JP2010287797A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光の経路に配線が存在する場合でも、光の減衰や回折の影響を最小限に留め、画素の微細化を図ると同時に感度の向上、混色の防止を図ることのできる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】配線及び拡散防止膜による光の回折光が通過する位置に拡散防止膜を適宜配置することで、拡散防止膜による光の減衰を最小減にとどめ、かつ、回折光による感度低下を抑制することや、隣接画素への信号の漏れ込みを低減することを可能とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体撮像装置に関する。

近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）あるいはＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型等の固体撮像装置は、画像入力装置として急速にその需要が高まってきている。特に増幅型のＭＯＳ型固体撮像装置はＣＣＤに比べ消費電力が小さく、駆動電圧も低い。さらに汎用の半導体製造プロセスを使えるためよりコストを抑制できることから、増幅型ＭＯＳトランジスタを用いたＣＭＯＳセンサの開発に力が注がれている。

特許文献１には、このＭＯＳ型撮像装置において、配線材に銅を用いると共に多層配線中に拡散防止膜等を設けた場合でも、受光部への反射や多重干渉の影響を低減でき、光量の向上や低ノイズ化を図る方法が提案されている。これはＣｕ拡散防止膜をフォトダイオードの受光領域の上部領域で除去し、複層配線層の受光領域上に配置される領域が、シリコン酸化膜だけで形成されるようにすることで、入射光の受光部への反射や多重干渉の影響を低減するというものである。

また特許文献２にも配線層に銅配線を用いた場合に必要となる拡散防止膜によって生じる光電変換素子への入射光の減衰を防止し、感度や画質等の特性を向上する方法が提案されている。これはＭＯＳトランジスタ等を形成した非光電変換領域には、銅配線による第１配線層の上層に拡散防止膜が形成され、フォトダイオードを形成した光電変換領域では、拡散防止膜が除去され、フォトダイオードの光学特性を向上するというものである。

特開2005-311015号公報 特開2003-303948号公報

特許文献１及び２における効果としては拡散防止膜における入射光の光の減衰や反射を抑えることのみに留まっており、光の回折現象について考慮することはなかった。銅の拡散防止膜は、銅配線からの銅イオンの拡散を抑えるべく、銅配線の寸法より大きく形成される。大きくする寸法は、拡散防止膜を加工する際の露光機のアライメント精度で決まる最小寸法で決まっていた。

上記の固体撮像装置は受光領域上において配線からの銅の拡散を防ぐための拡散防止膜が配置されない。つまり受光領域上に読み出し回路等の配線が存在しないことが前提となっていた。しかしながら、近年、高解像度のための多画素化や、カメラ光学系の小型化による小チップ化の要求に伴い、画素の微細化や高密度化が進められている。その結果、配線の微細化技術が、受光面の開口サイズ、つまり単位画素の入射光量を決定し、素子分離の微細化技術が受光領域を決定するようになった。そして現在の素子分離の微細化技術を使用すれば受光領域は開口サイズよりも大きくなり、読み出し回路等の配線の配置が受光領域上に掛かることが通常である。そのため上記従来例のように、受光領域上において配線からの銅の拡散を防ぐための拡散防止膜が配置されない、つまり受光領域上に読み出し回路等の配線が存在しない場合が生じることはほとんどない。

さらに読み出し回路等の配線の配置が受光領域上に掛かかった場合においては、上層の配線が下層の配線より開口側に出っ張る。拡散防止膜を最大限除去したとしても、配線層の開口を通過した光は配線間や拡散防止膜間で回折する。これは光の波動的な性質上、配線層の受光部上の開口幅と入射波長に依存して、内側に回りこんで光強度に分布が生ずる現象である。例えば、入射光の回折現象は配線間隔や拡散防止膜の間隔、及び到達するＳｉ面までの距離に応じて、図６のような光量分布を持ってＳｉ面上に到達する。このように画素の微細化に伴い入射光は配線間での光の回折現象により、より広がり、受光領域以外の素子分離や隣接画素上にも集光されやすくなる。つまり光電変換に寄与する光は益々減少し、感度の低下や混色の増大を招いている。

拡散防止膜での光の反射成分は膜厚を制御すれば、拡散防止膜が受光部全域を覆う場合でも入射光の減衰を抑制できる。減衰量を最小限にするためには以下の式を満たす膜厚が必要となる。

２nd・cosβ＝ｍλ （ｍ＝整数）（１）
ここでｄ＝拡散防止膜の膜厚、ｎ＝拡散防止膜の屈折率、β＝屈折角、λ＝入射光の波長である。（１）式よりＳｉＯ₂と例えば拡散防止膜がシリコン窒化膜ＳｉＮ（ｎ＝２．０）との間で位相が反転した反射波と、ＳｉＮとＳｉＯ₂とで位相が同相の反射波が打ち消し合えばよい。つまり、２つの波の光路差に「波長λの整数倍」という関係が成り立たてばよい。しかしながらカラー固体撮像装置では、色毎に最適な膜厚が異なり製造が煩雑となる。

また拡散防止膜を透過する光の減衰成分については、減衰係数ｋ値の低い材料を使用して光の減衰をなるべく防ぐこともできる。しかし完全にｋ値が０である材料はないため、従来技術のように光の進行領域ではできるだけ拡散防止膜を除去するようにする。しかし前述したように受光部領域上に配線層と拡散防止膜が配置されることが通常であり、光の減衰成分はなくならない。

そこで拡散防止膜による光の減衰と、微細化に伴う配線間及び拡散防止膜間の光の回折現象を共に抑える必要がある。

上述した課題を鑑み、本発明では、光の経路に配線が存在する場合でも、光の減衰や回折の影響を最小限に留め、画素の微細化を図ると同時に感度の向上、混色の防止を図ることの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の本発明は、半導体基板内に、複数の光電変換素子と、該光電変換素子に対応する複数の転送トランジスタと、増幅用トランジスタと、リセットトランジスタとを有する画素回路を２次元アレイ状に複数配置してなる固体撮像装置であって、
各画素回路は更に、
前記光電変換素子と、前記転送トランジスタと、前記増幅用トランジスタと前記リセットトランジスタとを接続するための、少なくとも、第１の配線層と第２の配線層とを含む複数の配線層と、
前記複数の配線層のそれぞれの上面に設けられた拡散防止膜であって、少なくとも前記第１の配線層の上面に設けられた第１の拡散防止膜と前記第２の配線層の上面に設けられた第２の拡散防止膜とを含む拡散防止膜と、
前記複数の配線層及び前記拡散防止膜を覆う層間絶縁膜と
を備え、
前記第２の配線層は、前記第１の配線層よりも上層に配置され、
前記拡散防止膜の屈折率は、前記層間絶縁膜の屈折率よりも高く、
前記光電変換素子の中心を通る法線を基準とし、前記光電変換素子に面する前記第２の配線層の端部と前記法線との距離が、該光電変換素子に面する前記第１の配線層の端部と前記法線との距離よりも短い箇所において、
前記光電変換素子に面する前記第１の拡散防止膜の端部と前記法線との距離が、前記光電変換素子に面する前記第２の配線層の端部と前記法線との距離以下で、かつ、前記光電変換素子に面する該第２の拡散防止膜の端部と前記法線との距離以上となることを特徴とする。

本発明では、光の経路に配線が存在する場合でも、光の減衰や回折の影響を最小限に留め、画素の微細化を図ると同時に感度の向上、混色の防止を図ることのできる固体撮像装置を提供することができる。

実施形態に対応する固体撮像装置の画素回路の構成例を示す図。 第１の実施形態の画素回路のレイアウト図。 第１の実施形態の画素回路の断面図。 第１の実施形態の画素回路の断面の部分的な拡大図。 第２の実施形態の画素回路の断面の部分的な拡大図。 回折による一般的な光量分布図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
まず、図１を参照して、発明の実施形態に対応する固体撮像装置の画素回路の構成を説明する。図１に示す画素回路１００は、半導体基板内で、４つ転送トランジスタ１a、1b、1c、1dと１つの増幅用トランジスタ(ソースフォロアトランジスタ)２と１つのリセットトランジスタ３から構成される。転送トランジスタ１a、1b、1c、1dの各ドレインは浮遊拡散部（フローティングディフュージョン部：ＦＤ部）に相当し、各４つのＦＤ部が共通して接続されている。また各ゲート電位は、それぞれφｔｘ１、φｔｘ２、φｔｘ３、φｔｘ４が与えられている。転送トランジスタ１a、1b、1c、1dの各ソースは、それぞれ光電変換素子ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４に接続されている。
リセットトランジスタ３は、ゲートが電位にφｒｅｓが与えられる。ソースフォロアトランジスタ２は、ドレインをリセットトランジスタ３のドレインと共通で電源電位ＶＤＤに接続し、ソースを信号線Ｖｏｕｔに接続し、ゲートに供給される電荷を増幅して出力する。また行選択動作は、リセット動作時にFDの電位を制御することで行っている。

このように画素回路１００は、ソースフォロアトランジスタ２及びリセットトランジスタ３が、４つの光電変換素子に対して共通に使用されるように構成されている。そして、発明の実施形態の固体撮像装置では、このような画素回路１００を２次元アレイ状に複数配置して構成された撮像素子を利用する。本実施形態においては、４つのフォトダイオードが一つの増幅部に接続された構成で、かつ行選択をフローティングディフュージョンの電位制御にて行うものについて説明した。しかし発明の実施形態は、これらに限られるものではなく、共通とするフォトダイオードの数や使用する配線層数及び行選択駆動方法やそれに伴うレイアウトは適宜設定可能である。

次に、図２を参照して、本発明の実施形態に係るＣＭＯＳ型固体撮像装置の画素の平面レイアウトを説明する。図２は、図１の画素回路１００を実現するレイアウトのうち１画素分を示している。画素回路１００は、４つのフォトダイオード５、転送電極６、フローティングディフュージョン７を含む。また、第１のＣｕ配線層８と、その上面に配置される第１の配線層８を覆う第１の拡散防止膜９、この上方に存在する第２のＣｕ配線層１０と、その上面に配置される第２の配線層１０を覆う第２の拡散防止膜１１をさらに含む。

第１のＣｕ配線層８は図１の転送トランジスタ１a、1b、1c、1dの各ゲートへの電位設定や、リセットトランジスタ３のゲート電位の設定、また第２の配線層10への接続用に用いられている。第１のCu配線層８はまた、各画素における配線による非対称性による感度のばらつきを抑えるために補正用として配置して用いている。第２の配線層１０は図１のソースフォロアトランジスタ２やリセットトランジスタ３に接続されている電源電圧線や信号線として使用されている。この時、第１の配線層８の受光部５側への端部位置が一つ上層の第２の配線層１０の端部位置より小さくなる箇所が生じる。この箇所は前述した駆動方法やレイアウト方法により異なるが、１画素あたりのトランジスタ数を最小に抑えた場合、現状の素子分離と配線の微細化技術を考慮すれば、発生する可能性が極めて高い。この箇所に相当するA-A線上の断面図を図３に示す。

次に、図３を参照して、本発明の実施形態に係るＣＭＯＳ型固体撮像装置の画素の構造を説明する。図３に示す画素の構造は図２のA-A線断面であって、図２はほぼ１画素分を示したが、図３では左右の隣接画素も示している。１２はｎ型シリコン基板、５は蓄積領域であるフォトダイオード、つまり受光領域である。１３は素子分離膜、７はフローティングディフュージョンを形成しているＮ型高濃度領域、１４は転送電極６と第１の配線層８を絶縁する層間絶縁膜としてのシリコン酸化膜である。受光部５で発生した光電荷は転送電極６を介してフローティングディフュージョン７に転送される。また所望の配線パターンをなす第１の配線層８の上部には第１の配線層８を覆う拡散防止膜９が設けられている。さらに、第１の配線層８よりも上層には所望の配線パターンをなす第２の配線層１０と、該第２の配線層１０を覆う拡散防止膜１１が順次積層されている。

拡散防止膜１１のさらに上層には、プラズマシリコン窒化膜からなる層内レンズ１５が設けられている。この層内レンズ１５は、受光部５の上方に配置されている。さらに、層内レンズ１５の上層には、第１の平坦化層１６を介して、各画素をなす受光部５に対応するカラーパターンを有するカラーフィルタ層１７が設けられ、このカラーフィルタ層１７のさらに上層に、マイクロレンズ４が設けられている。カラーフィルタは、受光部５に波長の異なる複数種類の光（青、緑、赤）のうちいずれかを提供する。マイクロレンズ４も、各画素に対応して配置されている。なお、破線領域Ｂにおける一点鎖線３０１は、フォトダイオード５の受光中心を示す法線である。また、第２の拡散防止膜１１の開口幅をΔｘで示している。

第１の実施形態は、第１の配線層８の受光中心側の端部位置が第２の配線層１０の端部位置よりも開口のより外側にある図２のA-A線の箇所における、第１の拡散防止膜９、第２の配線層１０及び拡散防止膜１１の各端部位置の関係を規定する。即ち、第１の拡散防止膜９の端部位置は、第２の配線層１０の端部位置よりも開口の内側にある。この関係を、上記法線３０１を基準として考えると、第１の拡散防止膜９の端部位置と受光中心３０１との距離は、第２の配線層１０の端部位置と受光中心３０１との距離よりも短い。なお、本発明における「距離」は、各端部と法線との最短距離を考える。また、第１の拡散防止膜９の端部位置はさらに、第２の配線層１０を覆う拡散防止膜１１の端部位置よりも開口の外側にある。即ち、第１の拡散防止膜９の端部位置と受光中心３０１との距離は、第２の拡散防止膜１１の端部位置と受光中心３０１との距離よりも長い。

図４は図３の破線Ｂ領域を拡大したもので、図３の断面図に対して垂直に光が入射した場合に第２の拡散防止膜１１での回折光ｃの進行する様子を示している。なおここに示す実線ｃは、配線開口部に到達した時点での強度と同等の強度の光が回折現象により開口の外側に進行する経路を示している。但し、拡散防止膜の材料の減衰係数ｋ値が０の場合は図４に示すような拡散防止膜１１で回折光は生じない。しかしながら本発明時点で入手できる拡散防止膜でｋ値が０であるものは知られていない。従って本実施形態においてはｋ≠０を想定している。そして図４に示すように、拡散防止膜１１で回折した光は下層の拡散防止膜９に到達する時、シリコン酸化膜１４と拡散防止膜９の屈折率の差により式２のようなスネル方式に従って屈折し、拡散防止膜９中を進行する。

sinα/sinβ＝n２/n１ （２）
ここでαは回折光の入射角、βは屈折角、ｎ１はシリコン酸化膜の屈折率、ｎ２は拡散防止膜の屈折率である。なお、図示を省略しているが第２の配線層１０で回折した光も同じように拡散防止膜９中を進行する。拡散防止膜９中を進行する図４の実線ｃで示した光は拡散防止膜９が存在しない時に進行する破線ｄで示した光に比べて、受光部側へ距離Ｄだけシフトする。このシフト量Ｄは
Ｄ ＝ ａ*tanα-a*tanβ
で表される。ここでａは拡散防止膜９の膜厚である。例えば拡散防止膜９がシリコン窒化膜(ＳｉＮ)の場合、屈折率は約２．０であるので、シリコン酸化膜１４の屈折率を１．４６、回折光の入射角度αを４５°とすると、屈折角βは３０°でシフト量は約０．４２ａとなる。つまり、回折光が進行する領域において、シリコン酸化膜１４の屈折率(＝１．４６)より大きい拡散防止膜９を配置することで光の回折を開口内側方向（受光中心３０１方向）へ距離Ｄだけ近づけることができるのである。またこれは拡散防止膜９の膜厚ａが大きいほど、さらに屈折率ｎ２が大きいほど効果が大きい。

また図示を省略しているが、同様の原理で、第２の配線層１０の受光部５に面する側を通る光が回折する。この回折光が開口部のより内側へ入射するように、拡散防止膜９の端が第２の配線層１０より開口内側になるように配置されている。一方、拡散防止膜１１の開口による回折光が進行する領域は、拡散防止膜１１端部より開口外側方向（受光中心３０１から離れる方向）となる。このとき、拡散防止膜１１は減衰係数ｋ値が低い程、光を透過させる成分も存在する。つまり拡散防止膜９の表面の一部では拡散防止膜１１の透過成分と回折成分とが混合される。そのため拡散防止膜１１による回折光をシフトさせるための下層の拡散防止膜９の端部はｋ値に応じて、また開口幅に応じて適宜設定することが好ましい。従って、第２の配線層１０を覆う拡散防止膜１１の端部位置よりも、開口内側であれば回折光をより多く光電変換部にとりこむことができる。即ち、光電変換素子である受光部５に面する第１の拡散防止膜９の端部と受光中心３０１との距離は、第２の拡散防止膜１１の端部と受光中心３０１との距離より大きくなる。

また本実施形態では２層配線の場合について説明したが、３層以上の配線層で構成されていた場合でも同様である。上述の本発明の固体撮像装置によれば、光のＳｉ面での到達位置を受光領域中心方向へシフトさせることが可能となり、回折光による感度低下を抑制することや、隣接画素への信号の漏れ込みを低減することが可能になる。配線回折光によるチップ周辺部への感度低下を抑制することや、隣接画素への信号の漏れ込みを低減することが可能になる。

（第２の実施形態）
発明の第２の実施形態では、第１の実施形態に加え、配線層の上部に複数色のカラーフィルターが配されている場合を説明する。本実施形態では、各画素における入射波長による回折光を受光部へシフトさせ、かつ、カメラレンズ等で決定される最大入射角度を持った主光線での拡散防止膜での減衰を抑えることが可能なように、拡散防止膜９の端部位置を決定する。これにより、さらに集光効率を向上させることができる。

以下、本実施形態を図５を参照して説明する。図５は図４と同じく本実施形態の図３の固体撮像装置の破線Ｂ領域での拡大図である。ただし分かりやすいように、各色のカラーフィルタを透過した光線を併せて図示している。

図５中のe,f,gは各画素におけるカラーフィルターの特性に基づき、最も透過することが可能な波長について、回折波の同相の一点を繋いだ様子を示している。またe,f,gの回折光は入射光が配線開口部に到達した時点での強度と同等の強度を有している。例えば入射光線eは波長450nm(青)の回折光、ｆは波長550nm(緑)の回折光、gは波長650nm(赤)の回折光である。また図中に示す座標原点（x,y）はｘ＝0を上層の拡散防止膜１１の端部とし、ｙ＝０を下層の拡散防止膜９の表面位置を示している。ここで入射光が配線層及び、拡散防止膜の内側へ回り込む角度、つまり回折角は波長に依存し、青、緑、赤の順に大きくなり、赤が最も大きい。回折角α[ラジアン]は理想的には以下の式３で求めることができる。

回折角α≒λ/Δｘ (式３)
ここでλが媒質中における波長、Δｘは図３に示すように拡散防止膜１１の開口幅である。よって、回折角αは波長λが大きくなるほど大きくなる。図５に示すように拡散防止膜９に到達する各回折光の端部の座標を、波長450nm(青)の回折光はe'、 550nm(緑)の回折光はｆ'、 波長650nm(赤)の回折光はｇ'とする。式３により回折角αが求まれば、e',f',g'を求めることができる。さらに、ｘ軸上で、カメラレンズ等で決定される最大入射角度θをもって、第２の拡散防止膜１１の開口を通過した主光線ｈの拡散防止膜９への入射領域をＬ、拡散防止膜９が存在しない時のＳｉ面での入射領域をＬ'、受光部５の端部までをＳとする。

以下の１）乃至５）場合で各色ごとに拡散防止膜の端部の位置を決定すれば、拡散防止膜による回折を受光中心３０１側へシフトすると共に、拡散防止膜での光の減衰を抑えることができる。以下で、ｍ２は第２の配線層１０の受光中心３０１側の端部位置である。

１） ０≦Ｌ＜e' かつ、Ｌ'＜Ｓの時 ： 青：Ｌ、緑：Ｌ、赤：Ｌ
２） e'≦Ｌ＜f' かつ、Ｌ'＜Ｓの時 ： 青：m2、緑：L、赤：L
３） f'≦Ｌ＜g' かつ、Ｌ'＜Ｓの時 ： 青：m2、緑：m2、赤：L
４） g'≦Ｌ かつＬ'＜Ｓの時 ： 青：m2、緑：m2、赤：m2
５） Ｌ'＞Sの時 青：0、 緑：0、 赤：0
例えば、１）の場合、いずれの回折光よりも主光線ｈが受光中心３０１側に位置するので、第１の拡散防止膜９の端部をＬに一致させる。これにより、第１の実施形態と同様にして回折光を第１の拡散防止膜９を介してシフトさせることができる。即ち、第１の拡散防止膜９の端部と受光中心３０１との距離を、主光線ｈの入射位置と受光中心３０１との距離に一致させる。２）の場合、青の回折光は、主光線ｈよりも受光中心３０１側に位置するので、Ｓ＞Ｌ’であれば回折光であっても受光領域に入射する。そこで第１の拡散防止膜９の端部を受光中心３０１から隔離してｍ２まで持ってくる。即ち、第１の拡散防止膜９の端部と受光中心３０１との距離を、第２の配線層１０の端部と受光中心３０１との距離と一致させる。３），４）の場合も同様である。一方、５）の場合、主光線ｈの入射領域Ｌ’が受光部５から外れてしまうため、第１の拡散防止膜９の端部をできるだけ受光中心３０１側に持っていき、Ｘ軸上の位置を第２の拡散防止膜と一致させる。即ち、第１の拡散防止膜９の端部と受光中心３０１との距離は、第２の拡散防止膜１１の端部と受光中心３０１との距離と等しくなる。これにより、第１の実施形態で説明したような屈折率の違いに基づくシフト効果を利用して集光を行うようにする。よって、光電変換素子５に面する第１の拡散防止膜９の端部と受光中心３０１との距離は、第２の配線層１０の端部と受光中心３０１との距離以下であり、かつ、第２の拡散防止膜１１の端部と受光中心３０１との距離以上となる。

以上の１）から４）の条件に対する各色の端部位置は全て下記のように表すことができる。Ｓｉ表面から第２の拡散防止膜１１の底面までの距離をｉとすると、最大θの角度を持つ主光線ｈの拡散防止膜９が存在しない時のＳｉ面での入射領域L'はi*tan({arctan(1/(2F))})で表される。この時、入射角θ[°]＝arctan(1/(2F))を用いており、Ｆは入射光のF値である。

また、第１の拡散防止膜９の表面から第２の拡散防止膜１１の底面までの距離をｂ、第２の拡散防止膜１１の開口幅をΔｘ、入射波長をλとする。このとき最大θの入射角度を持つ主光線ｈの拡散防止膜９への入射領域Ｌ（第２の入射位置）はＬ＝ｂ*tan{arctan(1/2F)}と表される。さらに色毎の回折光線の拡散防止膜９への入射領域（第１の入射位置）を意味するγは式（３）を用いるとγ＝ｂ*tan {(λ/(1.46*Δｘ))*180/π}で表される。ここで、１．４６は、シリコン酸化膜１４の屈折率を表している。

上記のＬ'で表される値がＳより小さい時、つまり主光線が受光部５に入射する場合を考える。まずＬ＞γである時、つまり拡散防止膜９上において主光線よりも回折光が受光中心３０１側に存在する時、第１の拡散防止膜９の端部位置は第２の拡散防止膜１１の端部位置からＸ軸上で距離Ｌだけ離れた位置にする。一方Ｌ＜γである時、つまり拡散防止膜９上において回折光よりも主光線が受光中心３０１側に存在する時、第１の拡散防止膜９の端部位置は第２の配線層１０の端部に揃える。ここの時、概ねF値は1.0〜10が用いられる。Ｌ'＞Ｓの時は全ての画素で拡散防止膜９の端部をＸ軸の原点Ｏに揃える。

このように配置することで、最大の角度を持った主光線ｈが受光領域端部位置Ｓ内に入射することが可能な場合は拡散防止膜を配置しない。また主光線ｈが受光領域端部位置Ｓ外に入射する場合は、各入射光による光の回折角度を考慮して決定することが可能となる。

例えば、Δｘ＝1um、下層拡散防止膜９から拡散防止膜１１までの高さｂを0.5umとすると、
e'=500tan(450*1/1.46/1000*180/π)=0.16um
f'=500tan(550*1/1.46/1000*180/π)=0.2um
g'=500tan(650*1/1.46/1000*180/π)=0.24um
となる。さらにＳｉ面から第２の拡散防止膜１１の底面までの高さｉを1.3umとすると、主光線のＦ値が２．８の場合はその最大角度θがarctan(2*Fno)＝10°で表される。よって、Ｌ＝0.1um、Ｌ'＝0.23umであるから、この場合は１）の場合に該当し、青、緑、赤全ての画素の拡散防止膜９の受光部側への端部は0.1umの位置となる。

このようにして、各画素における入射波長による回折光とカメラレンズ等で決定される最大入射角度を持った主光線を併せて考慮し、拡散防止膜９の端部位置を適宜設定することができる。この手法であれば前述の膜厚制御とは異なり、レイアウト上で容易に設定可能である。

なお、本実施形態では複数の画素が２次元配列してなる撮像部の中心画素を前提としたが、撮像部の対角位置にある画素については、さらに入射角度が大きくなる。よって、主光線ｈの拡散防止膜９への入射領域Ｌの値は撮像部のサイズ、つまりチップサイズに応じて変化することとなり、画素領域の中央部から周辺部に向かうほど、値が増大するので、拡散防止膜９の端部位置も合わせて変更される。そこで、同様の指標で各色ごと、チップにおける画素位置に応じて拡散防止膜の端部を決定すれば、拡散防止膜による回折を受光部側へシフトすると共に、拡散防止膜での光の減衰を抑えることができる。

以上に説明した本発明の固体撮像装置によれば、光のＳｉ面での到達位置を受光領域中心方向へシフトさせることが可能となる。また、拡散防止膜の透過光や入光を効果的に集光することができるため、感度低下の抑制や、隣接画素への信号の漏れ込みを低減することが可能になる。さらに、斜め入射光によるチップ周辺部への感度低下を抑制することや、隣接画素への信号の漏れ込みを低減することができる。

１a、１ｂ、１ｃ、１ｄ：転送トランジスタ、２：ソースフォロアトランジスタ、３：リセットトランジスタ、４：マイクロレンズ、５：フォトダイオード(光電変換素子)、６：転送電極、７：フローティングディフュージョン部、８：第１の配線層、１０：第２の配線層、９：第１の配線層の拡散防止膜、１１：第２の配線層の拡散防止膜、１２：ｎ型シリコン基板、１３：素子分離層、１４：シリコン酸化膜、１５：層内レンズ、１６：平坦化層、１７：カラーフィルタ

Claims (6)

1. 半導体基板内に、複数の光電変換素子と、該光電変換素子に対応する複数の転送トランジスタと、増幅用トランジスタと、リセットトランジスタとを有する画素回路を２次元アレイ状に複数配置してなる固体撮像装置であって、
   各画素回路は更に、
   前記光電変換素子と、前記転送トランジスタと、前記増幅用トランジスタと前記リセットトランジスタとを接続するための、少なくとも、第１の配線層と第２の配線層とを含む複数の配線層と、
   前記複数の配線層のそれぞれの上面に設けられた拡散防止膜であって、少なくとも前記第１の配線層の上面に設けられた第１の拡散防止膜と前記第２の配線層の上面に設けられた第２の拡散防止膜とを含む拡散防止膜と、
   前記複数の配線層及び前記拡散防止膜を覆う層間絶縁膜と
   を備え、
   前記第２の配線層は、前記第１の配線層よりも上層に配置され、
   前記拡散防止膜の屈折率は、前記層間絶縁膜の屈折率よりも高く、
   前記光電変換素子の中心を通る法線を基準とし、前記光電変換素子に面する前記第２の配線層の端部と前記法線との距離が、該光電変換素子に面する前記第１の配線層の端部と前記法線との距離よりも短い箇所において、
   前記光電変換素子に面する前記第１の拡散防止膜の端部と前記法線との距離が、前記光電変換素子に面する前記第２の配線層の端部と前記法線との距離以下で、かつ、前記光電変換素子に面する該第２の拡散防止膜の端部と前記法線との距離以上となる
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記画素回路のそれぞれは、前記第２の配線層の上部に、前記光電変換素子に波長の異なる複数種類の光のうちいずれかを提供するためのカラーフィルターを有し、
   前記光電変換素子に面する前記第２の配線層の端部と前記法線との距離が、該光電変換素子に面する前記第１の配線層の端部と前記法線との距離よりも短い箇所において、前記第１の拡散防止膜の端部と前記法線との距離は、該光電変換素子に提供される光の種類に応じて異なることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 該光電変換素子に提供される光の波長が長いほど、前記第１の拡散防止膜の端部と前記法線との前記距離が短くなることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記画素回路の各光電変換素子について、
   前記第２の拡散防止膜の端部により生ずる回折光の前記第１の拡散防止膜への第１の入射位置と、前記第２の拡散防止膜の開口を通過して前記第１の拡散防止膜へ入射する最大入射角を有する主光線の第２の入射位置とにつき、前記主光線が前記第２の拡散防止膜を通過しない場合に前記光電変換素子に入射する場合において、
   前記第１の入射位置と前記法線との距離が、前記第２の入射位置と前記法線との距離よりも大きい場合に、前記第１の拡散防止膜の端部は前記第２の入射位置と一致し、
   前記第１の入射位置と前記法線との距離が、前記第２の入射位置と前記法線との距離以下の場合に、前記第１の拡散防止膜の端部と前記法線との距離は、前記光電変換素子に面する前記第２の配線層の端部と前記法線との距離に一致する
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
5. 前記主光線が前記第２の拡散防止膜を通過しない場合に前記光電変換素子に入射しない場合において、前記第１の拡散防止膜の端部と前記法線との距離は、前記第２の拡散防止膜の端部と前記法線との距離に一致することを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 前記画素回路の前記２次元アレイにおける位置が、該２次元アレイの中央部から周辺部へ離れるのに従い、該画素回路において前記第２の入射位置と前記法線との距離が増大することを特徴とする請求項４または請求項５に記載の固体撮像装置。

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