(57)【要約】【課題】  画素アレイ部の周縁部で顕著となるシェーディング効果を抑制して画素アレイ部全体で均一な感度を得る。【解決手段】  固体撮像素子の画素アレイ部上に配置される多層配線の最上層に配線膜兼用の遮光膜を設けた構造において、この遮光膜の開口パターンを画素アレイ部の中心領域から周縁領域にかけて、徐々に開口径が大きくなる（すなわち、配線幅が狭くなる）ように形成する。これにより、画素アレイ部の中心領域の画素では小さい開口で入射光を画素に導く一方、画素アレイ部の周縁領域では大きい開口で入射光を画素に導くことにより、シェーディング効果を有効に補正することが可能となる。【選択図】        図３
2006229004.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素より構成される画素アレイ部を形成した半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられる複数層の配線膜及び絶縁膜を含む上部積層膜と、
前記上部積層膜上に設けられるマイクロレンズとを有し、
前記上部積層膜は画素アレイ部の各画素に対応する開口パターンを有する遮光膜を有し、前記遮光膜の開口パターンが画素アレイ部内での画素の位置に応じて異なる開口径を有する、
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記遮光膜の開口パターンは、画素アレイ部の中心領域の画素では小さい開口径を有し、画素アレイ部の周縁領域の画素では大きい開口径を有していることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記遮光膜は配線膜を兼用していることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記遮光膜は前記上層積層膜の最上層の配線膜を兼用していることを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記遮光膜は前記上層積層膜の複数層の配線膜の上層に設けられていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換部を形成した半導体基板上に複数層の配線膜や絶縁膜等を配置した上部積層膜を設けて構成される固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、例えばＣＭＯＳイメージセンサのような固体撮像素子では、光電変換部（フォトダイオード）等を設けた半導体基板上に、配線膜（遮光膜）や絶縁膜のような各種の膜を多層状に配置した構造となっている。
そして、このような固体撮像素子を例えば携帯電話機に搭載するために小型化した場合、必然的にレンズの瞳距離が短くなり、２次元配列された複数の画素による画素アレイ部の撮像面、特に画素アレイ部の周縁部に入射する光の斜め成分が増大する。
このため画素単位で考えた場合、光の進入角度が大きければ大きくなるほど、配線等に光が遮られ、受光面に直接入射する光量は減少する。これにより、シェーディング効果が大きくなり、画質を高いレベルで維持することが困難になる。
そこで従来は、固体撮像素子の上部積層膜の配線パターンを下層から上層にかけて一定の縮小率をもって形成することで斜め光に対応する、いわゆる配線瞳補正等の方法が採用されている。
（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−２２９１８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の配線瞳補正では、配線パターンに一定の縮小率をかける方法であるため、１つの配線膜については均一の配線幅で形成されており、遮光膜のパターンについても各画素の対応して均一の開口径で形成されていることから、各画素に対応した十分な補正効果を得ることは困難であった。
一方、近年では、ますます素子の微細化が進み、画素単位のアスペクト比（フォトダイオードの開口面積と深さの比）が増大する傾向から、上述のような配線瞳補正の方法では補正効果が不十分であり、さらに有効な方法が求められている。
【０００４】
そこで本発明は、画素アレイ部の各画素において斜め入射光を有効に制御でき、特に画素アレイ部の周縁部で顕著となるシェーディング効果を抑制して、画素アレイ部全体で均一な感度を得ることができる固体撮像素子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】
【０００５】
上述の目的を達成するため、本発明の固体撮像素子は、複数の画素より構成される画素アレイ部を形成した半導体基板と、前記半導体基板上に設けられる複数層の配線膜及び絶縁膜を含む上部積層膜と、前記上部積層膜上に設けられるマイクロレンズとを有し、前記上部積層膜は画素アレイ部の各画素に対応する開口パターンを有する遮光膜を有し、前記遮光膜の開口パターンが画素アレイ部内での画素の位置に応じて異なる開口径を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の固体撮像素子によれば、画素アレイ部上に配置される遮光膜の開口パターンが画素アレイ部内での画素の位置に応じて異なる開口径を有することにより、この開口径の変化によって各画素における斜め入射光を有効に制御することが可能となり、特に画素アレイ部の周縁部で顕著となるシェーディング効果を抑制して、画素アレイ部全体で均一な感度を得ることができる。
また、遮光膜の開口パターンとしては、例えば画素アレイ部の中心領域の画素では小さい開口径を有し、画素アレイ部の周縁領域の画素では大きい開口径を有するものとすることにより、画素アレイ部の周縁領域側の画素に対し、より有効に斜め光が入射するようにし、特に画素アレイ部の周縁部で顕著となるシェーディング効果を抑制して、画素アレイ部全体で均一な感度を得ることができる。
【０００７】
また、遮光膜は配線膜を兼用していることにより、配線層を増加することなく、シェーディング効果を抑制することができる。さらに、この場合、遮光膜を上層積層膜の最上層の配線膜で兼用することにより、デザインルールの緩い最上層の配線兼用遮光膜のパターン変形によってシェーディング効果の抑制を図ることができ、必要な開口パターンを容易かつ自在に作成できる効果がある。
なお、遮光膜は必ずしも配線膜との兼用である必要はなく、例えば、上層積層膜の複数層の配線膜の上層に設けられる遮光膜を用いて、開口パターンによるシェーディング効果の抑制を図ることも可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の実施の形態では、固体撮像素子の画素アレイ部上に配置される多層配線の最上層に配線膜兼用の遮光膜を設けた構造において、この遮光膜の開口パターンを画素アレイ部の中心領域から周縁領域にかけて、徐々に開口径が大きくなる（すなわち、配線幅が狭くなる）ように形成する。
これにより、画素アレイ部の中心領域の画素では小さい開口で入射光を画素に導く一方、画素アレイ部の周縁領域では大きい開口で入射光を画素に導くことにより、シェーディング効果を有効に補正することが可能となる。
特に、最上層の配線兼用遮光膜は、下層の配線膜に比べてデザインルール上の条件が緩く、配線幅の修正マージンが大きいため、比較的自由に配線幅やプラグ形状の変形が可能であることから、シェーディング効果を抑制するのに必要な開口パターン形状を容易に作成することが可能であり、顕著な効果が得られるものである。
なお、画素アレイ部以外の領域（周辺回路部）における配線膜（遮光膜）パターンは従来と同様の形状に形成でき、特に修正は不要である。
【実施例１】
【０００９】
図１は本発明の実施例による固体撮像素子の概要を示す平面図であり、ＣＭＯＳイメージセンサの例を示している。
図１に示すように、本実施例のイメージセンサは、半導体チップ１００上に構成されており、半導体チップ１００のほぼ中央部に形成される画素アレイ部１１０と、その外側に形成された周辺回路部１２０とを有する。画素アレイ部１１０は、それぞれフォトダイオード等の光電変換部とその読み出し回路とを含む複数の画素が２次元方向に配列されており、各画素によって検出した画素信号を順次出力するものである。なお、各画素内の読み出し回路には、種々の方式が実用されているが、例えば光電変換部の信号電荷をフローティングデフュージョン部に転送する転送トランジスタ、この転送トランジスタによって転送された信号電荷を増幅して電圧信号や電流信号に変換する増幅トランジスタ、読み出し画素を選択する選択トランジスタ、フローティングデフュージョン部の信号電荷を定期的にリセットするリセットトランジスタ等が設けられている。
一方、周辺回路部には、画素アレイ部の動作を制御する駆動回路や、画素アレイ部から読み出された画素信号に所定のノイズ処理や信号処理を施して出力する種々の処理回路が搭載されている。
【００１０】
また、図２及び図３は図１に示す固体撮像素子の画素構造を示す断面図であり、図２は画素アレイ部の中心領域の画素を示し、図３は画素アレイ部の周縁領域の画素を示している。なお、図２および図３において、矢印Ｌは各画素に入射する光を示している（便宜上、１個のマイクロレンズの周縁から入射した平行線を示している）。
図示のように、半導体基板２００の上層部には光電変換部２１０等が設けられ、その上面には図示しないゲート絶縁膜やゲート電極が設けられ、その上層に３層の層間絶縁膜２２１、２２２、２２３を介して多層配線を構成素する３層の配線膜２３１、２３２、２３３が設けられている。なお、半導体基板２００内の各素子及び各配線膜２３１、２３２、２３３はビアプラグ２４０やコンタクトプラグ（図示せず）等により接続されている。
そして、最上層の配線膜２３３は配線兼用の遮光膜として用いられており、例えばＡｌ等で形成される。そして、この遮光膜２３３の上には絶縁膜２２４を介してパッシベーション膜２５０が設けられ、その上にカラーフィルタ２６０を介してマイクロレンズ２７０が配置されている。
【００１１】
そして、図示のように、配線兼用遮光膜２３３は、画素アレイ部内の画素の位置に応じて異なるパターンになっており、例えば図２に示す中心領域の画素では、他の配線膜２３１、２３２と同様の線幅で開口パターンを形成するようになっているが、図３に示す周縁領域の画素では、他の配線膜２３１、２３２よりも小さい線幅で開口パターンを形成するようになっている。
なお、本実施例の説明では、図２及び図３に画素アレイ部の中心領域の画素と周縁領域の画素の２つだけを示しているが、画素アレイ部の中心領域から周縁領域にかけて徐々に線幅を縮小して形成するようにしてもよいし、あるいは段階的に線幅を縮小して形成するようにすることも可能である。
【００１２】
上述のような多層配線を作成する場合、まず始めに、従来と同様の方法によって形成した配線膜材の積層膜上にフォトリソグラフィー工程、ドライエッチング工程を用いて配線パターンを形成する。その後、基板表面の全面を被覆するように常圧ＣＶＤ法により層間絶縁膜を成膜し、ＣＭＰ法による平坦化工程を行い、層間絶縁膜を平坦化し、上層の配線膜の形成工程に移行する。
そして、このような配線パターンの形成工程において、主に遮光膜として使用されている配線膜材のマスク作成時に、予め画素アレイ部の中央部から周縁部に向かって、徐々に配線幅が細くなるよう（周縁部に向かって開口径が拡大するように）にレイアウトする。
【００１３】
以上のように本実施例では、図３に示すように、遮光膜の配線幅を画素アレイ部の周縁部にて中央部より細く形成することにより、周縁画素の開口部が拡大され、例えば図中Ｌで示すように、斜め光の配線膜による反射が低減され、感度向上やシェーディングの抑制を期待できる。
特に本実施例では、比較的デザインルールの緩い最上層の配線兼用遮光膜のパターンを調整してシェーディングの抑制を図ることから、必要なパターンを容易に得ることができる。ただし、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、例えば配線膜を兼ねない遮光膜のパターンを調整する構成も可能であるし、実質的に遮光機能を有する下層の配線膜のパターンを調整してシェーディングの抑制に用いるような構成も可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例による固体撮像素子の概要を示す平面図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子の画素アレイ部の中心領域の画素構造を示す断面図である。
【図３】図１に示す固体撮像素子の画素アレイ部の周縁領域の画素構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１００……半導体チップ、１１０……画素アレイ部、１２０……周辺回路部、２００……半導体基板、２１０……光電変換部、２２１、２２２、２２３、２２４……絶縁膜、２３１、２３２、２３３……配線膜、２４０……ビアプラグ、２５０……パッシベーション膜、２６０……カラーフィルタ、２７０……マイクロレンズ。
【図１】
2006229004.tif 000003
【図２】
2006229004.tif 000004
【図３】
2006229004.tif 000005