JP2002151670A

JP2002151670A - 固体撮像装置および製造方法

Info

Publication number: JP2002151670A
Application number: JP2001022014A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yoshida; 庄志吉田; Takahiro Wada; 隆宏和田; Koichi Tanigawa; 公一谷川
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-08-30
Filing date: 2001-01-30
Publication date: 2002-05-24

Abstract

(57)【要約】【課題】画素微細化の際に、スミアを抑制し、感度低下
を防止する。【解決手段】基板１内の表面領域に形成された画素の受
光部２と、受光部２の上方で層間絶縁膜内に埋め込まれ
凹状のレンズ曲面（第１光透過絶縁膜７と第１光透過絶
縁膜８との境界面）を有する層内レンズと、層内レンズ
の上方に形成されたカラーフィルタ９およびオンチップ
レンズ１０とを有する。層内レンズの凹状レンズ曲面の
曲率（凹部７ａ，７ｂ，７ｃの曲率）が、カラーフィル
タ９の色配列に応じて異なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、受光部とオンチッ
プレンズとの間の層間絶縁膜内に埋め込まれ、上面に凹
状のレンズ曲面を有する層内レンズを有する固体撮像装
置と、その製造方法とに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、ＣＣＤ固体撮像素子は、チップサ
イズの小型化および多画素化が非常に強く望まれてい
る。

【０００３】しかし、現状の画素サイズのままチップを
小型化したのでは、画素数が減少し、その結果として解
像度が低下する。また、現状の画素サイズのまま多画素
化したのでは、チップサイズが大きくなり、生産コスト
の増大あるいはチップ歩留りの低下を招く。したがっ
て、チップサイズの小型化または多画素化を実現するに
は、画素サイズを現状より縮小することが必須となる。
これが出来れば、解像度を維持したまま小型のＣＣＤ撮
像素子が提供でき、あるいは、逆に素子サイズを維持し
たまま解像度を上げることができる。

【０００４】ところが、画素サイズを縮小した場合、単
位画素に入射する光量は減少し、各画素の受光部の感度
特性が低下するという不具合が生じてしまう。出力回路
の変換効率を向上させることにより感度特性を維持する
ことも可能であるが、その場合、ノイズ成分も増幅して
しまうため、ＣＣＤ撮像素子から出力される映像信号の
Ｓ／Ｎ比が低下する。つまり、画素サイズを縮小したと
きの感度特性の維持を出力回路の変換効率向上のみで達
成するべきではなく、Ｓ／Ｎ比の低下を防ぐために各画
素の集光効率を出来るだけ向上させることが必要となっ
てくる。

【０００５】この観点から、受光部上方に設けたカラー
フィルタ上にオンチップレンズ（ＯＣＬ；On Chip Len
s）を設け受光部への集光効率を高める工夫がされてい
る。しかし、たとえば４μｍ×４μｍ以下の画素サイズ
を有するＣＣＤ撮像素子では、オンチップレンズ単独で
集光効率を高めることは、ほぼ限界に近づいている。そ
こで、この限界を打開する技術として、オンチップレン
ズと受光部との間の層内に光透過材料の膜からなる、も
う一つの層内レンズを形成することで集光効率をさらに
向上させたＣＣＤ撮像素子が知られている。

【０００６】図８に、この層内レンズを有するＣＣＤ撮
像素子の断面図を示す。基板１内の表面領域に所定の不
純物を所定の条件でイオン注入することにより、受光部
２、垂直転送部３、図示を省略した読み出しゲート部お
よびチャネルストッパ等が形成されている。基板１上に
は、酸化シリコンなどの絶縁膜４ａが形成され、垂直転
送部３の上方の絶縁膜４ａ上の位置に、ポリシリコンな
どからなる転送電極５が形成されている。垂直転送部３
上には、酸化シリコンなどの絶縁膜４ｂが形成され、絶
縁膜４ｂ上に、たとえばタングステン（Ｗ）などの高融
点金属からなる遮光膜６が形成されている。遮光膜６
は、受光部２の上方で開口した開口部を有する。開口部
の周縁は、垂直転送部３により形成された段差より若干
内側に位置する。これは、遮光膜６の垂直転送部３に対
する遮光性を高め、スミアを抑えるためである。

【０００７】遮光膜６上および開口部上を覆って、ＢＰ
ＳＧ(Borophosphosilicate glass)からなる第１光透過
絶縁膜２０が形成されている。第１光透過絶縁膜２０
は、気相成長後に９００℃〜１０００℃でリフローさ
れ、その表面に下地の段差の形状を反映し、かつ、なだ
らかな曲面を有する凹部２０ａが形成されている。第１
光透過絶縁膜２０上には、ＢＰＳＧより屈折率が高い絶
縁材料、たとえば窒化シリコンからなる第２光透過絶縁
膜８が、凹部２０ａを埋め込んで堆積されている。第２
光透過絶縁膜８は、堆積後のエッチバック法により表面
が平坦化されている。この第１および第２光透過絶縁膜
２０，８は層内レンズを構成する。

【０００８】第２光透過絶縁膜８の平坦化面上に、オン
チップカラーフィルタ（ＯＣＣＦ）９が配置されてい
る。ＯＣＣＦ９は、境界領域９ａにより区切られた画素
領域ごとに、たとえば赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の
何れかに着色されている。また、ＯＣＣＦ９上に、ネガ
型感光樹脂などの光透過材料からなるオンチップレンズ
（ＯＣＬ）１０が配置されている。

【０００９】図９は、このＣＣＤ撮像素子の画素の集光
の様子を示す。図９中実線で示すように、受光面に対し
垂直な入射光（以下、垂直光）Ｌ０がＯＣＬ１０のレン
ズ面（凸状曲面）に入射されると、垂直光Ｌ０はレンズ
面で集光された後、前記した層内レンズ面（凹部２０
ａ）で更に集光されて、受光部２に入射される。また、
当該ＣＣＤ撮像素子を搭載したカメラの撮像レンズの絞
りを開いた絞り開放側（Ｆ値が小さい側）で受光面に対
し斜めに入射する光（以下、斜め光）Ｌ１の割合が増大
すると、この斜め光Ｌ１は、図９中に破線で示すように
受光面上に集光される。ＯＣＬ１０は無効領域となる隙
間を出来るだけ少なくするようにＣＣＤ撮像素子表面に
形成され、遮光膜６上方への入射光も有効利用して受光
部２に入射させる。また、層内レンズがないと特に斜め
光Ｌ１の集光率が低いが、層内レンズを設けることによ
り集光率が格段に向上するため、各画素の感度特性が改
善される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来の固体
撮像素子では、層内レンズを構成する第１光透過絶縁膜
の凹部２０ａが全画素一様な形状、すなわち同じ曲率で
形成されているため、特定波長の光の集光効率が悪いと
いう課題があった。これは、レンズの焦点距離に波長依
存性があるためである。

【００１１】図１０に、Ｒ，Ｇ，Ｂの３原色光の同一レ
ンズにおける集光の様子を示す。また、Ｒ，Ｇ，Ｂの３
原色の画素に垂直光が入射した場合を図１１に示し、斜
め光が入射した場合を図１２に示す。、同一レンズに波
長が異なる赤色光、緑色光および青色光を入射した場
合、図１０に示すように、赤色光の焦点距離が最も長
く、緑色光の焦点距離が次に長く、青色光の焦点距離が
最も短い。このため、ＯＣＬ１０および層内レンズがチ
ップ内で同一形状に形成された従来の固体撮像素子で
は、図１１および図１２に示すように、画素における集
光状態がカラーフィルタの色ごとに異なってしまう。

【００１２】このような集光状態の差異は、画素サイズ
が大きいときは余り問題とならないが、チップの小型化
および多画素化にともなって画素サイズが縮小され、か
つ撮像レンズの絞り開放（Ｆ値が小さい）側で斜め光の
割合が増えると問題となる。つまり、図１２中の符号Ａ
にように、たとえば赤色光の一部が遮光膜６のコーナー
に遮られて受光面に到達できない、いわゆる“入射光の
ケラレ”が発生しやすくなる。入射光のケラレ量が多い
と、特定の画素のみ感度が低下し、撮像部内で感度の不
均一が発生する。また、図１２中の符号Ｂに示すよう
に、たとえば青色光が遮光膜６の開口部から斜めに入
り、遮光膜６の下側における各種膜の界面間で乱反射
し、垂直転送部３に入って電荷を発生させる。この電荷
は、垂直転送部３を転送される信号電荷にとってノイズ
成分となり、しかも転送の度に累積されることから、画
面に白い縦線（スミア）となって現れる。

【００１３】このように、従来の固体撮像装置では、画
素サイズを縮小した場合に、特にＦ値が小さいときの感
度が低下し、またスミアが発生しやすいという問題があ
った。とくに最近は、以前にも増して画素の微細化が進
んでおり、この問題の解決が強く望まれていた。

【００１４】本発明の目的は、画素を微細化しても、斜
め光入射時に感度が低下したり、スミアの原因となる電
荷転送部内で不要な電荷が発生しない固体撮像装置およ
びその製造方法を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の観点に係
る固体撮像装置は、基板内の表面領域に形成された画素
の受光部と、上記受光部の上方で層間絶縁膜内に埋め込
まれ凹状のレンズ曲面を有する層内レンズと、上記層内
レンズの上方に形成されたカラーフィルタおよびオンチ
ップレンズとを有した固体撮像装置であって、上記層内
レンズの上記凹状レンズ曲面の曲率が、上記カラーフィ
ルタの色配列に応じて異なる。

【００１６】上記カラーフィルタは、光を入射し赤色、
緑色または青色の光を透過させる赤色用フィルタ、緑色
用フィルタおよび青色用フィルタを所定の規則で配列し
てなり、上記層内レンズの上記凹状レンズ曲面の曲率
が、上記赤色用フィルタの下方領域、上記緑色用フィル
タの下方領域、上記青色用フィルタの下方領域の順に大
きい。あるいは、上記カラーフィルタは、光を入射しイ
エロー、マゼンダまたはシアンの光を透過させるイエロ
ー用フィルタ、マゼンダ用フィルタおよびシアン用フィ
ルタを含む複数のフィルタを所定の規則で配列してな
り、上記層内レンズの上記凹状レンズ曲面の曲率が、上
記イエロー用フィルタの下方領域、上記マゼンダ用フィ
ルタの下方領域、上記シアン用フィルタの下方領域の順
に大きい。

【００１７】上記層内レンズは、好適に、上記カラーフ
ィルタの色配列に応じて深さが異なる曲面状の凹部を上
記受光部の上方の表面部分に有した第１光透過絶縁膜
と、上記第１光透過絶縁膜と屈折率が異なる材料からな
り、上記凹部を埋めて形成された第２光透過絶縁膜とか
らなる。上記カラーフィルタは、光を入射し赤色、緑色
または青色の光を透過させる赤色用フィルタ、緑色用フ
ィルタおよび青色用フィルタを所定の規則で配列してな
る場合、好適に、上記凹部の深さが、上記赤色用フィル
タの下方領域、上記緑色用フィルタの下方領域、上記青
色用フィルタの下方領域の順に大きい。カラーフィルタ
として補色系の色配列を有するものを用いてもよく、そ
の場合も同様に、色に応じて上記凹部の深さを変えるこ
とで対応する。上記第１光透過絶縁膜は、好適に、上記
赤色用フィルタの下方領域、上記緑色用フィルタの下方
領域、上記青色用フィルタの下方領域の順で不純物濃度
が高い。

【００１８】このような構成の固体撮像装置では、層内
レンズ面の曲率（たとえば層内レンズを構成する第１光
透過絶縁膜の曲面状の凹部の深さ）が、ＲＧＢ系フィル
タ配列の場合、赤（Ｒ）色フィルタ下方領域で最も大き
く、緑（Ｇ）色フィルタ下方領域で次に大きく、青
（Ｂ）色フィルタ下方領域で最も小さく設定される。し
たがって、この曲率差を最適化すると、各画素内の層内
フィルタを通した光の屈折角度が異なるため、３原色光
が受光面上で確実にかつ同様な位置に集光する。

【００１９】本発明の第２の観点に係る固体撮像装置の
製造方法は、基板内の表面領域に画素の受光部を形成
し、上記受光部の上方で層間絶縁膜内に埋め込まれ凹状
のレンズ曲面を有する層内レンズを形成し、上記層内レ
ンズの上方にカラーフィルタとオンチップレンズを形成
する固体撮像装置の製造方法であって、上記受光部の形
成後、上記カラーフィルタの色配列に応じて深さが異な
る曲面状の凹部を上記受光部の上方の表面部分に有した
第１光透過絶縁膜を形成し、上記第１光透過絶縁膜と異
なる屈折率の第２光透過絶縁膜を上記凹部を埋めて堆積
させることにより、上記層内レンズを形成する。

【００２０】上記第１光透過絶縁膜の形成では、好適
に、上記第１光透過絶縁膜となる膜を堆積し、上記第１
光透過絶縁膜となる膜に対し、上記カラーフィルタの色
配列に応じて複数回、不純物を上記受光部の上方領域に
選択的にイオン注入し、上記不純物をイオン注入した上
記第１光透過絶縁膜となる膜を加熱する。また、上記イ
オン注入では、好適に、上記凹部の曲率を小さくする上
記第１光透過絶縁膜の領域ほど高い濃度で不純物をイオ
ン注入する。

【００２１】このような固体撮像装置の製造方法では、
２回の選択的なイオン注入を従来製法に追加するだけ
で、簡単に入射光の波長の違いによる集光状態のバラツ
キが補正される。

【００２２】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係るＣＣＤ固
体撮像装置（ＣＣＤイメージャ）の撮像部は、特に図示
しないが、一方向（垂直転送方向）に沿って長い垂直転
送部が、多数平行ストライプ状に形成され、その各離間
スペース内に１列分の画素の受光部が、垂直転送部と平
行に列をなして配置されている。受光部列と、その一方
側の垂直転送部との間には、各画素ごとに読み出しゲー
ト部が設けられている。また、受光部列と、その他方側
の他の垂直転送部との間には、各受光部で発生した信号
電荷の当該他の垂直転送部への漏洩を防止するチャネル
ストッパが設けられている。

【００２３】図１は、本発明の実施形態に係るＣＣＤイ
メージャにおいて、その信号電荷の垂直転送方向と直交
する方向に沿った撮像部のほぼ３画素分の断面図であ
る。

【００２４】図１において符号１は、シリコン基板また
はシリコン基板に形成されたｐ型ウエルなど（以下、基
板という）を示す。基板１内の表面領域に、たとえばｎ
型不純物領域などからなり基板１との間のｐｎ接合を中
心とした領域で光電変換を行って信号電荷を発生させ、
信号電荷を一定時間蓄積する複数の受光部２が離間して
形成されている。各受光部２間に、両側の受光部とそれ
ぞれ所定距離をおいて、主にｎ型不純物領域からなる垂
直転送部３が形成されている。なお、図示を省略した
が、受光部２と一方の垂直転送部３との間に、読み出し
ゲート部の可変ポテンシャル障壁を形成するｐ型不純物
領域が形成され、受光部２と他方の垂直転送部３との間
に、チャネルストッパとしての高濃度ｐ型不純物領域が
基板深部にまで形成されている。

【００２５】基板１上には、酸化シリコンなどの絶縁膜
４ａが形成され、垂直転送部３の上方の絶縁膜４ａ上位
置に、ポリシリコンなどからなる転送電極５が形成され
ている。受光部２での光電変換により得られた信号電荷
は、読み出しゲート部を介して一方の垂直転送部３に読
み出され、転送電極５を４相等の垂直転送クロック信号
により駆動することにより垂直転送部３内を所定の方向
に順次転送される。その後、ラインごとの信号電荷とし
て図示しない水平転送部に掃き出された信号電荷が、水
平転送部内を、たとえば２相の水平クロック信号により
転送された後、撮像信号として外部に出力される。

【００２６】転送電極５上には、酸化シリコンなどの絶
縁膜４ｂが形成されている。また、絶縁膜４ｂ上に、た
とえばタングステン（Ｗ）などの高融点金属からなる遮
光膜６が形成されている。遮光膜６は、受光部２の上方
で開口した開口部６ａを有する。開口部６ａの周縁は、
転送電極５の段差より若干内側に位置する。これは、遮
光膜６の垂直転送部３に対する遮光性を高め、スミアを
抑えるためである。

【００２７】遮光膜６上および開口部６ａ内を覆って、
たとえばＰＳＧ(Phosphosilicate glass) またはＢＰＳ
Ｇ(Borophosphosilicate glass) などからなる第１光透
過絶縁膜７が形成されている。第１光透過絶縁膜７の表
面に、下地の転送電極５および遮光膜６の段差の形状を
反映して曲面を有する凹部７ａ，７ｂ，７ｃが形成され
ている。本実施形態では、赤色光が入射される画素にお
ける凹部７ａ、緑色光が入射される画素における凹部７
ｂ、青色光が入射される画素における凹部７ｃの深さ
が、この順で大きく設定されている。したがって、凹部
７ａの曲率が最も大きく、凹部７ｂの曲率が次に大き
く、凹部７ｃの曲率が最も小さい。この曲率差を設ける
方法は後述する。

【００２８】第１光透過絶縁膜７上には、第１光透過絶
縁膜７より屈折率が高い材料、たとえばプラズマＣＶＤ
法により形成した窒化シリコン（Ｐ−ＳｉＮ）などから
なる第２光透過絶縁膜８が、凹部７ａ，７ｂ，７ｃを埋
め込んで形成されている。第２光透過絶縁膜８の表面は
平坦化され、これら第１，第２光透過絶縁膜７，８によ
り層内レンズが形成されている。

【００２９】第２光透過絶縁膜８の平坦化面上に、オン
チップカラーフィルタ（ＯＣＣＦ）１０が配置されてい
る。図示例のＯＣＣＦ９は、原色系のカラーコーディン
グがなされ、境界領域９ａで区切られた光透過領域が赤
（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の何れかに着色されてい
る。なお、補色系のカラーコーディングがされたＯＣＣ
Ｆでは、たとえばイエロー（Ｙｅ），マゼンダ（Ｍ
ｇ），シアン（Ｃｙ），緑（Ｇ）などの何れかに着色さ
れる。ＯＣＣＦ９上に、ネガ型感光樹脂などの光透過材
料からなるオンチップレンズ（ＯＣＬ）１０が配置され
ている。ＯＣＬ１０のレンズ面（凸状曲面）で受けた光
が集光され、前記した層内レンズで更に集光されて、受
光部２に入射される。ＯＣＬ１０は無効領域となる隙間
を出来るだけ少なくするようにＣＣＤイメージャ表面に
形成され、遮光膜上方の光も有効利用して受光部２に入
射させるため、画素の感度が向上する。

【００３０】つぎに、図２〜図５の断面図に沿って、こ
のＣＣＤイメージャの製造方法を説明する。図２では、
既知の方法にしたがって、シリコン基板内の各種不純物
領域の形成を行う。すなわち、まず、用意したシリコン
基板内の表面領域に、必要に応じてｐ型不純物領域をイ
オン注入してｐウエル等を形成した後、ｐ型不純物領域
を高濃度にイオン注入して、チャネルストッパを形成す
る。また、チャネルストッパの一方側にｎ型不純物を所
定条件でイオン注入して受光部２を形成し、チャネルス
トッパの他方側にｎ型不純物を所定条件でイオン注入し
て垂直転送部３を形成し、垂直転送部３と受光部２との
間にｐ型不純物を所定条件でイオン注入して読み出しゲ
ート部を形成する。続いて、各種不純物領域を形成した
基板１の表面に、酸化シリコン膜などを熱酸化またはＣ
ＶＤして絶縁膜４ａを形成する。絶縁膜４ａ上に不純物
が添加されて導電率を高めたポリシリコンをＣＶＤし、
ポリシリコンをパターンニングして転送電極５を形成す
る。形成した転送電極５上を覆って、たとえば酸化シリ
コンなどの絶縁膜４ｂを形成する。また、絶縁膜４ｂ上
にＷなどの高融点金属膜をＣＶＤし、高融点金属膜を受
光部２の上方で開口するようにパターンニングして遮光
膜６を形成する。

【００３１】遮光膜６およびその開口部６ａ上にＰＳＧ
またはＢＰＳＧからなる第１光透過絶縁膜７ｄを成膜す
る。この成膜後のＰＳＧ膜またはＢＰＳＧ膜は、下地の
転送電極５および遮光膜６の段差形状を反映して受光部
２上方で同じ大きさの凹部７ａ’，７ｂ’，７ｃ’を有
する。

【００３２】つぎに、図３に示すように、第１光透過絶
縁膜７ｄ上に、緑色光を受光する画素の受光部を中心と
した領域（以下、Ｇ領域）で開口するレジストパターン
Ｒを形成する。レジストパターンＲをマスクとして、ホ
ウ素イオン（Ｂ⁺ ）または燐イオン（Ｐ⁺ ）を所定濃度
でイオン注入する。これにより、ホウ素または燐が第１
光透過絶縁膜７ｄのＧ領域に、所定濃度で添加される。

【００３３】レジストパターンを除去後、図４に示すよ
うに、第１光透過絶縁膜７ｄ上に、青色光を受光する画
素の受光部を中心とした領域（以下、Ｂ領域）で開口す
る他のレジストパターンＲを形成する。レジストパター
ンＲをマスクとして、ホウ素イオン（Ｂ⁺ ）または燐イ
オン（Ｐ⁺ ）を所定濃度でイオン注入する。これによ
り、ホウ素または燐が第１光透過絶縁膜７ｄのＢ領域
に、所定濃度で添加される。このイオン注入の不純物濃
度は、Ｇ領域のイオン注入時より高くする。

【００３４】レジストパターンを除去後、第１光透過絶
縁膜７ｄを、たとえば９００℃〜１０００℃に加熱して
リフローする。これにより、図５に示すように、第１光
透過絶縁膜７ｄを構成するＰＳＧまたはＢＰＳＧが熱軟
化して角がラウンディングし、各凹部を一部埋め込むよ
うに変形する。ただし、ＰＳＧまたはＢＰＳＧは、その
不純物濃度が高いほどリフローしやすい。このため、最
も不純物濃度が高いＢ領域の凹部７ｃ’が最もリフロー
され、その結果、浅くて曲率が小さい曲面を有する凹部
７ｃが形成される。また、次に不純物濃度が高いＧ領域
の凹部７ｂ’が中程度の深さと曲率を有する凹部７ｂと
なり、追加の不純物添加をしていない領域（Ｒ領域）の
凹部７ａ’が最も深くて曲率が大きな凹部７ａとなる。

【００３５】その後、形成した第１光透過絶縁膜７上
に、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコンを堆積させ、
表面にレジストを塗布して平坦化した後、レジストと窒
化シリコンのエッチング選択比がほぼ１となる条件でエ
ッチバックする。これにより、図１に示すように、表面
が平坦化された第２光透過絶縁膜８が形成される。つぎ
に、第２光透過絶縁膜８の平坦化面上に、たとえば染色
法によりＯＣＣＦ９を形成する。染色法では、カゼイン
などの高分子に感光剤を添加して塗布し、露光、現像、
染色および定着を色ごとに繰り返す。その他、いわゆる
分散法、印刷法または電着法などを用いてＯＣＣＦ９を
形成してもよい。最後に、ネガ型感光性樹脂などの光透
過性樹脂を厚く形成し、これをラウンディングしたレジ
ストパターンをマスクとしたエッチングにより加工して
ＯＣＬ１０を形成する。

【００３６】図６に、ＣＣＤイメージャに受光面に対し
垂直な光（垂直光）が入射した場合の集光の様子を示
す。また、図７に、ＣＣＤイメージャに受光面に対し斜
めの光（斜め光）が入射した場合の集光の様子を示す。
このＣＣＤイメージャは、前記したように、層内レンズ
の焦点距離を決める凹部７ａ〜７ｃの曲率が、Ｒ，Ｇ，
Ｂの各画素間で最適化されている。このため、ＯＣＣＦ
９を透過した光の集光性がＲ，Ｇ，Ｂの各画素間で均一
化される。すなわち、Ｒ，Ｇ，Ｂの各画素における垂直
光Ｌ０の焦点位置を、受光部２のほぼ中央に揃えること
ができる。また、斜め光Ｌ１の焦点位置を、受光部２の
中央ではないがほぼ同じ位置に揃えることができる。こ
のため、遮光膜６のコーナー部などでの“光のケラ
レ”、および、スミアの原因となる遮光膜６の下側への
光の入射が有効に防止される。以上の結果、とくに画素
サイズを縮小するほど有効にスミアが低減され、また斜
め光が増大した場合の感度が向上する。

【００３７】また、前記したＣＣＤイメージャの製造方
法では、受光面における光の焦点位置を揃える目的で第
１光透過絶縁膜７の凹部７ａ〜７ｃに曲率差を設ける
が、このための追加工程は、２回のフォトリソグラフィ
工程と２回のイオン注入工程のみで、大幅なコスト増と
ならない。

【００３８】なお、補色系のカラーコーディング方式の
場合、前記した第１光透過絶縁膜７の凹部の曲率は、イ
エロー、マゼンダ、シアンの順に大きくするとよい。

【００３９】

【発明の効果】本発明に係る固体撮像装置によれば、第
１光透過絶縁膜の凹部の曲率を最適化することにより、
光の焦点位置を画素間で揃えることができる。そのた
め、たとえば遮光膜による光のケラレ、および遮光膜の
下側への光の入射が有効に防止され、その結果、とくに
画素サイズを縮小するほど有効にスミアが低減され、ま
た斜め光が増大した場合の感度が向上する。また、本発
明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、上記した凹
部の曲率を最適化するための追加工程は２回の選択的な
イオン注入のみであり、大幅なコスト増はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態に係る固体撮像装置の構成を示す断面
図である。

【図２】実施形態に係る固体撮像装置の製造において、
第１光透過絶縁膜の成膜後を示す断面図である。

【図３】実施形態に係る固体撮像装置の製造において、
緑色光を受光する画素へのイオン注入時を示す断面図で
ある。

【図４】実施形態に係る固体撮像装置の製造において、
青色光を受光する画素へのイオン注入時を示す断面図で
ある。

【図５】実施形態に係る固体撮像装置の製造において、
第１光透過絶縁膜のリフロー後の断面図である。

【図６】実施形態に係る固体撮像装置に垂直光が入射し
た場合の集光の様子を示す図である。

【図７】実施形態に係る固体撮像装置に斜め光が入射し
た場合の集光の様子を示す図である。

【図８】従来の固体撮像装置の画素構造を示す断面図で
ある。

【図９】従来の固体撮像装置に垂直光または斜め光が入
射した場合の集光の様子を示す図である。

【図１０】（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ赤色光、緑色
光、青色光が入射したレンズの集光状態を示す図であ
る。

【図１１】従来の固体撮像装置のオンチップレンズおよ
び層内レンズによる３原色垂直光の集光時の問題点を示
す図である。

【図１２】従来の固体撮像装置のオンチップレンズおよ
び層内レンズによる３原色斜め光の集光時の問題点を示
す図である。

【符号の説明】

１…基板（シリコン基板またはｐウエル）、２…受光
部、３…垂直転送部、４ａ，４ｂ…絶縁膜、５…転送電
極、６…遮光膜、６ａ…開口部、７…第１光透過絶縁
膜、７ａ，７ｂ，７ｃ…凹部（リフロー後）、７ａ’，
７ｂ’，７ｃ’…凹部（リフロー前）、７ｄ…成膜後の
第１光透過絶縁膜、８…第２光透過絶縁膜、９…ＯＣＣ
Ｆ（オンチップカラーフィルタ）、１０…ＯＣＬ（オン
チップレンズ）、Ｒ…レジストパターン、Ｌ０…垂直
光、Ｌ１…斜め光。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者谷川公一鹿児島県国分市野口北５番１号ソニー国分株式会社内Ｆターム(参考） 2H048 BA02 BA11 BA15 BA16 BA17 BB02 BB07 BB13 BB46 2H097 CA11 EA01 EA03 FA06 LA20 4M118 AA05 AB01 BA13 CA03 CA34 EA20 FA06 GB07 GC08 GD04 GD07 GD08 5C065 AA01 AA03 BB24 BB42 DD02 EE06 EE07 EE10 EE11

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板内の表面領域に形成された画素の受光
部と、上記受光部の上方で層間絶縁膜内に埋め込まれ凹
状のレンズ曲面を有する層内レンズと、上記層内レンズ
の上方に形成されたカラーフィルタおよびオンチップレ
ンズとを有した固体撮像装置であって、上記層内レンズの上記凹状レンズ曲面の曲率が、上記カ
ラーフィルタの色配列に応じて異なる固体撮像装置。
【請求項２】上記カラーフィルタは、光を入射し赤色、
緑色または青色の光を透過させる赤色用フィルタ、緑色
用フィルタおよび青色用フィルタを所定の規則で配列し
てなり、上記層内レンズの上記凹状レンズ曲面の曲率が、上記赤
色用フィルタの下方領域、上記緑色用フィルタの下方領
域、上記青色用フィルタの下方領域の順に大きい請求項
１記載の固体撮像装置。
【請求項３】上記カラーフィルタは、光を入射しイエロ
ー、マゼンダまたはシアンの光を透過させるイエロー用
フィルタ、マゼンダ用フィルタおよびシアン用フィルタ
を含む複数のフィルタを所定の規則で配列してなり、上記層内レンズの上記凹状レンズ曲面の曲率が、上記イ
エロー用フィルタの下方領域、上記マゼンダ用フィルタ
の下方領域、上記シアン用フィルタの下方領域の順に大
きい請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】上記層内レンズは、上記カラーフィルタの
色配列に応じて深さが異なる曲面状の凹部を上記受光部
の上方の表面部分に有した第１光透過絶縁膜と、上記第１光透過絶縁膜と屈折率が異なる材料からなり、
上記凹部を埋めて形成された第２光透過絶縁膜とからな
る請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】上記カラーフィルタは、光を入射し赤色、
緑色または青色の光を透過させる赤色用フィルタ、緑色
用フィルタおよび青色用フィルタを所定の規則で配列し
てなり、上記凹部の深さが、上記赤色用フィルタの下方領域、上
記緑色用フィルタの下方領域、上記青色用フィルタの下
方領域の順に大きい請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】上記第１光透過絶縁膜は、上記赤色用フィ
ルタの下方領域、上記緑色用フィルタの下方領域、上記
青色用フィルタの下方領域の順で不純物濃度が高い請求
項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】基板内の表面領域に画素の受光部を形成
し、上記受光部の上方で層間絶縁膜内に埋め込まれ凹状
のレンズ曲面を有する層内レンズを形成し、上記層内レ
ンズの上方にカラーフィルタとオンチップレンズを形成
する固体撮像装置の製造方法であって、上記受光部の形成後、上記カラーフィルタの色配列に応
じて深さが異なる曲面状の凹部を上記受光部の上方の表
面部分に有した第１光透過絶縁膜を形成し、上記第１光透過絶縁膜と異なる屈折率の第２光透過絶縁
膜を上記凹部を埋めて堆積させることにより、上記層内
レンズを形成する固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】上記第１光透過絶縁膜の形成では、上記第
１光透過絶縁膜となる膜を堆積し、上記第１光透過絶縁膜となる膜に対し、上記カラーフィ
ルタの色配列に応じて複数回、不純物を上記受光部の上
方領域に選択的にイオン注入し、上記不純物をイオン注入した上記第１光透過絶縁膜とな
る膜を加熱する請求項７記載の固体撮像装置の製造方
法。
【請求項９】上記凹部の曲率を小さくする上記第１光透
過絶縁膜の領域ほど高い濃度で不純物をイオン注入する
請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。