(57)【要約】【課題】分光特性におけるリップルを低減できる固体撮像装置を提供する。【解決手段】第１配線層は画素に対向する第１開口を有する。第１配線層の上に設けられた第２配線層は、第１開口に対向する第２開口を有する。画素、第１配線層、および第２配線層を覆う絶縁膜は、第２開口に対向する領域に設けられた複数の凹部を有する。第２開口の縁は、第１開口の縁よりも第１開口の中心から遠ざかる方向に後退している。凹部は、円形状の開口と、曲率をもつ凹面とを有し、第２開口の縁よりも内側の領域に配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の表面に設けられた画素と、
前記基板の上に設けられた第１配線層であって、前記画素に対向する第１開口を有する第１配線層と、
前記第１配線層の上に設けられた第２配線層であって、前記第１開口に対向する第２開口を有する第２配線層と、
前記画素、前記第１配線層、および前記第２配線層を覆う絶縁膜であって、前記第２開口に対向する領域に設けられた複数の凹部を有する絶縁膜と、
を備え、
前記第２開口の縁は、前記第１開口の縁よりも前記第１開口の中心から遠ざかる方向に後退し、
前記凹部は、円形状の開口と、曲率をもつ凹面とを有し、前記第２開口の前記縁よりも内側の領域に配置されている固体撮像装置。
【請求項２】
前記凹部の前記開口は他の凹部の開口と重なる領域を有する請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第２開口の前記縁の近傍における前記第２配線層と前記第１配線層との間に設けられた複数のビアをさらに備えた請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
複数の前記画素が第１方向に配列され、
前記第２開口の前記縁は、前記第１開口の前記縁よりも、前記第１方向に交差する第２方向に沿って後退している請求項１〜３のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第１配線層は、前記第１方向で隣り合う前記画素間にも設けられている請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１開口の前記縁は、前記画素に重なる領域に位置する請求項１〜５のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置において、光電変換素子（画素）へ直接入る光と、保護膜で反射する光との干渉により、分光特性にリップルが発生する現象が知られている。このリップルは、画像のムラを生じさせる原因になる。また、保護膜に凹みを形成することで、リップルを低減する提案がされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５４６８４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
実施形態は、分光特性におけるリップルを低減できる固体撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態によれば、固体撮像装置は、基板と、前記基板の表面に設けられた画素と、前記基板の上に設けられた第１配線層であって、前記画素に対向する第１開口を有する第１配線層と、前記第１配線層の上に設けられた第２配線層であって、前記第１開口に対向する第２開口を有する第２配線層と、前記画素、前記第１配線層、および前記第２配線層を覆う絶縁膜であって、前記第２開口に対向する領域に設けられた複数の凹部を有する絶縁膜と、を備えている。前記第２開口の縁は、前記第１開口の縁よりも前記第１開口の中心から遠ざかる方向に後退している。前記凹部は、円形状の開口と、曲率をもつ凹面とを有し、前記第２開口の前記縁よりも内側の領域に配置されている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態の固体撮像装置の模式断面図。
【図２】実施形態の固体撮像装置の模式平面図。
【図３】実施形態の固体撮像装置の模式平面図。
【図４】実施形態の固体撮像装置の模式断面図。
【図５】実施形態の固体撮像装置の模式平面図。
【図６】実施形態の固体撮像装置の模式断面図。
【図７】実施形態の固体撮像装置の模式平面図。
【図８】実施形態の固体撮像装置における凹部の形成方法を示す模式平面図。
【図９】分光特性のリップル量と、凹部の面積との関係を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照し、実施形態について説明する。なお、各図面中、同じ要素には同じ符号を付している。
【０００８】
図１は、第１実施形態の固体撮像装置１の模式断面図である。  
図２は、第１実施形態の固体撮像装置１の模式平面図である。  
図３は、図２において絶縁膜５０を除いた模式平面図である。
【０００９】
固体撮像装置１は、基板１０と、基板１０の表面に設けられた画素１１と、電荷転送トランジスタ２０と、第１配線層３０と、第２配線層４０と、絶縁膜５０とを有する。
【００１０】
基板１０の表面に平行で互いに直交する２方向をＸ方向およびＹ方向とする。Ｘ方向およびＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。図１は、図２におけるＸ方向に沿った断面図である。
【００１１】
画素１１は、光電変換部を含む。基板１０は、例えばシリコン基板である。画素１１は、例えばＮ型シリコンとＰ型シリコンとのＰＮ接合を含む。固体撮像装置１は、例えばリニアセンサであり、図３に示すように、複数の画素１１がＹ方向に並んだ画素列を有する。
【００１２】
電荷転送トランジスタ２０は、拡散層２１と、ゲート絶縁膜２２と、ゲート電極２３とを有する。拡散層２１は、例えば、不純物がドープされたシリコン領域であり、基板１０の表面において画素１１に近接する領域に設けられている。
【００１３】
画素１１と拡散層２１との間の領域の上に、ゲート絶縁膜２２を介してゲート電極２３が設けられている。
【００１４】
基板１０上におけるゲート電極２３よりも上のレイヤーに、第１配線層３０が設けられている。第２配線層４０は、第１配線層３０よりも上のレイヤーに設けられている。第１配線層３０は、ビア６１によって、拡散層２１と接続されている。第１配線層３０は、電荷転送トランジスタ２０と電気的に接続され、電荷転送トランジスタ２０とともに回路を構成する。
【００１５】
第２配線層４０は、電荷転送トランジスタ２０とは電気的に接続されず、主に遮光の機能を担う。
【００１６】
画素１１、電荷転送トランジスタ２０、第１配線層３０、および第２配線層４０を覆うように、基板１０上に絶縁膜５０が設けられている。また、絶縁膜５０は、ビア６１の周囲を覆っている。
【００１７】
第１配線層３０および第２配線層４０は、例えばアルミニウムを含む金属層であり、画素１１への入射対象の光に対する遮光性および反射性を有する。
【００１８】
絶縁膜５０は、例えばシリコン酸化膜であり、画素１１への入射対象の光に対する透過性を有する。
【００１９】
第１配線層３０は、画素１１に対向する領域に第１開口３１を有する。図３に示すように、複数の画素１１の配列方向に沿って、複数の第１開口３１がＹ方向に並んでいる。第１配線層３０は、Ｙ方向で隣り合う画素１１の間にも設けられている。
【００２０】
第１開口３１のＸ方向の幅は画素１１のＸ方向の幅よりも長く、第１開口３１の縁は、画素１１の上方で画素１１に重なる領域に位置する。
【００２１】
第２配線層４０は、第１配線層３０の第１開口３１に対向する第２開口４１を有する。図３に示すように、第２開口４１は、複数の第１開口３１が配列された領域に沿って、Ｙ方向にスリット状に延びている。
【００２２】
第２開口４１の縁は、第１開口３１の縁よりも、第１開口３１の中心から遠ざかる方向に後退している。第２開口４１の縁は、第１開口３１の縁よりも、Ｘ方向に沿って後退している。
【００２３】
絶縁膜５０は、第２開口４１に対向する領域に設けられた複数の凹部５１を有する。それぞれの凹部５１は、上面視で円形状の開口５１ａと、曲率をもつ凹面５１ｂとを有する。凹部５１の開口５１ａの形状は、真円に限らない。図１に示す例では、Ｘ方向で隣り合う凹部５１の間に、絶縁膜５０の一部が凸状に設けられている。また、Ｙ方向で隣り合う凹部５１の間にも、絶縁膜５０の一部が凸状に設けられている。
【００２４】
１つの画素１１の上方領域に、複数の凹部５１が配置されている。複数の凹部５１は、第２開口４１の縁よりも内側の領域に配置されている。凹部５１の一部は、第１開口３１の外側の領域に重なっている。
【００２５】
第１配線層３０と第２配線層４０によって、基板１０の表面における画素１１以外の領域が覆われ、遮光されている。
【００２６】
図８は、複数の凹部５１の形成方法を示す模式平面図である。
【００２７】
基板１０上に、第１配線層３０、第２配線層４０、絶縁膜５０等を形成した後、絶縁膜５０上にレジスト７０を形成する。
【００２８】
そして、レジスト７０に対する露光および現像により、レジスト７０おける画素１１の上方に位置する領域に複数の開口７１が形成される。このレジスト７０をマスクにして絶縁膜５０の表面をウェットエッチングする。絶縁膜５０においてレジスト７０の開口７１に露出する部分から、図８において破線で表すように、等方的にエッチングが進行し、複数の凹部５１が形成される。
【００２９】
画素１１に直接入射せず、基板１０の表面で反射し上方に戻った光は、凹部５１の曲率をもつ凹面５１ｂで反射することができる。この凹面５１ｂで反射した光は、凹レンズ効果により拡散し、画素１１に入射しにくくなる。したがって、そのような反射光と、画素１１に直接入射する光との干渉による分光特性のリップルを抑制することができる。
【００３０】
図９は、分光特性のリップル量と、凹部５１の面積との関係を示すグラフである。  
横軸は、１つの画素１１の面積に対する複数の凹部５１（１つの画素１１の上方に配置された複数の凹部５１）の面積の比を表す。ここで、凹部５１の面積は、凹面５１ｂも含めた凹部５１の表面積を表すのではなく、上面視において複数の開口５１ａが配置された領域の面積を表す。
【００３１】
図９のグラフより、凹部５１の面積が大きいほどリップル抑制効果が大きいことが確認できる。
【００３２】
凹部５１の面積を大きくすると、凹部５１と第２配線層４０とのオーバーラップが生じ、第２配線層４０が絶縁膜５０から露出する懸念がある。第２配線層４０の露出は信頼性の低下をまねく。一方で、第２配線層４０とオーバーラップしないように凹部５１を形成することは、凹部５１の面積拡大を阻害する。
【００３３】
固体撮像装置において一般に最上層の配線層が遮光の機能を担う。実施形態によれば、最上層の配線層（第２配線層４０）だけに遮光の機能を担わせるのではなく、第２配線層４０の下に設けた第１配線層３０にも遮光の機能を担わせている。すなわち、レイヤーの異なる複数の配線層で、画素１１以外の領域を覆って遮光している。
【００３４】
画素１１の外縁の近傍領域は、第１配線層３０によって遮光されている。そのため、第２配線層４０の第２開口４１の幅（Ｘ方向の幅）を、画素１１の幅（Ｘ方向の幅）よりも広げることができる。この第２開口４１の幅が拡大した分、凹部５１の領域を広げることができる。したがって、実施形態によれば、最上層の第２配線層４０を絶縁膜５０で確実に覆って保護しつつ、凹部５１の領域を広くして、リップルの抑制効果を高くすることが可能になる。
【００３５】
図４は、第２実施形態の固体撮像装置２の模式断面図である。  
図５は、第２実施形態の固体撮像装置２の模式平面図である。  
図４は、図５におけるＸ方向に沿った断面図である。
【００３６】
凹部５１の円形状の開口５１ａは、上面視で他の凹部５１の開口５１ａと重なる領域を有する。凹部５１の開口５１ａの一部は、Ｘ方向で隣り合う他の凹部５１の開口５１ａの一部と重なっている。凹部５１の開口５１ａの一部は、Ｙ方向で隣り合う他の凹部５１の開口５１ａの一部と重なっている。
【００３７】
画素１１の上方領域における絶縁膜５０に平坦面があると、基板１０の表面で反射した光はその平坦面で反射して画素１１に入射しやすく、直接入射光と反射光との干渉を起こしやすくなる。第２実施形態によれば、複数の凹部５１の開口５１ａを互いに重ねることで、画素１１の上方領域における絶縁膜５０の平坦部の面積が減り、リップル抑制効果をさらに高めることができる。
【００３８】
図６は、第３実施形態の固体撮像装置３の模式断面図である。  
図７は、第３実施形態の固体撮像装置３の模式平面図である。  
図６は、図７におけるＸ方向に沿った断面図である。
【００３９】
第２開口４１の縁の近傍における第２配線層４０と第１配線層３０との間に、複数のビア６２が設けられている。ビア６２は、第２配線層４０と第１配線層３０とを接続している。ビア６２は、画素１１への入射対象の光に対する反射性を有する金属部材である。
【００４０】
図７に示すように、画素１１のＸ方向の縁の近傍で、複数のビア６２がＹ方向に配列されている。画素１１の上方領域をＸ方向に挟むように複数のビア６２が配置されている。
【００４１】
凹部５１の凹面５１ｂで反射して拡散した光を、ビア６２で反射させて、画素１１へ向かわせることができる。これは、画素１１に入射しない反射光を減らし、感度を向上させる。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４３】
１〜３…固体撮像装置、１０…基板、１１…画素、２０…電荷転送トランジスタ、３０…第１配線層、３１…第１開口、４０…第２配線層、４１…第２開口、５０…絶縁膜、５１…凹部、５１ａ…開口、５１ｂ…凹面、６１,６２…ビア、７０…レジスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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