を設けている。遮光部４０１は、面１３４への遮光部４０１の正射影が、図１（ａ）における面１３４への遮光部１２７の正射影に比べて、小さくなるように形成している。このような遮光部４０１を設けることで、遮光部４０１と導光部１３５との間に距離がある。このような構成においても、少なくとも遮光部４０１よりも上に導光部１３５が設けられているため、遮光部４０１の上面にて反射した光が、隣接する画素のＰＤ部に入射することを抑制することが可能である。なお、図４（ａ）と同様の構成は、図１（ａ）の遮光部の形状を変えずに第２部分の位置を変更することによっても得られる。

図４（ｂ）に示す固体撮像装置４０２では、図１（ａ）の導光部１３５と形状の異なる導光部４０３を設けている。導光部４０３は、絶縁膜１２２と保護膜１２３とを含む第１部分４０４と、一部１３０と一部１３１と一部１３２とを含む第２部分４０５とからなる。この第１部分４０４と第２部分４０５とは、図１（ａ）における第１部分１３６と第２部分１３７に比べて、面１３４に垂直な方向において、短くなっている。このような構成においても、少なくとも遮光部１２７よりも上に導光部４０３が設けられているため、遮光部１２７の上面にて反射した光が、隣接する画素のＰＤ部に入射することを抑制することが可能である。なお、図１（ａ）の第２部分１３７を構成する一部１２９、１３０、１３１、１３２の任意の一部、例えば、一部１２９と一部１３１を選択して設けてもよい。

（第２実施形態）
本実施形態の固体撮像装置は、第１実施形態の固体撮像装置と導光部の構造が異なる。本実施形態の固体撮像装置について、図５および図６を用いて説明する。図５および図６において、図１（ａ）と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

図５は、本実施形態の固体撮像装置を説明するための断面模式図である。図１（ａ）の固体撮像装置１００では、導光部１３５は、透明な材料からなる第１部分１３６と不透明な材料からなる第２部分１３７とで構成されている。しかし、図５の固体撮像装置５００では、導光部５０１は、透明な材料からなる第１部分５０２と、透明な材料であり、第１部分５０２の材料よりも屈折率の低い材料からなる第２部分５０３とで構成されている。このような構成において、第１部分５０２と第２部分５０３との界面によって光が反射するため、隣接するＰＤ部への光の混入を低減することができる。

図６（ａ）、図６（ｂ）、および図６（ｃ）を用いて、第２部分５０３が空隙５０４（気体）である場合の、本実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する。図６（ａ）、図６（ｂ）、図６（ｃ）は、本実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明するための断面模式図である。なお、第１実施形態と同様の製造方法により形成可能な部分については、説明を省略する。

図６（ａ）に示すように、素子が形成され、多層配線構造が上部に設けられた半導体基板１０３を準備する。多層配線構造は、絶縁膜１２０、コンタクト層１１７、配線層１１４、遮光部１２７、ビア層１１８、配線層１１５、ビア層１１９、および配線層１１６を含み、更に、後に絶縁膜１２１となる膜６００と、後に絶縁膜１２２となる膜６０１とを含む。

次に、図６（ｂ）に示すように、膜６００と膜６０１の所定の位置に開口６０２を形成する。開口６０２は、遮光部１２７の上に形成される導光部５０１の第２部分５０３のための開口である。そして、膜６００が絶縁膜１２１に、膜６０１が絶縁膜１２２になり、それらの一部が第１部分５０２を構成する。

その後、図６（ｃ）に示すように、保護膜１２３を、開口６０２と絶縁膜１２２と配線層１１６の上に形成することで、空隙５０４が形成される。保護膜１２３は、例えば、窒化シリコンからなる膜であり、プラズマＣＶＤ（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって形成される。この時、プラズマＣＶＤ法の条件を、低い埋め込み特性となるように調整する、あるいは開口６０２の幅を狭くすることで、開口６０２に窒化シリコンが堆積せずに空隙５０４が形成される。なお、プラズマＣＶＤ法の低い埋め込み特性の条件とは、例えば、上部電極と下部電極とを有するプラズマＣＶＤ装置において下部電極のパワーを低くする条件である。なお、第１部分５０２が酸化シリコンからなる場合、第２部分５０３は、例えば、空気、窒素、あるいは不活性ガスといった気体や、アクリル系樹脂等の有機材料を任意に選択することができる。気体の場合には、部材の信頼性を鑑みて、窒素や不活性ガスが望ましい。第１部分５０２が窒化シリコンからなる場合、第２部分５０３は、上述の材料に加えて、酸化シリコンであってもよい。

その後、第１実施形態と同様に、平坦化層１２４、カラーフィルタ層１２５、およびレンズ層１２６を形成することで、図５の固体撮像装置５００が形成される。

本実施形態の導光部であっても、少なくとも遮光部の上に導光部が形成されていることで、隣接するＰＤ部への光の混入を低減することができる。なお、本実施形態の導光部も、第１実施形態と同様に適宜変更可能である。例えば、図６（ａ）の段階で保護膜を形成した後、フォトリソグラフィ技術、およびエッチング技術によって、第２部分のための開口を形成するなど、深さや位置は適宜変更可能であり、また第２部分の材料も任意の材料が選択可能である。

（第３実施形態）
本実施形態の固体撮像装置は、第２実施形態の固体撮像装置と導光部の構造が異なる。本実施形態の固体撮像装置について、図７を用いて説明する。図７において、図５と同様の構成には同一の符号を付し、説明を省略する。

図７は、本実施形態の固体撮像装置を説明するための断面模式図である。図７の固体撮像装置７００は、図５の固体撮像装置５００と、透明な材料からなる第１部分と、透明な材料であり、第１部分の材料よりも屈折率の低い材料からなる第２部分とで構成されている点では、等しい。しかし、図５の固体撮像装置５００では、絶縁膜１２１の一部と絶縁膜１２２の一部が第１部分５０２を構成しているが、図７の固体撮像装置７００では、絶縁膜１２１の一部と絶縁膜１２２の一部が第２部分７０３を構成している。そして、第１部分７０２が、第２部分７０３よりも高い屈折率の材料、例えば、窒化シリコンからなる。この第１部分７０２と第２部分７０３が、導光部７０１を構成する。このような構成においても、第１部分７０２と第２部分７０３との界面によって光が反射するため、隣接するＰＤ部への光の混入を低減することができる。詳細に図７の構成について説明する。

図７の固体撮像装置７００は、半導体基板１０３、多層配線構造１０４、第１高屈折率部分７０６、および第２高屈折率部分７０７を有する。更に、多層配線構造１０４、第１高屈折率部分７０６、および第２高屈折率部分７０７の上には、保護膜７０５、平坦化層１２４、複数のカラーフィルタを含むカラーフィルタ層１２５、および複数のレンズを含むレンズ層１２６が設けられている。

本実施形態における多層配線構造１０４は、絶縁膜１２０、コンタクト層１１７、配線層１１４、絶縁膜７０８、ビア層１１８、配線層１１５、絶縁膜７０９、ビア層１１９、配線層１１６、絶縁膜７０４を有する。ここで、コンタクト層１１７は絶縁膜１２０の開口に設けられ、ビア層１１８は絶縁膜７０８の開口に設けられ、ビア層１１９は絶縁膜７０９の開口に設けられている。配線層１１４は、絶縁膜１２０の上に設けられ、絶縁膜７０８によって覆われている。配線層１１５は、絶縁膜７０８の上に設けられ、絶縁膜７０９によって覆われている。配線層１１６は、絶縁膜７０９の上に設けられ、絶縁膜７０４によって覆われている。

第１高屈折率部分７０６と第２高屈折率部分７０７は、絶縁膜７０８、絶縁膜７０９、および絶縁膜７０４の開口に設けられている。第１高屈折率部分７０６は、絶縁膜１２０の上面に接して配置され、第２高屈折率部分７０７は、遮光部１２７の上面１３９に接して配置されている。絶縁膜７０８、絶縁膜７０９、および絶縁膜７０４は、例えば、酸化シリコンからなり、第１高屈折率部分７０６と第２高屈折率部分７０７は、例えば、窒化シリコンからなる。この第２高屈折率部分７０７は、導光部７０１の第１部分７０２を構成し、第２部分７０３よりも高い屈折率を有する。よって、第１部分７０２と第２部分７０３との界面によって光が反射するため、隣接するＰＤ部への光の混入を低減することができる。

また、第１画素１０１においても、第１高屈折率部分７０６が設けられているため、第１高屈折率部分７０６と、絶縁膜７０８、絶縁膜７０９、および絶縁膜７０４とが界面を形成し、光を反射する。つまり、第１画素１０１も導光構造を有する。このような構成によって、第１画素１０１からの光が第２ＰＤ部１１０に混入することを低減することが可能となる。ここで、導光構造は、第１実施形態に示す低い透過率の材料を利用した構造も含む。

固体撮像装置７００の製造方法は、第２実施形態の固体撮像装置５００の製造方法と同様に、多層配線構造１０４を上部に設けた半導体基板１０３を準備し、開口を形成する。ここで、開口は、後に第１高屈折率部分と第２高屈折率部分となる領域の絶縁膜を、エッチング技術によって除去することで形成される。その後、プラズマＣＶＤ法で窒化シリコンを堆積することで開口を埋め、開口以外の部分に堆積した窒化シリコンを、ＣＭＰ（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｃｈｉｎｇ）法などによって除去する。この時、保護膜７０５を同時に形成することが出来る。その後は、平坦化層１２４、カラーフィルタ層１２５、およびレンズ層１２６を形成することで、図７の固体撮像装置７００を得ることができる。

このような形態の導光部であっても、少なくとも遮光部の上に導光部が形成されていることで、隣接するＰＤ部への光の混入を低減することができる。

本実施形態では、第１部分７０２を窒化シリコンとしたが、例えば、酸化チタンを分散させたアクリル系樹脂や、スチレン系樹脂などの有機材料であってもよい。また、第１部分７０２を構成する材料と保護膜７０５とを一体の構成としているが、それらは別の材料からなる構成でもよい。また、第１高屈折率部分７０６と第２高屈折率部分７０７は、保護膜７０５と一体の構造を有しているが、それらは別体であってもよい。

（焦点検出用の画素を有する固体撮像装置）
上述の第１〜第３実施形態において説明してきた固体撮像装置は、像面位相差ＡＦ（Ａｕｔｏ Ｆｏｃｕｓ）が可能な固体撮像装置である。各実施形態の固体撮像装置は、それぞれマイクロレンズが配置された第１画素と第２画素とを有する。第２画素は、少なくとも２種類の画素（例えば、Ａ画素とＢ画素と称する）を有し、各実施形態の固体撮像装置は、複数のＡ画素によって得られる第１像と、複数のＢ画素によって得られる第２像とを比較することによって、合焦状況を判断することが出来る。ここで、第１画素と第２画素のそれぞれに設けられるマイクロレンズは、カメラ等の撮像システムにおける撮影レンズの射出瞳を出た光束を集光することにより、射出瞳の実像を形成する。射出瞳の半分からマイクロレンズに入射する光束は、実像の片側へ集められ、射出瞳のもう半分からマイクロレンズに入射する光束は実像のもう片側へ集められる。この時、第２画素には、図１（ｂ）に示すように光電変換部の半分に対応した光開口を有する遮光部が設けられているため、この射出瞳のある半分から入射する光束は遮光され、別の半分から入射する光束が光電変換部に入射することになる。各実施形態の第２画素においては、射出瞳の右側から入射する光束が入射する。各実施形態では、このような焦点検出が可能な固体撮像装置における１つの焦点検出用の画素の構造に着目して説明したものである。なお、遮光部は、光電変換部を半分以上覆ってもよく、その開口位置も図１（ｂ）の形態に限定されない。

（撮像システムへの応用）
上述の各実施形態に係る固体撮像装置の応用例として、該固体撮像装置が組み込まれた撮像システムについて、図８のブロック図を用いて説明する。図８は、上述の各実施形態の固体撮像装置を適用可能な撮像システムの一例としてデジタルスチルカメラの場合を示している。

図８において、レンズ部８０１は被写体の光学像を固体撮像装置８０５に結像させる。レンズ部８０１は、レンズ駆動装置８０２によってズーム制御、フォーカス制御、絞り制御等が行われる。メカニカルシャッター８０３はシャッター制御手段８０４によって制御される。撮像信号処理回路８０６は、固体撮像装置８０５から出力される画像信号に各種の補正を行ったり、データを圧縮したりして、画像データを生成する。タイミング発生回路８０７は、固体撮像装置８０５、撮像信号処理回路８０６に、各種タイミング信号を出力する駆動手段である。全体制御・演算部８０９は、撮像信号処理回路８０６や測光装置８１３等の情報の各種演算と撮像装置全体を制御する制御回路と、演算処理を行う演算回路を含む。メモリ部８０８は画像データを一時的に記憶するメモリを含み、記録媒体制御インターフェース部（記録媒体制御Ｉ／Ｆ部）８１０は、記録媒体に記録または読み出しを行う。記録媒体８１１は、画像データの記録または読み出しを行う為の半導体メモリ等の着脱可能な媒体である。表示部８１２は各種情報や撮影画像を表示する。

次に、前述の構成における撮影時のデジタルカメラの動作について説明する。メイン電源がオンされると、コントロール系の電源がオンし、更に撮像信号処理回路８０６などの撮像系回路の電源がオンされる。それから、レリーズボタン（図示せず）が押されると、固体撮像装置８０５からのデータを元に測距演算を行い、測距結果に基づいて被写体までの距離の演算を全体制御・演算部８０９で行う。その後、レンズ駆動装置８０２によりレンズ部を駆動して合焦か否かを判断し、合焦していないと判断した時は、再びレンズ部を駆動し測距を行う。測距演算は、固体撮像装置８０５からのデータで求める以外にも、測距専用装置（図示せず）で行っても良い。測距演算は、固体撮像装置８０５と測距専用装置のデータを選択可能であってもよい。

そして、合焦が確認された後に撮影動作が開始する。撮影動作が終了すると、固体撮像装置８０５から出力された画像信号は撮像信号処理回路８０６で画像処理をされ、全体制御回路・演算部８０９によりメモリに書き込まれる。撮像信号処理回路８０６では、並べ替え処理、加算処理やその選択処理が行われる。メモリ部８０８に蓄積されたデータは、全体制御・演算部８０９の制御により記録媒体制御Ｉ／Ｆ部８１０を通り記録媒体８１１に記録される。また、外部インターフェース部（外部Ｉ／Ｆ部、図示せず）を通り直接コンピュータ等に入力して画像の加工を行っても良い。

以上のようにして、上述の各実施形態の固体撮像装置は撮像システムに適用される。なお、撮像システムの概念には、スチルカメラやカムコーダ等の撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に備える装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末）も含まれる。

以上のようにして、各実施形態の固体撮像装置は撮像システムに適用される。各実施形態の固体撮像装置を用いることによって、隣接するＰＤ部への光の混入を低減することが可能となり、得られる画像信号あるいは焦点検出信号の精度が向上する。得られる信号の精度が向上するため信号処理回路での画像処理、焦点検出処理が容易となる。よって、処理部などの構成を簡易なものにすることが可能となる。

以上の実施形態において、導光部に関する開口は、ある部材を貫通する孔の他に、ある部材を貫通しない、ある部材の一部が底面に残る溝状の形状も含む。また、第３実施形態に限らず、各実施形態において、第１画素に導光構造を設けてもよい。

また、上述した各実施形態は、適宜変更が可能であり、更に、複数の実施形態を組み合わせたものであってもよく、固体撮像装置もＣＭＯＳ型に限定されない。

１０１ 撮像用の画素
１０２ 焦点検出用の画素
１０７、１１０ フォトダイオード部
１２７ 遮光部
１３５ 導光部
１３６ 第１部分
１３７ 第２部分
１３９ 上面

Claims (13)

1. 撮像用の画素と焦点検出用の画素とが配列され、
   前記撮像用の画素と前記焦点検出用の画素のそれぞれが光電変換部を有し、
   前記撮像用の画素と前記焦点検出用の画素のそれぞれの上に、マイクロレンズが設けられ、
   前記撮像用の画素と前記焦点検出用の画素のそれぞれの光電変換部の上方に、複数の配線層及び複数の絶縁層を有する多層配線構造が設けられている固体撮像装置において、
   前記焦点検出用の画素は、前記焦点検出用の画素が有する光電変換部の上に設けられ、焦点検出のために入射光の一部を遮光する遮光部と、
   前記遮光部の上面よりも上方に設けられ、前記遮光部による反射光が前記撮像用の画素に入射することを抑制する導光部と、
   を有し、
   前記焦点検出用の画素において、前記遮光部の上方に、前記多層配線構造が設けられ、
   前記多層配線構造は、前記焦点検出用画素において、前記遮光部の上方に設けられ、
   前記焦点検出用の画素において、前記導光部は、前記遮光部と前記光電変換部との間には設けられておらず、
   前記撮像用の画素において、前記導光部が設けられていない固体撮像装置。
2. 前記導光部は、前記遮光部の上面と接している請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記導光部は、第１部分と、前記第１部分の周りに設けられ、前記第１部分よりも前記入射光の透過率が低い材料からなる第２部分と、を有する請求項１または２に記載の固体撮像装置。
4. 前記第１部分は、酸化シリコンからなり、
   前記第２部分は、金属材料からなる請求項３に記載の固体撮像装置。
5. 前記導光部は、第１部分と、前記第１部分の周りに設けられ、前記第１部分よりも前記入射光における屈折率が低い材料からなる第２部分と、
   を有する請求項１または２に記載の固体撮像装置。
6. 前記第１部分は、窒化シリコンからなり、
   前記第２部分は、酸化シリコンからなる請求項５に記載の固体撮像装置。
7. 前記第１部分は、酸化シリコンからなり、
   前記第２部分は、空隙である請求項５に記載の固体撮像装置。
8. 前記焦点検出用の画素が有する光電変換部の受光面を含む面に対する平面視において、前記遮光部は、前記焦点検出用の画素の光電変換素部と重なる位置に開口を有する請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
9. 前記焦点検出用の画素が有する光電変換部の受光面を含む面に対する前記導光部の正射影は、前記面に対する前記遮光部の正射影の外縁の内側に位置する請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載の固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置からの信号を処理する処理部と、を有する撮像システム。
11. 更に、被写体の光学像を前記固体撮像装置に結像させるレンズ部と、少なくとも前記レンズ部のフォーカス制御を行うレンズ駆動装置とを有し、前記処理部は前記固体撮像装置からの信号に基づいて、前記フォーカス制御のための焦点検出を行うことを特徴とする請求項１０に記載の撮像システム。
12. 更に、記録媒体制御インターフェース部を有し、
    前記処理部は更に、前記固体撮像装置からの信号に基づいて画像データを生成する処理を行い、前記記録媒体制御インターフェース部は前記画像データの記録媒体への記録を行うことを特徴とする請求項１１に記載の撮像システム。
13. 撮像用の画素と焦点検出用の画素とが配列され、
    前記撮像用の画素と前記焦点検出用の画素のそれぞれが、光電変換部と、複数の配線層及び複数の絶縁層を有する多層配線構造と、を有し、
    前記撮像用の画素と前記焦点検出用の画素のそれぞれの上に、マイクロレンズが設けられている固体撮像装置の製造方法において、
    前記撮像用の画素となる領域と、前記焦点検出用の画素となる領域とに、前記多層配線構造を形成する工程と、
    前記焦点検出用の画素となる領域に、遮光部を形成する工程と、
    前記焦点検出用の画素となる領域において、前記光電変換部と前記遮光部の間には形成せず、前記遮光部の上方のみに、導光部を形成する工程と、を有し、
    前記撮像用の画素となる領域において、前記導光部を形成せず、
    前記多層配線構造を形成する工程の一部と遮光部を形成する工程は、同時に行われ、
    前記多層配線構造を形成する工程の一部と導光部を形成する工程は、同時に行われる固体撮像装置の製造方法。

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