(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に二次元状に配置形成された複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の各々で発生した電荷に応じた信号を読み出す前記半導体基板に形成されたＭＯＳトランジスタにより構成される信号読み出し回路とを有する固体撮像素子であって、
前記複数の光電変換部の各々の上方に形成され、各光電変換部に光を集光するマイクロレンズと、
前記各光電変換部と前記各光電変換部に対応する前記マイクロレンズとの間にモザイク状に配置されたカラーフィルタと、
前記半導体基板と前記カラーフィルタとの間に形成され、配線が埋設される絶縁層と、
前記半導体基板内に設けられ、かつ、前記信号読み出し回路と接続され、前記光電変換部に蓄積された電荷が転送される電荷蓄積部と、
前記電荷蓄積部に前記光電変換部から電荷を転送するための前記絶縁層内に設けられる転送電極と、
前記マイクロレンズによって集光される光の光路の一部を取り囲む前記絶縁層内に配置された筒状の構造物とを備え、
前記電荷蓄積部は、異なる色のカラーフィルタの下に形成される複数の前記光電変換部に対応して１つ設けられており、
前記筒状の構造物と前記転送電極とは、それぞれゲート絶縁膜を介して前記半導体基板上に形成されており、
前記絶縁層は、前記筒状の構造物及び転送電極を含む最下層の層間絶縁膜と、前記最下層の層間絶縁膜の上層に形成された配線を含む複数の層間絶縁膜とが積層されてなり、
前記筒状の構造物は、前記半導体基板表面に平行な方向の幅が前記半導体基板に垂直な方向の高さよりも大きく、かつ、その周囲に形成される材料の屈折率と異なる屈折率を持つ非導電性材料で構成され、
前記転送電極は、入射する光の波長に応じて光透過率が異なる材料により構成され、かつ、前記筒状の構造物の筒の外部に配置されて、その一部が前記筒状の構造物の外周と接触している固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子であって、前記筒状の構造物の高さが前記転送電極よりも高くなっている固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１又は２記載の固体撮像素子であって、
前記絶縁層は、酸化膜又は窒化膜によって構成され、
前記筒状の構造物は、窒化膜又は酸化膜によって構成される固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項記載の固体撮像素子を備える撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像素子及び撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルカメラや携帯電話用カメラ等に用いる固体撮像素子として、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサやＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサ等が知られている。このうちＣＭＯＳイメージセンサは、フォトダイオード等の光電変換素子に蓄積された電荷に応じた信号の読み出しにＭＯＳトランジスタを用いるものである。ＣＭＯＳイメージセンサは、電源線やスイッチングのための信号線が半導体基板上方に複数層で形成されているのが一般的である（特許文献１参照）。【０００３】
近年の固体撮像素子は、画素数の増加に伴って画素サイズの微細化が顕著であり、集光効率をいかに向上させるかが課題となっている。固体撮像素子に入射した光をマイクロレンズによってフォトダイオードに焦点を結ぶようにすることで集光効率を高めることができる。しかしながら、画素の微細化によってマイクロレンズの光学設計が難しくなっている。また、ＣＭＯＳイメージセンサでは、焦点距離を長くすると、フォトダイオードの上層に形成されている遮光膜や配線層によって入射光が乱反射し、この反射光が各画素の感度を不均一にする原因となる。逆に、焦点距離を短くするとフォトダイオード以外の部分にも光が入射することにより、集光効率を十分に高めることが難しい。【０００４】
そこで、特許文献１では、フォトダイオード上方において、半導体基板上方に設ける配線層と同一層に、導波路として機能するリング状の金属を形成した固体撮像素子が提案されている。このリング状の金属は、半導体基板や他の配線と一切接触しておらず、層間絶縁膜に完全に埋設された構成となっている。この固体撮像素子によれば、配線と同一工程で導波路を形成することができるため、集光効率の高い固体撮像素子を低コストで製造することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０１１−４０６４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、特許文献１に記載の固体撮像素子は、配線層と同一層にリング状の金属が配置される構成である。しかし、近年のＣＭＯＳイメージセンサは、微細化に伴ってフォトダイオードの開口面積がかなり小さくなっており、このリング状の金属を配置できる領域も小さくなっている。そして、この領域の周囲には、配線が引き回されている。つまり、微細化の進んだＣＭＯＳイメージセンサにおいては、配線層と同一層に金属製のリングを配置すると、当該リングと他の配線との距離を確保することができない。その結果、配線間容量が大きくなり、高速駆動ができなくなる。なお、フォトダイオード上方における配線と同一層に限らず、フォトダイオード上方には様々な導電性の部材（例えば、トランジスタのゲート電極等）が存在する。このため、前述した課題は、フォトダイオード上方における配線と同一層に金属のリングを配置する場合に限らず、フォトダイオード上方の配線層内に金属のリングを配置する場合に発生しうる。【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、感度の均一化と高い集光効率を実現しながら高速駆動を行うことのできる固体撮像素子とこれを備える撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板内に二次元状に配置形成された複数の光電変換部と、上記複数の光電変換部の各々で発生した電荷に応じた信号を読み出す上記半導体基板に形成されたＭＯＳトランジスタにより構成される信号読み出し回路とを有する固体撮像素子であって、上記複数の光電変換部の各々の上方に形成され、各光電変換部に光を集光するマイクロレンズと、上記半導体基板と上記マイクロレンズとの間に形成され、配線が埋設される絶縁層と、上記マイクロレンズによって集光される光の光路の一部を取り囲む上記絶縁層内に配置された筒状の構造物とを備え、上記筒状の構造物は、上記半導体基板表面に平行な方向の幅が上記半導体基板に垂直な方向の高さよりも大きく、更に、上記筒状の構造物は、その周囲に形成される材料の屈折率と異なる屈折率を持つ非導電性材料で構成されているものである。【０００９】
本発明の撮像装置は、上記固体撮像素子を備えるものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、感度の均一化と高い集光効率を実現しながら高速駆動を行うことのできる固体撮像素子とこれを備える撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態を説明するためのＭＯＳ型の固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図
【図２】図１におけるＡ−Ａ線の断面模式図
【図３】図１における筒状の構造物２０の変形例を示す図
【図４】図２に示す断面の変形例を示す図
【図５】図２に示す断面の変形例を示す図
【図６】図２に示す断面の変形例を示す図
【図７】図２に示す断面の変形例を示す図
【図８】図２に示す断面の変形例を示す図
【図９】図２に示す断面の変形例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態を説明するためのＭＯＳ型の固体撮像素子の概略構成を示す平面模式図である。本実施形態で説明する固体撮像素子は、デジタルカメラ及びデジタルビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡及びカメラ付携帯電話機等に搭載される撮像モジュール等に搭載して用いられる。
【００１４】
図１に示す固体撮像素子１００は、半導体基板内に二次元状（図１の例では正方格子状）に配列形成された複数の光電変換部（フォトダイオード：ＰＤ）１０と、各ＰＤ１０に蓄積された電荷に応じた信号を外部に読み出すためのＭＯＳトランジスタで構成された信号読み出し回路（図１でＭＯＳ回路と表記）Ｃとを備える。図１には、固体撮像素子１００に含まれる複数のＰＤ１０のうちの１６個分について図示している。
【００１５】
固体撮像素子１００では、４つのＰＤ１０に対応して信号読み出し回路Ｃが１つ設けられている。そして、４つのＰＤ１０とこれらに対応する信号読み出し回路Ｃとが矩形の共有画素領域１内に形成されている。固体撮像素子１００は、この共有画素領域１が正方格子状に配列されたものとなっている。
【００１６】
列方向Ｙに隣接する２つのＰＤ１０の間の半導体基板内には、この２つのＰＤ１０に蓄積された電荷が転送される電荷蓄積部としてのフローティングディフュージョンＦＤが形成されている。
【００１７】
フローティングディフュージョンＦＤと、このフローティングディフュージョンＦＤの列方向Ｙに隣接するＰＤ１０との間の半導体基板上方にはゲート電極ＴＧが形成されている。ＰＤ１０と、これに隣接するフローティングディフュージョンＦＤと、これらの間のゲート電極ＴＧとにより、転送トランジスタが構成される。このゲート電極ＴＧに供給するパルスを制御することで、ＰＤ１０からフローティングディフュージョンＦＤへの電荷転送を制御することができる。
【００１８】
共有画素領域１に含まれる４つのＰＤ１０のうちの下２つのＰＤ１０の列方向Ｙにおける隣（共有画素領域１の下辺部）には、信号読み出し回路Ｃが形成されている。
【００１９】
信号読み出し回路Ｃは、例えば、共有画素領域１内の各フローティングディフュージョンＦＤの電位をリセットするリセットトランジスタと、共有画素領域１内の各フローティングディフュージョンＦＤの電位に応じた信号を出力する出力トランジスタと、出力トランジスタから出力される信号を信号出力線に選択的に出力させる行選択トランジスタとから構成される。そして、リセットトランジスタのソースと出力トランジスタのゲート電極に、共有画素領域１内の各フローティングディフュージョンＦＤが接続される。
【００２０】
各ＰＤ１０上方には、筒状の構造物２０が形成されている。この構造物２０についての詳細は後述する。
【００２１】
また、各ＰＤ１０上方には、複数種類のカラーフィルタが設けられており、このカラーフィルタがモザイク状（図１の例ではベイヤ状）に配列されている。図１では、赤色光を透過するＲカラーフィルタが積層されるＰＤ１０に“（Ｒ）”の文字を付している。また、緑色光を透過するＧカラーフィルタが積層されるＰＤ１０に“（Ｇ）”の文字を付している。また、青色光を透過するＢカラーフィルタが積層されるＰＤ１０に“（Ｂ）”の文字を付している。
【００２２】
図２は、図１におけるＡ−Ａ線の断面模式図である。図２では図１に示した信号読み出し回路Ｃについては図示を省略している。
【００２３】
図２に示すように、ｎ型半導体基板とこの上に形成されたｐウェル層とからなる半導体基板１４上にはゲート絶縁膜１５が形成されている。ゲート絶縁膜１５上には、層間絶縁膜１６、層間絶縁膜１７、層間絶縁膜１８、層間絶縁膜１９がこの順に積層されている。層間絶縁膜１６〜１９が、配線が埋設される絶縁層（以下では配線層と称する）を形成している。層間絶縁膜１９上には、各ＰＤ１０と対向する位置にカラーフィルタ２１が形成されている。また、各カラーフィルタ２１上には平坦化膜２２を介してマイクロレンズ２３が形成されている。マイクロレンズ２３は、これに対応するＰＤ１０に光を集光するものであり、例えば、その焦点がＰＤ１０の最表面になるよう設計されている。
【００２４】
半導体基板１４のｐウェル層内には、ｎ型不純物層からなるＰＤ１０が形成されている。図２に示した３つのＰＤ１０のうちの左２つのＰＤ１０間には、これら２つのＰＤ１０に対応するフローティングディフュージョンＦＤが形成されている。
【００２５】
フローティングディフュージョンＦＤとこれに対応する各ＰＤ１０との間の半導体基板１４上にはゲート絶縁膜１５を介してゲート電極ＴＧが形成されている。ゲート電極ＴＧは、入射する光の波長に応じて光の透過率が異なる材料（例えば、ポリシリコン）によって構成されている。
【００２６】
各ＰＤ１０上にはゲート絶縁膜１５を介して筒状の構造物２０が形成されている。筒状の構造物２０は、各ＰＤ１０に対応するマイクロレンズ２３によって集光される光の光路（図２に示した各マイクロレンズ２３の端部から伸びる２本の破線と当該マイクロレンズ２３の底面とで囲まれた範囲）の一部を取り囲むように配置されている。また、筒状の構造物２０は、半導体基板１４表面に平行な方向の幅（平面視における幅の最大値）が半導体基板１４に垂直な方向の高さよりも大きくなっている。つまり、筒状の構造物２０は、一般的なＣＭＯＳイメージセンサに搭載される導波路とはその幅と高さのアスペクト比が大きく異なっている。
【００２７】
筒状の構造物２０とゲート電極ＴＧは同一層（同一面）に形成されている。筒状の構造物２０とゲート電極ＴＧは、酸化珪素膜等の酸化膜で構成された層間絶縁膜１６内に埋設されている。
【００２８】
図１、２に示す構造物２０は、その屈折率が層間絶縁膜１６の屈折率と異なる材料によって構成されており、この屈折率の差によって、その内周面及び外周面で光が全反射される。例えば、構造物２０は、窒化珪素等の窒化膜をパターニングすることによって形成される。このような屈折率差があることにより、構造物２０の中空部分に入射した光は、その中空部分における層間絶縁膜１６と構造物２０との界面（構造物２０の内周面）において全反射を繰り返してＰＤ１０に導かれる。一方、構造物２０の外周面に入射した光はここで全反射し、その構造物２０下方のＰＤ１０に入射する確率が低くなる。
【００２９】
層間絶縁膜１６上には、アルミニウム等の導電性材料からなる第一層配線Ｍ１が形成されている。第一層配線Ｍ１は層間絶縁膜１７に埋設される。第一層配線Ｍ１は、例えば、フローティングディフュージョンＦＤと信号読み出し回路Ｃとを接続する配線等を含む。
【００３０】
層間絶縁膜１７上には、アルミニウム等の導電性材料からなる第二層配線Ｍ２が形成されている。第二層配線Ｍ２は層間絶縁膜１８に埋設される。第二層配線Ｍ２は、例えば、ゲート電極ＴＧに接続される配線、リセットトランジスタのゲート電極に接続される配線、行選択トランジスタのゲート電極に接続される配線等を含む。
【００３１】
層間絶縁膜１８上には、アルミニウム等の導電性材料からなる第三層配線Ｍ３が形成されている。第三層配線Ｍ３は層間絶縁膜１９に埋設される。第三層配線Ｍ３は、例えば、リセットトランジスタ及び出力トランジスタに接続される電源線、行選択トランジスタに接続される信号出力線等を含む。第三層配線Ｍ３は、各ＰＤ１０以外の領域に光が入射するのを防止するための遮光膜としても機能する。なお、第三層配線Ｍ３を配線として機能させず、単なる遮光膜として設ける場合もある。
【００３２】
上記のように、積層された層間絶縁膜１６上の層間絶縁膜１７は第一層配線Ｍ１、層間絶縁膜１８は第二層配線Ｍ２、層間絶縁膜１９は第三層配線Ｍ３をそれぞれ含んで構成されている。また、これら層間絶縁膜１７，１８，１９は、層間絶縁膜１６と同じ材料によって構成されている。
【００３３】
以上のように構成された固体撮像素子１００によれば、ＰＤ１０上に筒状の構造物２０が設けられているため、配線Ｍ１〜Ｍ３やゲート電極ＴＧにおいて乱反射してＰＤ１０に向かう光は、主に構造物２０の外周面に入射し、ここで反射される。したがって、乱反射による光が各ＰＤ１０に入射する確率を減らすことができ、クロストークを抑制して、全てのＰＤ１０の感度の均一化を図ることができる。
【００３４】
近年の固体撮像素子は、微細化により、マイクロレンズ２３の焦点をＰＤ１０の最表面に合わせることが難しくなっている。この固体撮像素子１００によれば、層間絶縁膜１６〜１９からなる配線層においてＰＤ１０に最も近い位置に構造物２０が設けられている。このため、マイクロレンズ２３の焦点を半導体基板１４表面よりも多少上になるように設計しても、この焦点位置から放射される光の大部分を構造物２０の中空部分に入れることが可能になる。この結果、マイクロレンズ２３の焦点距離を短くしても、集光効率を十分に高めることが可能になる。
【００３５】
また、近年のＣＭＯＳイメージセンサは、微細化に伴ってＰＤ１０の大きさが小さくなっている。しかし、このＰＤ１０から電荷を読み出すためのゲート電極ＴＧについては、駆動電圧を確保するために、その面積を小さくするには限界がある。つまり、微細化が進んだＣＭＯＳイメージセンサにおいては、半導体基板１４表面におけるゲート電極ＴＧの占める面積が多くなる。ここで、ゲート電極ＴＧは、ポリシリコン等のように、波長によって光透過率の異なる材料によって構成されている。ポリシリコンは、長波長の光ほどよく透過する特性を持つ。
【００３６】
このため、固体撮像素子１００において筒状の構造物２０を設けない構成では、例えばゲート電極ＴＧがポリシリコンで構成されていた場合、Ｒカラーフィルタが積層されるＰＤ１０に隣接するＧカラーフィルタが積層されるＰＤ１０と、Ｂカラーフィルタが積層されるＰＤ１０に隣接するＧカラーフィルタが積層されるＰＤ１０とにおいて、斜め光による混色の発生度合いが変化する。この混色は、被写体の色によっても度合いが変化するため、補正が難しい。
【００３７】
固体撮像素子１００では、ゲート電極ＴＧと同一層に筒状の構造物２０が形成されている。つまり、ゲート電極ＴＧと筒状の構造物２０とが近接して配置されることになる。このため、光がゲート電極ＴＧ内を透過する際に生じる斜め光は、この構造物２０の外周面に入射しやすくなっている。したがって、あるＰＤ１０上方のカラーフィルタを透過し、ゲート電極ＴＧに入射されて生じた斜め光が、そのＰＤ１０の隣のＰＤ１０に入射する確率を減らすことができ、混色を抑制することができる。
【００３８】
また、筒状の構造物２０は、非導電性材料によって構成されているため、ゲート電極ＴＧと近接して配置されても、ゲート電極ＴＧとの間に寄生容量を生じることはない。このため、転送トランジスタの駆動電圧に影響を与えることはない。
【００３９】
また、筒状の構造物２０は、従来構造の光導波路とは異なり、幅に対して高さが小さくなっているため、層間絶縁膜１６を形成する前に完成させることができる。このように、筒状の構造物２０は一般的な導波路構造と比較してその製造が容易である。このため、固体撮像素子１００の低コスト化を実現することができる。
【００４０】
また、固体撮像素子１００は、２つのＰＤ１０でフローティングディフュージョンＦＤを共用する構成である。このため、１つのＰＤに対応して１つのフローティングディフュージョンを有する構成のＣＭＯＳイメージセンサと比較すると、図２に示したように、あるＰＤ１０と、それにフローティングディフュージョンＦＤを挟んで隣接するＰＤ１０に対応するゲート電極ＴＧとの距離が短くなる。つまり、２つのＰＤ１０でフローティングディフュージョンＦＤを共用する構成では、ゲート電極ＴＧに起因する混色が顕著に現れることになる。このため、筒状の構造物２０を設けることが特に有効となる。なお、１つのＰＤに対応して１つのフローティングディフュージョンを有する構成のＣＭＯＳイメージセンサであっても、本明細書に記載した課題は発生しうるため、本実施形態の内容を適用することは有効である。
【００４１】
本明細書における“筒状”には、円筒状のほか、楕円形状、多角筒状等も含まれる。図１の例では、構造物２０は四角筒状となっているが、例えば図３に示すように、円筒状としてもよい。
【００４２】
また、図４に例示したように、筒状の構造物２０の高さはゲート電極ＴＧの高さよりも大きくしておくことが好ましい。筒状の構造物２０は、非導電性材料で形成する必要があるため、ゲート電極ＴＧとは同時に形成できない。言い換えると、筒状の構造物２０の高さは自由に設計することができる。筒状の構造物２０の高さをゲート電極ＴＧの高さよりも高くすることで、集光効果と混色防止効果と感度均一化の効果をより強力に得ることができる。
【００４３】
また、図５に例示したように、筒状の構造物２０とゲート電極ＴＧは接触させても構わない。このようにすることで、ゲート電極ＴＧを透過した光がＰＤ１０に侵入する確率を更に低くすることができ、より強力に混色を防止することができる。
【００４４】
図６は、図２に示す断面の変形例を示す図である。
【００４５】
図６は、各ＰＤ１０上方の配線Ｍ１と同一層にも、構造物２０と同じ機能及び構造の筒状の構造物２０ａが設けられている点を除いては、図２と同じ構成である。
【００４６】
図６に示す構成によれば、配線Ｍ１〜Ｍ３で反射した光がＰＤ１０に入射するのを構造物２０ａによって更に防ぐことができる。このため、図２の構成と比較して、各ＰＤ１０における感度の均一化及び混色防止の効果を高めることができる。
【００４７】
図７は、図２に示す断面の変形例を示す図である。
【００４８】
図７は、各ＰＤ１０上方の配線Ｍ２と同一層にも、構造物２０と同じ機能を有する筒状の構造物２０ｂが設けられている点を除いては、図６と同じ構成である。
【００４９】
図７に示す構成によれば、配線Ｍ１〜Ｍ３で反射した光がＰＤ１０に入射するのを構造物２０ｂによって更に防ぐことができる。このため、図６の構成と比較して、各ＰＤ１０における感度の均一化及び混色防止の効果を高めることができる。
【００５０】
図８は、図２に示す断面の変形例を示す図である。
【００５１】
図８は、各ＰＤ１０上方の配線Ｍ３と同一層にも、構造物２０と同じ機能を有する筒状の構造物２０ｃが設けられている点を除いては、図７と同じ構成である。
【００５２】
図８に示す構成によれば、配線Ｍ１〜Ｍ３で反射した光がＰＤ１０に入射するのを構造物２０ｃによって更に防ぐことができる。このため、図７の構成と比較して、各ＰＤ１０における感度の均一化及び混色防止の効果を高めることができる。
【００５３】
なお、図６，７，８において構造物２０を省略した構成や、図７，８において構造物２０ａを省略した構成や、図８において構造物２０と、構造物２０ａ又は構造物２０ｂとを省略した構成のいずれの構成であっても、配線Ｍ１〜Ｍ３で乱反射する光がＰＤ１０に入射するのを防止する効果（感度均一化の効果）は得ることができる。
【００５４】
また、以上の説明では、層間絶縁膜１６〜１９がそれぞれ酸化膜であり、構造物２０ａ〜２０ｃがそれぞれ窒化膜であるものとしたが、これに限らない。例えば、層間絶縁膜１６〜１９をそれぞれ窒化膜とし、構造物２０ａ〜２０ｃをそれぞれ酸化膜としてもよい。また、構造物２０，２０ａ〜２０ｃは非導電性材料であればよく、窒化膜や酸化膜には限られない。
【００５５】
図９は、図２に示す断面の変形例を示す図である。
【００５６】
図９の例では、図８において、ＰＤ１０上方の構造物２０ｂ，２０ｃを削除し、特定位置のＰＤ１０上方のマイクロレンズ２３によって形成される光路を一部遮るよう、層間絶縁膜１６上にＰＤ１０の中心から偏心した位置に、遮光膜Ｍ４を配置している。
【００５７】
この遮光膜Ｍ４により、遮光膜Ｍ４下方のＰＤ１０は、この固体撮像素子が搭載される撮像装置の撮影レンズの瞳領域を通過する光束のうちの一方を受光するものとなる。固体撮像素子には、図９において遮光膜Ｍ４の位置を左右反転した画素も含まれる。そして、この遮光膜Ｍ４が設けられた一対の画素により、位相差情報を検出できるようになっている。このように、撮像と位相差検出との両方を行うことが可能な固体撮像素子であっても、図２〜図８で説明した構造物の配置例を適用することができる。ただし、遮光膜Ｍ４が配置される層には構造物は設けなくてもよい。
【００５８】
以上説明してきたように、本明細書には以下の事項が開示されている。
【００５９】
開示された固体撮像素子は、半導体基板内に二次元状に配置形成された複数の光電変換部と、上記複数の光電変換部の各々で発生した電荷に応じた信号を読み出す上記半導体基板に形成されたＭＯＳトランジスタにより構成される信号読み出し回路とを有する固体撮像素子であって、上記複数の光電変換部の各々の上方に形成され、各光電変換部に光を集光するマイクロレンズと、上記半導体基板と上記マイクロレンズとの間に形成され、配線が埋設される絶縁層と、上記マイクロレンズによって集光される光の光路の一部を取り囲むように上記絶縁層内に配置された筒状の構造物とを備え、上記筒状の構造物は、上記半導体基板表面に平行な方向の幅が上記半導体基板に垂直な方向の高さよりも大きいものであり、更に、上記筒状の構造物は、その周囲に形成される材料の屈折率と異なる屈折率を持つ非導電性材料で構成されているものである。
【００６０】
開示された固体撮像素子は、上記各光電変換部と上記各光電変換部に対応する上記マイクロレンズとの間にモザイク状に配置されたカラーフィルタと、上記半導体基板内に設けられ、かつ、上記信号読み出し回路と接続され、上記光電変換部に蓄積された電荷が転送される電荷蓄積部と、上記電荷蓄積部に上記光電変換部から電荷を転送するための上記絶縁層内に設けられる転送電極とを備え、上記転送電極は、入射する光の波長に応じて光の透過率が異なる材料によって構成されており、上記筒状の構造物は、上記転送電極と同一層に形成されているものである。
【００６１】
開示された固体撮像素子は、上記筒状の構造物の一部が上記転送電極と接触しているものである。
【００６２】
開示された固体撮像素子は、上記筒状の構造物の高さが上記転送電極よりも高くなっているものである。
【００６３】
開示された固体撮像素子は、上記絶縁層は、上記転送電極よりも上層に形成された配線を含む複数の層間絶縁膜が積層されてなり、上記筒状の構造物が、上記複数の層間絶縁膜の少なくとも１つに、上記マイクロレンズによって集光される光の光路の一部を取り囲んで更に配置されているものである。
【００６４】
開示された固体撮像素子は、上記電荷蓄積部が、複数の上記光電変換部に対応して１つ設けられているものである。
【００６５】
開示された固体撮像素子は、上記絶縁層は、酸化膜又は窒化膜によって構成され、上記筒状の構造物は、窒化膜又は酸化膜によって構成されるものである。
【００６６】
開示された撮像装置は、上記固体撮像素子を備えるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明の固体撮像素子とこれを備える撮像装置によれば、感度の均一化と高い集光効率を実現しながら高速駆動を行うことができる。【００６８】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１１年９月２７日出願の日本特許出願（特願２０１１−２１１３３７）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【符号の説明】
【００６９】
１００  固体撮像素子
１０  ＰＤ（フォトダイオード）
１４  半導体基板
１６  層間絶縁膜
２０  筒状の構造物
２３  マイクロレンズ
Ｃ  信号読み出し回路
【図１】
0005504382.tif 000002
【図２】
0005504382.tif 000003
【図３】
0005504382.tif 000004
【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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