JP2019149475A

JP2019149475A - 撮像装置

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Publication number: JP2019149475A
Application number: JP2018033678A
Authority: JP
Inventors: 翔鈴木; Sho Suzuki; 光裕世森; Mitsuhiro Semori; 剛士岡部; Takeshi Okabe; 岡川　崇; Takashi Okagawa; 崇岡川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2019-09-05
Also published as: US20190267421A1

Abstract

【課題】遮光画素への光の入射を抑制するために有利な撮像装置を提供する。【解決手段】撮像装置１００は、受光画素領域１０１及び遮光画素領域１０２に複数の光電変換部ＰＥＣが配置された半導体基板Ｓの主面１１１の上に配置され、複数の光電変換部の上方に配置された複数の孔を有する絶縁膜１２１と、複数の孔の中に配置された複数の導波路部材１３０と、絶縁膜の上において複数の導波路部材を連結する連結部１３１と、連結部の上であって受光画素領域および遮光画素領域に配置され、受光画素領域において開口を有する遮光膜１３５と、受光画素領域において開口の上に配置され、受光画素領域および遮光画素領域において遮光膜の上に配置された窒化シリコン膜１４０と、受光画素領域において開口の中に位置する部分を有し、受光画素領域及び遮光画素領域において遮光膜と窒化シリコン膜との間に位置する部分を有する絶縁体膜１３２とを含む。【選択図】図２

Description

本発明は、撮像装置に関する。

光電変換部に入射する光の量を増加させるために導波路を備えた撮像装置が知られている。特許文献１の図７（実施例３）に記載された撮像装置は、半導体基板の中に配置された複数の受光部の上に配置された複数の孔を有する絶縁体と、複数の孔にそれぞれ配置された複数の導波路部材とを有する。複数の導波路部材は、絶縁体の上で連結部によって連結されている。連結部の上には、遮光部が配置され、遮光部は、平坦な上面を有する第２部材を構成するシリコン酸化膜で覆われている。第２部材の上には、第４部材および第１レンズを構成するシリコン窒化膜が配置され、シリコン窒化膜は、平坦化膜によって覆われている。なお、特許文献１の図７（実施例３）には、ＯＢ画素領域は明示されていない。

特許文献１の図１０（実施例１）には、画素領域およびＯＢ画素領域において連結部を覆うように、第２部材を構成するシリコン酸化膜が配置された撮像装置が記載されている。画素領域における第２部材の上には、第１レンズおよび第４部材を構成するシリコン窒化膜が配置され、ＯＢ画素領域における第２部材の上には、遮光膜が配置されている。

特開２０１４−３６０３７号公報

上記のように特許文献１の図７（実施例３）には、ＯＢ画素領域が明示されていないが、実施例１のように、画素領域では第２部材の上面の上に第１レンズが配置され、ＯＢ画素領域では第２部材の上に遮光膜が配置されうる。このような構成を仮定すると、画素領域における第４部材を構成するシリコン窒化膜を伝搬した光がＯＢ画素領域の遮光膜の下に入射し、更に連結部を伝搬してＯＢ画素領域の受光部に入射しうる。これによりＯＢレベル（黒基準レベル）が不安定になりうる。

本発明は、上記の課題認識を契機としてなされたものであり、遮光画素への光の入射を抑制するために有利な構造を有する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、受光画素領域および遮光画素領域を有する撮像装置に係り、前記撮像装置は、前記受光画素領域および前記遮光画素領域の複数の光電変換部が配置された半導体基板と、前記半導体基板の主面の上に配置され、前記複数の光電変換部の上方に配置された複数の孔を有する絶縁膜と、前記複数の孔の中に配置された複数の導波路部材と、前記絶縁膜の上において前記複数の導波路部材を連結する連結部と、前記連結部の上であって前記受光画素領域および前記遮光画素領域に配置され、前記受光画素領域において開口を有する遮光膜と、前記受光画素領域において前記開口の上に配置され、前記受光画素領域および前記遮光画素領域において前記遮光膜の上に配置されたた窒化シリコン膜と、前記受光画素領域において前記開口の中に位置する部分を有し、前記受光画素領域および前記遮光画素領域において前記遮光膜と前記窒化シリコン膜との間に位置する部分を有する絶縁体膜と、を含み、前記受光画素領域および前記遮光画素領域において、前記遮光膜の上面と前記主面との距離が前記窒化シリコン膜の下面と前記主面との距離より小さい。

本発明によれば、遮光画素への光の入射を抑制するために有利な構造を有する撮像装置が提供される。

本発明の第１実施形態の撮像装置の平面図。本発明の第１実施形態の撮像装置の構成を示す模式的な断面図。本発明の第１実施形態の撮像装置の構成を示す模式的な断面図。本発明の第１実施形態の撮像装置の製造方法を例示する図。本発明の第１実施形態の撮像装置の製造方法を例示する図。本発明の第１実施形態の撮像装置の製造方法を例示する図。本発明の第１実施形態の撮像装置の製造方法を例示する図。本発明の第１実施形態の撮像装置の製造方法を例示する図。本発明の第１実施形態の撮像装置の製造方法を例示する図。本発明の第２実施形態の撮像装置の製造方法を例示する図。本発明の第２実施形態の撮像装置の構成を示す模式的な断面図。撮像装置を搭載した機器を例示する図。撮像装置を搭載した機器を例示する図。

以下、添付図面を参照しながら本発明をその例示的な実施形態を通して説明する。この明細書において、第１導電型および第２導電型は、導電型を相互に区別するための表現である。第１導電型がＰ型である場合には、第２導電型はＮ型である。第１導電型がＮ型である場合には、第２導電型はＰ型である。

図１には、本発明の第１実施形態の撮像装置１００の平面図が示されている。撮像装置１００は、ＣＭＯＳイメージセンサとして構成されうる。撮像装置１００は、受光画素領域１０１、遮光画素領域（ＯＢ画素領域）１０２および周辺回路領域１０３を含みうる。受光画素領域１０１には複数の画素が配置され、各画素は光電変換部を含む。受光画素領域１０１の画素は有効画素として利用されうる。遮光画素領域１０２には複数の画素が配置され、各画素は光電変換部を含む。遮光画素領域１０２に配置された複数の画素の光電変換部が遮光膜によって遮光されていて、黒基準画素（オプティカルブラック画素）として利用されうる。周辺回路領域１０３には、受光画素領域１０１の複数の画素および遮光画素領域１０２の複数の画素から信号を読み出すための周辺回路が配置されている。周辺回路は、例えば、垂直走査回路、列回路群（複数の列読出回路）、水平走査回路、タイミングジェネレータ等を含みうる。

図２には、図１の撮像装置１００のＡ−Ｂ線における模式的な断面図が示されている。撮像装置１００は、半導体層１１０を含む半導体基板Ｓを含む。半導体基板Ｓは、例えば、シリコン基板である。半導体層１１０は、例えば、第１導電型の半導体層であり、例えば、不図示の半導体部材の上にエピタキシャル成長法で形成されうる。半導体基板Ｓは、主面１１１を有する。主面１１１は、例えば、半導体層１１０の上面を含みうる。半導体基板Ｓの主面１１１は、半導体基板Ｓとその上に配置されたゲート絶縁膜１１９との界面である。主面１１１を通って半導体層１１０あるいは半導体基板Ｓの内部に光が入射する。

半導体層１１０には、受光画素領域１０１の複数の光電変換部ＰＥＣおよび遮光画素領域１０２の複数の光電変換部ＰＥＣが配置されている。受光画素領域１０１の複数の光電変換部ＰＥＣおよび遮光画素領域１０２の複数の光電変換部ＰＥＣは、第２導電型の半導体領域１１２と、半導体領域１１２と接するように半導体領域１１２と主面１１１との間に第１導電型の半導体領域１１３とを含みうる。第２導電型の半導体領域１１２と第１導電型の半導体領域１１３とは、ＰＮ接合を構成する。また、第２導電型１１２の半導体領域１１２と第１導電型の半導体層１１０とは、ＰＮ接合を構成する。半導体層１１０には、更に、第２導電型の複数の半導体領域１１４が配置されている。複数の半導体領域１１４は、フローティングディフュージョン（電荷電圧変換部）を構成する。

第２導電型の半導体領域１１２は、電荷蓄積領域を構成し、光電変換によって発生した電荷を蓄積する。半導体領域１１２に蓄積された電荷は、ゲート電極１１６に活性電圧が印加されることによって半導体領域１１２と半導体領域１１４との間に形成されるチャネルを通して半導体領域１１４に転送される。ゲート電極１１６は、ゲート絶縁膜１１９を介して主面１１１の上に配置されていて、転送ゲートを構成する。半導体領域１１４では、転送された電荷が電圧に変換され、この電圧が不図示の増幅トランジスタのゲート電極に印加されうる。増幅トランジスタは、そのゲート電極に印加された電圧に応じた信号を列信号線に出力するように構成されうる。

半導体基板Ｓの主面１１１の上には、絶縁膜１２０が配置されうる。絶縁膜１２０は、ゲート電極１１６を覆うように配置されうる。絶縁膜１２０は、窒化シリコンで構成されうる。絶縁膜１２０の屈折率は、例えば、１．４０〜１．６０の範囲内でありうる。半導体基板Ｓの主面１１１の上方には、第１配線層１２３、第２配線層１２４、第３配線層１２５等のような複数の配線層（導電部材層）が配置されうる。また、半導体基板Ｓの主面１１１の上方には、第１配線層１２３、第２配線層１２４、第３配線層１２５が相互に電気的に絶縁されるように層間絶縁膜１２１、層間絶縁層１２９が配置されうる。層間絶縁膜１２１は各々が２つの配線層の間に位置する複数の層間絶縁層を含む複層膜である。以下の説明においては、膜は単層膜であっても、複層膜であってもよいものとする。層間絶縁層１２９は第２配線層１２４と第３配線層１２５とを絶縁する。層間絶縁膜１２１および層間絶縁層１２９は、酸化シリコンで構成されうる。

第１配線層１２３、第２配線層１２４、第３配線層１２５は、半導体基板Ｓの主面１１１を基準とする高さが互いに異なる。一例において、第１配線層１２３の導電部材および第２配線層１２４の導電部材は、銅で構成され、第３配線層１２５の導電部材は、アルミニウムで構成されうる。一例において、第３配線層１２５は、受光画素領域１０１に配置された遮光膜１３４、遮光画素領域１０２に配置された遮光膜１３５、および、周辺回路領域１０３に配置された導電部材１３３を含みうる。換言すると、遮光膜１３４、遮光膜１３５および導電部材１３３は、同一の層である第３配線層１２５に配置されうる。第１配線層１２３、第２配線層１２４および第３配線層１２５の導電部材を構成する材料は、上記の例に限定されず、他の導電性部材で構成されてもよい。第３配線層１２５は、更に、例えば電極パッドのような他の導電部材を含みうる。

第１配線層１２３の導電部材と第２配線層１２４の導電部材とは、不図示のプラグによって電気的に接続されうる。該プラグによって電気的に接続される部分を除いて、第１配線層１２３の導電部材と第２配線層１２４の導電部材とは、層間絶縁膜１２１によって相互に電気的に絶縁される。第２配線層１２４の導電部材と第３配線層１２５の導電部材１３３とは、不図示のプラグによって電気的に接続されうる。該プラグによって電気的に接続される部分を除いて、第２配線層１２４の導電部材と第３配線層１２５の導電部材１３３とは、層間絶縁膜１２１、層間絶縁層１２９によって相互に電気的に絶縁される。

層間絶縁膜１２１は、受光画素領域１０１の複数の光電変換部ＰＥＣおよび遮光画素領域１０２の複数の光電変換部ＰＥＣの上方に配置された複数の孔を有し、該複数の孔の中には、複数の導波路部材１３０がそれぞれ配置されている。複数の導波路部材１３０は、遮光画素領域１０２の光電変換部ＰＥＣと遮光膜１３５との間に配置された導波路部材１３０を含む。複数の導波路部材１３０は、窒化シリコンで構成されうる。複数の導波路部材１３０の屈折率は、層間絶縁膜１２１の屈性率よりも高い屈折率を有し、例えば、１．６０以上であり、１．８０〜２．４０の範囲内であることが好ましい。

層間絶縁膜１２１の上には、複数の導波路部材１３０を連結する連結部１３１が配置される。連結部１３１は、層間絶縁膜１２１の上において複数の導波路部材１３０を連結する。連結部１３１は、複数の導波路部材１３０と同じ材料で構成されうる。連結部１３１は、受光画素領域１０１において遮光膜１３４に重なりうる。連結部１３１は、遮光画素領域１０２において遮光膜１３５に重なりうる。連結部１３１は、窒化シリコンで構成されうる。連結部１３１は、受光画素領域１０１において複数の導波路部材１３０を連結する部分と、遮光画素領域１０２において複数の導波路部材を連結する部分とを含みうる。連結部１３１は、遮光画素領域１０２から周辺回路領域１０３に延びていてもよいし、周辺回路領域１０３には存在しなくてもよい。

遮光膜１３４は、受光画素領域１０１に配置され、受光画素領域１０１の複数の光電変換部ＰＥＣに対して、互いに分離された光束が入射するように配置されている。換言すると、遮光膜１３４は、１つのマイクロレンズ１４４を通過した光束が１つの光電変換部ＰＥＣに入射するように配置されている。遮光膜１３４は、受光画素領域１０１の複数の光電変換部ＰＥＣにそれぞれ対応する複数の開口ＯＰを有しうる。受光画素領域１０１の光電変換部ＰＥＣは、開口ＯＰを介して入射した光を受光可能な構成を有する。あるいは、遮光膜１３４は、例えば、格子形状を有しうる。遮光膜１３４は、アルミニウム等の金属材料で構成されうる。

遮光膜１３５は、遮光画素領域１０２に配置されている。遮光膜１３５は、遮光画素領域１０２の複数の光電変換部ＰＥＣの全てを覆うように配置されうる。遮光膜１３５は、遮光画素領域１０２には開口を有しないように構成されうる。遮光膜１３５は、遮光膜１３４の材料と同一の材料で構成されうるが、遮光膜１３４の材料とは異なる材料で構成されてもよい。遮光膜１３４、１３５は、層間絶縁層１２９を介して連結部１３１の上に配置されうる。受光画素領域１０１および遮光画素領域１０２を含む領域にわたって、層間絶縁層１２９の上面は、層間絶縁層１２９の下面より平坦でありうる。あるいは、層間絶縁層１２９は、受光画素領域１０１および遮光画素領域１０２を含む領域にわたって平坦な上面を有しうる。遮光膜１３４、１３５、配線部材１３６は、該平坦な上面に沿って配置されうる。ただし、遮光膜１３４、１３５は、連結部１３１に接触するように配置されてもよい。遮光膜１３５（遮光膜１３４、１３５のうち遮光画素領域１０２に配置された部分）における受光画素領域１０１の側の端部Ｅは、主面Ｓへの正射影（平面視）において、複数の導波路部材１３０の一部および連結部１３１の少なくとも一方と重なりうる。

遮光膜１３４に設けられた開口ＯＰ（遮光膜１３４、１３５および導電部材１３３を構成する導電部材に設けられた開口）には、絶縁体膜１３２が配置されうる。絶縁体膜１３２は、酸化シリコンによって構成されうる。絶縁体膜１３２は、遮光膜１３４、１３５、導電部材１３３を覆うように配置されうる。絶縁体膜１３２の上面は、絶縁体膜１３２の下面より平坦でありうる。あるいは、絶縁体膜１３２は、平坦な上面を有しうる。絶縁体膜１３２のそのような平坦な上面は、受光画素領域１０１および遮光画素領域１０２を含む領域の全域にわたって広がるように形成されうる。絶縁体膜１３２は、受光画素領域１０１において開口ＯＰの中に位置する部分を有する。また、絶縁体膜１３２は、受光画素領域１０１および遮光画素領域１０２において遮光膜１３５と透光膜１４０との間に位置する部分を有する。

遮光膜１３４、１３５、導電部材１３３および絶縁体膜１３２の上には、透光膜１４０が配置されうる。透光膜１４０は、絶縁体膜１３２が有する平坦な上面の上に配置されうる。透光膜１４０は、絶縁体膜１３２よりも高い屈折率を有しうる。透光膜１４０は、保護膜として機能しうる。透光膜１４０は、窒化シリコンで構成されうる。

透光膜１４０の上には、有機材料膜１４２が配置されうる。有機材料膜１４２は、透光膜１４０よりも低い屈折率を有しうる。有機材料膜１４２は、酸化シリコンで構成されうる。有機材料膜１４２の上には、カラーフィルタ１４３およびマイクロレンズ１４４が配置されうる。

受光画素領域１０１および遮光画素領域１０２において、遮光膜１３４、１３５の上面と主面１１１との距離Ｄ２が透光膜１４０の下面と半導体基板Ｓの主面１１１との距離Ｄ１より小さい。このような構成は、遮光膜１３４、１３５が透光膜１４０の上に配置された構成と比べて、距離Ｄ２が小さい。したがって、このような構成は、受光画素領域１０１と遮光画素領域１０２との境界付近において遮光画素領域１０２における連結部１３１に入射する光を減少させるために有利である。よって、遮光画素領域１０２における連結部１３１に入射した光によって遮光画素の光電変換部ＰＥＣにおいて光電変換が起こること、換言すると、遮光画素の出力が変動することを抑制することができる。ここで、連結部１３１は、光を伝搬させるコア部として機能しうることから、遮光画素領域１０２における連結部１３１に光が入射すると、連結部１３１を通して光が伝搬し、導波路部材１３０を通って遮光画素の光電変換部ＰＥＣに光が入射しうる。また、上記のような構成は、受光画素領域１０１における光電変換部ＰＥＣ間（画素間）のクロストーク（例えば、混色）を低減するためにも有利である。

複数の導波路部材１３０の上面および連結部１３１の上面は、受光画素領域１０１および遮光画素領域１０２を含む領域の全域にわたって連続的に広がる平坦な上面を構成しうる。このような構成は、遮光膜１３４、１３５および導電部材１３３が配置される面の平坦化に有利であり（例えば、層間絶縁層１２９の薄化）、遮光膜１３４、１３５および導電部材１３３の位置を主面１１１に近づけるために有利である。連結部１３１は、受光画素領域１０１および遮光画素領域１０２を含む領域の全域において開口を有しないように構成されうる。このような構成も、遮光膜１３４、１３５および導電部材１３３の位置を主面１１１に近づけるために有利である。遮光膜１３４、１３５および導電部材１３３の位置を主面１１１に近づけることは、距離Ｄ２を小さくすることを意味する。これは、遮光画素の出力の変動を抑制すること、および、受光画素領域１０１における光電変換部ＰＥＣ間（画素間）のクロストーク（例えば、混色）を低減するためにも有利である。

以下、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９を参照しながら第１実施形態の撮像装置１００の製造方法を例示的に説明する。工程Ｓ１１０では、半導体基板Ｓの半導体層１１０に半導体領域１１２、１１３、１１４等が形成され、半導体基板Ｓの上にゲート絶縁膜１１９、ゲート電極１１６、絶縁膜１２０、エッチストップ膜１２２、絶縁層１２１ａが形成される。ここで、絶縁層１２１ａは、層間絶縁膜１２１の一部を構成する絶縁層である。

一例において、半導体層１１０に半導体領域１１２（電荷蓄積部）が形成された後に、ゲート絶縁膜１１９およびゲート電極１１６が形成されうる。その後、半導体領域１１３および半導体領域１１４が形成されうる。その後、主面１１１およびゲート電極１１６を覆うように半導体基板Ｓの上に絶縁膜１２０が形成されうる。絶縁膜１２０は、例えば、窒化シリコンで構成されうる。あるいは、絶縁膜１２０は、窒化シリコン膜と酸化シリコン膜を含む積層膜で構成されてもよい。絶縁膜１２０は、後の工程で光電変換部ＰＥＣに与えられるダメージを低減する機能を有しうる。また、絶縁膜１２０は、反射防止膜として機能してもよい。その後、絶縁層１２１ａの一部が構成する膜が形成され、該膜の上にエッチストップ膜１２２が形成されうる。エッチストップ膜１２２は、例えば、窒化シリコンで構成されうる。その後、絶縁層１２１ａの他の一部が構成する膜が形成され、該膜の上面がＣＭＰ等の手法によって平坦化されることによって絶縁層１２１ａが形成される。なお、絶縁膜１２０およびエッチストップ膜１２２は、設けられなくてもよい。

工程Ｓ１１２では、絶縁層１２１ｂ、第１配線層１２３の導電部材、絶縁層１２１ｃ、１２１ｄ、第２配線層１２４の導電部材および絶縁層１２１ｅが形成される。ここで、絶縁層１２１ｂ、１２１ｃ、１２１ｄ、１２１ｅは、層間絶縁膜１２１の他の一部を構成する層である。まず、絶縁層１２１ａの上に絶縁層１２１ｂが形成される。絶縁層１２１ｂは、それを構成する絶縁材料層を形成し、該絶縁材料層のうち第１配線層１２３の導電部材を配置すべき部分にエッチングによって溝を形成することによって形成されうる。その後、受光画素領域１０１、遮光画素領域１０２および周辺回路領域１０３の全域に金属膜が形成され、ＣＭＰ等の方法により絶縁層１２１ａの上面が露出するまで金属膜を除去することによって第１配線層１２３の導電部材が形成されうる。第１配線層１２３の導電部材の一部は、不図示のプラグにより半導体基板Ｓと電気的に接続されうる。

その後、受光画素領域１０１、遮光画素領域１０２および周辺回路領域１０３の全域に絶縁層１２１ｃが形成され、次いで、絶縁層１２１ｄが形成されうる。絶縁層１２１ｄは、それを構成する絶縁材料層を形成し、該絶縁材料層のうち第２配線層１２４の導電部材を配置すべき部分にエッチングによって溝を形成することによって形成されうる。次に、絶縁層１２１ｃのうち、第１配線層１２３の導電部材と第２配線層１２４の導電部材とを電気的に接続するプラグを配置すべき部分にエッチングによってビアホールが形成されうる。その後、受光画素領域１０１、遮光画素領域１０２および周辺回路領域１０３の全域に金属膜を形成し、ＣＭＰ等の方法により絶縁層１２１ｄの上面が露出するまで金属膜を除去することによって、プラグとともに第２配線層１２４の導電部材が形成される。なお、絶縁層１２１ｃ、１２１ｄが形成された後に、第１配線層１２３の導電部材と第２配線層１２４の導電部材とを電気的に接続するプラグが配される領域に対応した部分がエッチングにより除去されてもよい。

その後、絶縁層１２１ｄおよび第３配線層１２４の導電部材の上に絶縁層１２１ｅが形成される。これにより、絶縁層１２１ｂ、絶縁層１２１ｃ、１２１ｄおよび絶縁層１２１ｅからなる層間絶縁膜１２１が得られる。必要に応じて、絶縁層１２１ｅの上面がＣＭＰなどの方法によって平坦化されてもよい。また、絶縁膜１２１には、エッチストップ膜、金属の拡散防止膜、あるいは両方の機能を備える層が形成されてもよい。具体的には、絶縁層１２１が酸化シリコン膜である場合、窒化シリコン膜や炭素含有酸化シリコン膜がエッチストップ膜および金属の拡散防止膜となして採用されうる。なお、上記の例は、第１配線層１２３及び第２配線層１２４がダマシン法で形成される例である、第１配線層１２３及び第２配線層１２４は、ダマシン法以外の方法で形成されてもよい。

工程Ｓ１１４では、複数の導波路（導波路部材１３０）を形成するための複数の孔Ｈが絶縁膜１２１に形成される。複数の孔Ｈは、例えば、複数の導波路（導波路部材１３０）を形成すべき部分に開口を有するエッチマスクパターンを層間絶縁膜１２１の上に形成し、該開口を通して層間絶縁膜１２１をエッチングすることによって形成されうる。エッチストップ膜１２２が形成された場合には、層間絶縁膜１２１のエッチングは、エッチストップ膜１２２が露出するまで行われうる。エッチストップ膜１２２は、層間絶縁膜１２１をエッチングするエッチング条件において、エッチストップ膜１２２のエッチングレートが層間絶縁膜１２１のエッチングレートよりも小さい材料で構成されうる。層間絶縁膜１２１が酸化シリコン膜である場合は、エッチストップ膜１２２は、窒化シリコン窒化または酸窒化シリコンで構成されうる。また、条件が互いに異なる複数回のエッチングによって、エッチストップ膜１２２が露出するまで層間絶縁膜１２１がエッチングされてもよい。

工程Ｓ１１６では、複数の孔Ｈの中にそれぞれ配置された複数の導波路部材１３０、および、複数の導波路部材１３０を連結するように層間絶縁膜１２１の上に配置された連結部１３１が形成される。まず、受光画素領域１０１、遮光画素領域１０２および周辺回路領域１０３の全域に、導波路部材１３０および連結部１３１を形成するための材料からなる導波路材料層が堆積されうる。この堆積は、例えば、ＣＶＤまたはスパッタ等の成膜方法、または、ポリイミド系高分子に代表される有機材料の塗布によって行われうる。その後、導波路材料層をエッチバック法またはＣＭＰ法等の平坦化方法によって平坦化することによって複数の導波路部材１３０および連結部１３１が形成されうる。その後、周辺回路領域１０３において導波路材料層が除去されうる。

工程Ｓ１１４においてエッチストップ膜１２２が露出するまで層間絶縁膜１２１がエッチングされた場合には、導波路部材１３０がエッチストップ膜１２２と接するように配置されうる。上記の例では、周辺回路領域１０３における絶縁層１２１上の導波路材料層が除去されるが、これが残されてもよい。また、同一の材料を複数回にわたって堆積することによって、導波路部材１３０および連結部１３１が形成されてもよい。あるいは、互いに異なる複数の材料を順次堆積することによって導波路部材１３０および連結部１３１が形成されてもよい。例えば、窒化シリコン膜を最初に堆積させ、次に埋め込み性能が高い有機材料を堆積させることによって、導波路部材１３０および連結部１３１が形成されてもよい。導波路部材１３０および連結部１３１は、層間絶縁膜１２１の屈折率よりも高い屈折率を有する材料で構成されうる。層間絶縁膜１２１が酸化シリコンで構成される場合は、導波路部材１３０および連結部１３１は、窒化シリコンで構成されうる。窒化シリコン窒化は、屈折率が約２．０であり、周囲の酸化シリコン膜の屈折率は約１．４である。そのため、スネルの法則に基づいて、導波路部材１３０と層間絶縁膜１２１との界面において光が反射する。これによって、導波路部材１３０の内部に光が閉じ込められる。

工程Ｓ１１８では、複数の導波路部材１３０および連結部１３１を覆うように層間絶縁層１２９が形成される。層間絶縁層１２９は、例えば、酸化シリコンで構成されうる。その後、層間絶縁層１２９がＣＭＰ等の方法によって平坦化されうる。層間絶縁層１２９の平坦化を行うことよって、後に形成される遮光膜１３４、１３５および導電部材１３３を含む第３配線層１２５の加工精度（パターニング精度）を向上させることができる。これは、第３配線層１２５のパターニングのためのフォトリソグラフィ工程において、第３配線層１２５の上に配置されるレジスト膜の表面の凹凸を露光装置の投影光学系の深度内に容易に収めることができるからである。

工程Ｓ１２０では、遮光膜１３４、１３５および導電部材１３３が形成される。これらは、層間絶縁層１２９の上に金属膜を形成し、該金属膜の上にフォトリソグラフィ工程によってエッチマスクパターンを形成し、該エッチマスクパターンの開口を通して該金属膜をパターニングすることによって形成されうる。遮光膜１３４、１３５および導電部材１３３は、例えば、アルミニウムによって構成されうる。第３配線層１２５は、不図示のプラグにより第２配線層１２４の導電部材と電気的に接続されうる。また、遮光膜１３４、１３５は、導電部材１３３と電気的に接続されてもよいし、プラグを介して第２配線層１２４の導電部材と電気的に接続されてもよい。

工程Ｓ１２２では、第３配線層１２５の上に絶縁体膜１３２が形成される。絶縁体膜１３２は、酸化シリコンによって構成されうる。その後、絶縁体膜１３２がＣＭＰ等の方法によって平坦化されうる。工程Ｓ１２４では、絶縁体膜１３２の上に有機材料膜１４０が形成される。有機材料膜１４０は、窒化シリコンによって構成されうる。絶縁体膜１３２の上面が平坦化されていると、受光画素領域１０１および遮光画素領域１０２において有機材料膜１４０の下面が平坦となる。遮光画素領域１０２に配置された遮光膜１３５の端部Ｅの直上およびその近傍で有機材料膜１４０の下面が平坦であることにより、端部Ｅの直上およびその近傍で光が偏向されないので、遮光画素領域１０２への光の入射を抑制することができる。また、受光画素領域１０１の遮光膜１３４の端部の直上およびその近傍で有機材料膜１４０が平坦であることにより、上記と同様の理由によって、画素間のクロストークを低減することができる。有機材料膜１４０は、積層膜で構成されてもよく、該積層膜は、例えば、窒化シリコン膜と酸窒化シリコン膜とを含みうる。これは、有機材料膜１４１の界面での光の反射を抑制するために有利である。

最後の工程の図示は、図２により代用される。図２に示された工程では、有機材料膜１４２、カラーフィルタ１４３、マイクロレンズ１４４が形成される。まず、透光膜１４０の上に有機材料膜１４２が形成される。有機材料膜１４２は、絶縁体、例えば、ポリイミド系の有機材料で構成されうる。その後、光電変換部ＰＥＣに対応した領域にカラーフィルタ１４３およびマイクロレンズ１４４が形成されうる。

以下、本発明の第２実施形態の撮像装置１００の構成および製造法方法を例示的に説明する。第２実施形態として言及しない事項は、第１実施形態に従いうる。特に、第２実施形態の撮像装置１００の製造方法は、第１実施形態の撮像装置１００の製造方法における工程Ｓ１１０、Ｓ１１２、Ｓ１１４、Ｓ１１８、Ｓ１２０、Ｓ１２２に従いうる。第１実施形態の工程Ｓ１２４に代えて、第２実施形態の製造方法は、図１０に例示される工程を有する。図１０に例示される工程では、受光画素領域１０１に配置された層内レンズ１５０を含む透光膜１４０が絶縁体膜１３２の上に形成される。層内レンズ１５０は、受光画素領域１０１において、遮光膜１３４の開口ＯＰの上に配置される。透光膜１４０は、窒化シリコンで構成されうるため、窒化シリコン膜と称することもできる。窒化シリコン膜は窒化シリコン層と酸窒化シリコン層を含む多層膜でありうる。

図１０に例示される工程では、まず、透光膜１４０を形成するための絶縁材料層が絶縁体膜１３２の上に形成されうる。その後、絶縁材料層の上にエッチマスクパターンが形成されうる。エッチマスクパターンは、例えば、フォトリソグラフィ工程によってフォトレジストパターンを形成した後に、フォトレジストパターンを加熱することによって形成されうる。フォトレジストパターンの加熱によって、フォトレジストパターンは、レンズ面形状を有するように変形しうる。層内レンズ１５０は、遮光膜１３４の直上の領域において相応の曲率を有していることが好ましく、それにより遮光膜１３４に入射する光（開口ＯＰに入射しない光）を抑制し、感度を向上させることができる。一例において、遮光画素領域１０２における透光膜１４０の上面と主面１１１との距離Ｄ３は、受光画素領域１０１における透光膜１４０の上面と主面１１１との最短距離Ｄ４と同じであるか、前記最短距離より小さい。

次に、図１１に例示される工程では、有機材料膜１４２、カラーフィルタ１４３、マイクロレンズ１４４が形成されうる。まず、透光膜１４０の上に有機材料膜１４２が形成される。有機材料膜１４２は、絶縁体、例えば、ポリイミド系の有機材料で構成されうる。その後、光電変換部ＰＥＣに対応した領域にカラーフィルタ１４３およびマイクロレンズ１４４が形成されうる。

受光画素領域１０１および遮光画素領域１０２において、遮光膜１３４、１３５の上面と主面１１１との距離Ｄ２が透光膜１４０の下面と半導体基板Ｓの主面１１１との距離Ｄ１より小さい。よって、遮光画素の出力が変動することを抑制することができ、また、受光画素領域１０１における画素間のクロストーク（例えば、混色）を低減することができる。

以下、上述の実施形態に係る撮像装置１００の応用例として、撮像装置１００が組み込まれたカメラやスマートフォンなどの電子機器、自動車などの輸送機器について例示的に説明する。ここで、カメラの概念には、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やタブレットのような携帯端末など）も含まれる。

図１２は、撮像装置１００を搭載した機器ＥＱＰの模式図である。機器ＥＱＰの一例は、カメラやスマートフォンなどの電子機器（情報機器）、自動車や飛行機などの輸送機器である。撮像装置１００は、半導体基板（半導体チップ）を含む半導体デバイスＩＣの他に、半導体デバイスＩＣを収容するパッケージＰＫＧを含みうる。パッケージＰＫＧは、半導体デバイスＩＣが固定された基体と、半導体デバイスＩＣに対向するガラス等の蓋体と、基体に設けられた端子と半導体デバイスＩＣに設けられた端子とを接続するボンディングワイヤやバンプ等の接続部材と、を含みうる。機器ＥＱＰは、光学系ＯＰＴ、制御装置ＣＴＲＬ、処理装置ＰＲＣＳ、表示装置ＤＳＰＬ、記憶装置ＭＭＲＹの少なくともいずれかをさらに備え得る。光学系ＯＰＴは撮像装置１００に光学像を形成するものであり、例えばレンズやシャッタ、ミラーである。制御装置ＣＴＲＬは撮像装置１００の動作を制御するものであり、例えばＡＳＩＣなどの半導体デバイスである。処理装置ＰＲＣＳは撮像装置１００から出力された信号を処理するものであり、ＡＦＥ（アナログフロントエンド）あるいはＤＦＥ（デジタルフロントエンド）を構成するための、ＣＰＵやＡＳＩＣなどの半導体デバイスである。表示装置ＤＳＰＬは撮像装置１００で得られた情報（画像）を表示する、ＥＬ表示装置や液晶表示装置である。記憶装置ＭＭＲＹは、撮像装置１００で得られた情報（画像）を記憶する、磁気デバイスや半導体デバイスである。記憶装置ＭＭＲＹは、ＳＲＡＭやＤＲＡＭなどの揮発性メモリ、あるいは、フラッシュメモリやハードディスクドライブなどの不揮発性メモリである。機械装置ＭＣＨＮはモーターやエンジン等の可動部あるいは推進部を有する。カメラにおける機械装置ＭＣＨＮはズーミングや合焦、シャッタ動作のために光学系ＯＰＴの部品を駆動することができる。機器ＥＱＰでは、撮像装置１００から出力された信号を表示装置ＤＳＰＬに表示したり、機器ＥＱＰが備える通信装置（不図示）によって外部に送信したりする。そのために、機器ＥＱＰは、撮像装置１００が組み込まれうる制御／信号処理回路などに含まれる記憶回路部や演算回路部とは別に、記憶装置ＭＭＲＹや処理装置ＰＲＣＳを更に備えていてもよい。

上述したように、第１および第２実施形態の撮像装置１００は、遮光画素の出力が安定し、また、受光画素領域の画素間のクロストークが低減される。したがって、撮像装置１００が組み込まれたカメラは、監視カメラや、自動車や鉄道車両などの輸送機器に搭載される車載カメラなどに好適である。ここでは、撮像装置１００が組み込まれたカメラを輸送機器に適用した例を説明する。輸送機器２１００は、例えば、図１３（ａ）、（ｂ）に示す車載カメラ２１０１を備えた自動車である。図１３（ａ）は、輸送機器２１００の外観と主な内部構造を模式的に示している。輸送機器２１００は、光電変換装置２１０２、撮像システム用集積回路（ＡＳＩＣ：ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎＳｐｅｃｉｆｉｃＩｎｔｅｇｒａｔｅｄＣｉｒｃｕｉｔ）２１０３、警報装置２１１２、制御装置２１１３を備える。

光電変換装置２１０２には、上述の撮像装置１００が用いられる。警報装置２１１２は、撮像システム、車両センサ、制御ユニットなどから異常を示す信号を受けたときに、運転手へ向けて警告を行う。制御装置２１１３は、撮像システム、車両センサ、制御ユニットなどの動作を統括的に制御する。なお、輸送機器２１００が制御装置２１１３を備えていなくてもよい。この場合、撮像システム、車両センサ、制御ユニットが個別に通信インターフェースを有して、それぞれが通信ネットワークを介して制御信号の送受を行う（例えばＣＡＮ規格）。

図１３（ｂ）は、輸送機器２１００のシステム構成を示すブロック図である。輸送機器２１００は、第１の光電変換装置２１０２と第２の光電変換装置２１０２とを含む。つまり、本実施形態の車載カメラはステレオカメラである。光電変換装置２１０２には、光学部２１１４により被写体像が結像される。光電変換装置２１０２から出力された画素信号は、画像前処理部２１１５によって処理され、そして、撮像システム用集積回路２１０３に伝達される。画像前処理部２１１５は、Ｓ−Ｎ演算や、同期信号付加などの処理を行う。上述の信号処理部９０２は、画像前処理部２１１５および撮像システム用集積回路２１０３の少なくとも一部に相当する。

撮像システム用集積回路２１０３は、画像処理部２１０４、メモリ２１０５、光学測距部２１０６、視差演算部２１０７、物体認知部２１０８、異常検出部２１０９、および、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）部２１１６を備える。画像処理部２１０４は、光電変換装置２１０２のそれぞれの画素から出力される信号を処理して画像信号を生成する。また、画像処理部２１０４は、画像信号の補正や異常画素の補完を行う。メモリ２１０５は、画像信号を一時的に保持する。また、メモリ２１０５は、既知の光電変換装置２１０２の異常画素の位置を記憶していてもよい。光学測距部２１０６は、画像信号を用いて被写体の合焦または測距を行う。視差演算部２１０７は、視差画像の被写体照合（ステレオマッチング）を行う。物体認知部２１０８は、画像信号を解析して、輸送機器、人物、標識、道路などの被写体の認知を行う。異常検出部２１０９は、光電変換装置２１０２の故障、あるいは、誤動作を検知する。異常検出部２１０９は、故障や誤動作を検知した場合には、制御装置２１１３へ異常を検知したことを示す信号を送る。外部Ｉ／Ｆ部２１１６は、撮像システム用集積回路２１０３の各部と、制御装置２１１３あるいは種々の制御ユニット等との間での情報の授受を仲介する。

輸送機器２１００は、車両情報取得部２１１０および運転支援部２１１１を含む。車両情報取得部２１１０は、速度・加速度センサ、角速度センサ、舵角センサ、測距レーダ、圧力センサなどの車両センサを含む。

運転支援部２１１１は、衝突判定部を含む。衝突判定部は、光学測距部２１０６、視差演算部２１０７、物体認知部２１０８からの情報に基づいて、物体との衝突可能性があるか否かを判定する。光学測距部２１０６や視差演算部２１０７は、対象物までの距離情報を取得する距離情報取得手段の一例である。すなわち、距離情報とは、視差、デフォーカス量、対象物までの距離等に関する情報である。衝突判定部はこれらの距離情報のいずれかを用いて、衝突可能性を判定してもよい。距離情報取得手段は、専用に設計されたハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアモジュールによって実現されてもよい。

運転支援部２１１１が他の物体と衝突しないように輸送機器２１００を制御する例を説明したが、他の車両に追従して自動運転する制御や、車線からはみ出さないように自動運転する制御などにも適用可能である。

輸送機器２１００は、さらに、エアバッグ、アクセル、ブレーキ、ステアリング、トランスミッション、エンジン、モーター、車輪、プロペラ等の、移動あるいはその補助に用いられる駆動装置を具備する。また、輸送機器２１００は、それらの制御ユニットを含む。制御ユニットは、制御装置２１１３の制御信号に基づいて、対応する駆動装置を制御する。

本実施形態に用いられた撮像システムは、自動車や鉄道車両に限らず、例えば、船舶、航空機あるいは産業用ロボットなどの輸送機器にも適用することができる。加えて、輸送機器に限らず、高度道路交通システム（ＩＴＳ）など、広く物体認識を利用する機器に適用することができる。

上記実施形態は、本発明を適用しうる幾つかの態様を例示したものに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正や変形を行うことを妨げるものではない。

１００：撮像装置、１０１：受光画素領域、１０２：遮光画素領域、１０３：周辺回路領域、ＰＥＣ：光電変換部、Ｓ：半導体基板、１１０：半導体層、１１１：主面、１２１：層間絶縁膜、１２９：層間絶縁層、１３０：導波路部材、１３１：連結部、１３２：絶縁体膜、１３４：遮光膜、１３５：遮光膜、ＯＰ：開口、１４０：透光膜、１４２：有機材料膜、１５０：層内レンズ

Claims

受光画素領域および遮光画素領域を有する撮像装置であって、
前記受光画素領域および前記遮光画素領域の複数の光電変換部が配置された半導体基板と、
前記半導体基板の主面の上に配置され、前記複数の光電変換部の上方に配置された複数の孔を有する絶縁膜と、
前記複数の孔の中に配置された複数の導波路部材と、
前記絶縁膜の上において前記複数の導波路部材を連結する連結部と、
前記連結部の上であって前記受光画素領域および前記遮光画素領域に配置され、前記受光画素領域において開口を有する遮光膜と、
前記受光画素領域において前記開口の上に配置され、前記受光画素領域および前記遮光画素領域において前記遮光膜の上に配置されたた窒化シリコン膜と、
前記受光画素領域において前記開口の中に位置する部分を有し、前記受光画素領域および前記遮光画素領域において前記遮光膜と前記窒化シリコン膜との間に位置する部分を有する絶縁体膜と、を含み、
前記受光画素領域および前記遮光画素領域において、前記遮光膜の上面と前記主面との距離が前記窒化シリコン膜の下面と前記主面との距離より小さい、
ことを特徴とする撮像装置。
前記複数の導波路部材と前記遮光膜との間に配置された絶縁層を更に含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
前記受光画素領域および前記遮光画素領域を含む領域にわたって、前記絶縁層の上面は前記絶縁層の下面よりも平坦であり、前記遮光膜は前記絶縁層の前記上面に沿って配置されている、
ことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
前記絶縁体膜は前記遮光膜を覆うように配置され、前記絶縁体膜の上面は前記絶縁体膜の下面よりも平坦であり、前記窒化シリコン膜は前記絶縁体膜の前記上面に沿って配置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記絶縁体膜の前記上面は、前記受光画素領域および前記遮光画素領域にわたって広がっている、
ことを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
前記複数の導波路部材は、前記遮光画素領域の前記光電変換部と前記遮光膜との間に配置された導波路部材を含む、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記連結部は、前記遮光画素領域において前記遮光膜に重なる、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記遮光膜のうち前記遮光画素領域に配置された部分における前記受光画素領域の側の端部は、前記複数の導波路部材の一部および前記連結部の少なくとも一方と重なっている、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記窒化シリコン膜の上に配置された有機材料膜を更に含む、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記遮光膜のうち前記受光画素領域に配置された部分と、前記遮光膜のうち前記遮光画素領域に配置された部分とが同一の層に配置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の撮像装置。
電極パッドが前記遮光膜と同一の層に配置されている、
ことを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
前記窒化シリコン膜は、前記受光画素領域において層内レンズを構成している、
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記遮光画素領域における前記窒化シリコン膜の上面と前記主面との距離は、前記受光画素領域における前記窒化シリコン膜の上面と前記主面との最短距離と同じであるか、前記最短距離より小さい、
ことを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
前記窒化シリコン膜の上方に配置されたマイクロレンズを更に含む、
ことを特徴とする請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
受光画素領域および遮光画素領域を有する撮像装置であって、
前記受光画素領域および前記遮光画素領域の複数の光電変換部が配置された半導体基板と、
前記半導体基板の主面の上に配置され、前記複数の光電変換部の上方に配置された複数の孔を有する絶縁膜と、
前記複数の孔の中に配置された複数の導波路部材と、
前記複数の導波路部材の上であって前記受光画素領域および前記遮光画素領域に配置され、前記受光画素領域において開口を有する遮光膜と、
前記受光画素領域において層内レンズを有するように前記開口の上に配置され、前記受光画素領域および前記遮光画素領域において前記遮光膜の上に配置された透光膜と、
前記受光画素領域において前記開口の中に位置する部分を有し、前記受光画素領域および前記遮光画素領域において前記遮光膜と前記透光膜との間に位置する部分を有する絶縁体膜と、を含み、
前記受光画素領域および前記遮光画素領域において、前記遮光膜の上面と前記主面との距離が前記透光膜の下面と前記主面との距離より小さい、
ことを特徴とする撮像装置。
前記絶縁膜の上において前記複数の導波路部材を連結する連結部を更に含む、
ことを特徴とする請求項１５に記載の撮像装置。
前記遮光膜のうち前記遮光画素領域に配置された部分における前記受光画素領域の側の端部は、前記複数の導波路部材の一部および前記連結部の少なくとも一方と重なっている、
ことを特徴とする請求項１６に記載の撮像装置。
前記透光膜の上に配置された有機材料膜を更に含む、
ことを特徴とする請求項１５乃至１６のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記遮光膜のうち前記受光画素領域に配置された部分と、前記遮光膜のうち前記遮光画素領域に配置された部分とが同一の層に配置されている、
ことを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の撮像装置。
前記遮光膜は、前記層内レンズと重なる部分を含む、
ことを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の撮像装置。
請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の撮像装置と、
前記撮像装置から出力された信号を処理する処理装置と、
を備えることを特徴とする機器。
駆動装置を具備する機器であって、請求項１乃至２０のいずれか１項に記載の撮像装置を搭載し、前記撮像装置で得られた情報に基づいて前記駆動装置を制御する制御装置を備えることを特徴とする機器。