(57)【要約】【課題】隣接する画素ペア間におけるクロストーク（混色）の発生を抑制する。【解決手段】１つのマイクロレンズ１１と、前記１つのマイクロレンズ１１の背後に配置された第１の画素１２Ｌと第２の画素１２Ｒを１組含んで構成される画素ペア１２である像面位相差画素とが、平面において縦方向と横方向に複数隣接して配置された固体撮像素子であって、各画素ペア１２において、第１の画素１２Ｌと第２の画素１２Ｒが隣接する境界領域に素子分離領域部１３が設けられており、前記素子分離領域部１３の最大ポテンシャルの位置が、前記素子分離領域部１３の端部付近の位置に設定されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つのマイクロレンズと、前記１つのマイクロレンズの背後に配置された第１の画素と第２の画素を１組含んで構成される画素ペアである像面位相差画素とが、平面において縦方向と横方向に複数隣接して配置された固体撮像素子であって、
各画素ペアにおいて、前記第１の画素と前記第２の画素が隣接する境界領域に素子分離領域部が設けられており、
前記素子分離領域部の最大ポテンシャルの位置が、前記素子分離領域部の端部付近の位置に設定されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記素子分離領域部は、平面形状が長尺帯状であり、
前記長尺帯状両端部付近の位置が、最大ポテンシャルの位置とされていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
画素ペアは、平面において前記素子分離領域部の長手方向が一致するように、複数隣接して配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記素子分離領域部のイオン注入工程では、最大ポテンシャルとなる部位に対しイオン注入する際のドーズ量を他の部位におけるドーズ量よりも少なくすることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
最大ポテンシャルとなる部位に対応する開口部が形成されたレジストパターンと、最大ポテンシャルとなる部位以外の前記素子分離領域部に対応する開口部が形成されたレジストパターンとを用いてイオン注入することを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
最大ポテンシャルとなる部位以外の前記素子分離領域部に対応する開口部が形成されたレジストパターンを用いてイオン注入し、最大ポテンシャルとなる部位にはイオン注入しないことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
最大ポテンシャルとなる部位に対応する位置に、前記素子分離領域部の最大ポテンシャルとなる部位以外の面積よりも小面積の開口部を有するレジストパターンを用いてイオン注入することを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記素子分離領域部を、平面形状が長尺帯状の形状とし、
最大ポテンシャルとなる部位に対応する位置において、前記長尺帯状形状スリットの両端部を幅狭として小面積の開口部を実現したレジストパターンを用いてイオン注入することを特徴とする請求項７に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
最大ポテンシャルとなる部位に対応する位置に対応して、複数の開口部が形成され、全体として小面積の開口部を実現したレジストパターンを用いてイオン注入することを特徴とする請求項７に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ＣＭＯＳイメージセンサなどによって構成される固体撮像素子に関するものであり、更に詳しくは、位相差検出方式によるＡＦ（オートフォーカス）処理のための機構を備える固体撮像素子及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記のような固体撮像素子においては、クロストークや混色が課題であり、これについては例えば、特許文献１、２に、その課題と解決手段が開示されている。
【０００３】
特許文献１には、位相差検出用画素のマイクロレンズを縮小、シフトしたことによる隣接画素の受光量の増加を防止することにより、混色や感度ムラを防止する固体撮像素子が開示されている。
【０００４】
具体的には、固体撮像素子１１は、第２のマイクロレンズＬ２及び第３のマイクロレンズＬ３の周辺に形成された隙間部分に、ダミーマイクロレンズ２１が形成されているという構成を有する。更に、このダミーマイクロレンズ２１が、マイクロレンズＬ１を形成する際にその直径方向への広がりに対してストッパとしての役割を果たすため、マイクロレンズＬ１は、本来形成されるべき形状で形成されるという構成を備える。したがって、本来形成されるべき形状よりも外側の部分に入射した光ａは、フォトダイオードＰＤに集光されることがなくなり、その結果、ダミーマイクロレンズ２１の隣接画素の受光量の増加を防止することができる、というものである。
【０００５】
特許文献２には、電子カメラに組み込まれて使用される固体撮像素子において、信号量の減少を抑制しつつ、瞳分割性能を向上させて焦点検出精度を高めるという課題を解決する固体撮像素子が開示されている。
【０００６】
この特許文献２に開示の固体撮像素子は、右の瞳からの光だけを検出する焦点検出用画素２Ａは、電荷蓄積部２７Ａの右半分の直上にゲート酸化膜２９を介して光学多層膜２１Ａが形成されている。更に、左の瞳からの光だけを検出する焦点検出用画素２Ｂは、電荷蓄積部２７Ｂの左半分の直上にゲート酸化膜２９を介して光学多層膜２１Ｂが形成されている。これにより、瞳分割位相差方式による焦点検出に際して、信号量が減少してしまう事態を回避すると同時に、クロストークの発生を抑制することができるというものである。この引用文献２に記載の発明によると、焦点検出用画素はその半分に遮光部材（光学多層膜）が形成されているため焦点検出用画素自体の感度が低下するという問題がある。また、この引用文献２に記載の固体撮像素子は、本願発明のものと像面位相差画素の構造が異なるものであり、単純に先行技術と呼べるものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−４９４７２号公報
【特許文献２】特開２００９−９９８１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のような従来の固体撮像素子に対し、１つのマイクロレンズと、上記１つのマイクロレンズの背後に配置された１組の像面位相差画素を含んで構成される画素ペアを複数備える固体撮像素子は、以下のようなクロストークに関する問題がある。
【０００９】
図１、図２及び図３（ａ）に示されるように、１つのマイクロレンズ１０１と、上記１つのマイクロレンズ１０１の背後に配置された第１の画素１０２Ｌと第２の画素１０２Ｒを１組含む画素ペア１０２で構成する像面位相差画素と、を備える固体撮像素子が知られている。
【００１０】
１組の第１の画素１０２Ｌと第２の画素１０２Ｒは、それぞれ、底部と側壁部に素子分離領域部１０３が設けられている。１組の第１の画素１０２Ｌと第２の画素１０２Ｒの上面と素子分離領域部１３の上面は同じ高さとされている。平面の上記画素ペア１０２の周縁部を囲繞するように周縁部遮光膜１０６が配置されている。この周縁部遮光膜１０６は、例えば同一幅に形成されている。
【００１１】
図３（ａ）に示す素子分離領域部１０３の最左下位置の角を距離０のポイントとして隣接する２ペアの画素ペア１０２における素子分離領域部１０３のポテンシャル分布を、図３（ｂ）に示す。１つの画素ペア１０２における素子分離領域部１０３の長手方向中央部が最大ポテンシャルＭＰとなるように構成されている。
【００１２】
このような構成の固体撮像素子において、縦方向に隣接する２ペアにおいて、一方の素子分離領域部１０３へ入射した光ｌによって図３に示されるように電子ｅが生成される。この電子ｅが他方の画素ペア１０２に到達し、クロストーク（混色）が生じるという問題がある。
【００１３】
本発明はこのような固体撮像素子が有する問題を解決せんとしてなされたもので、その目的は、隣接する画素ペア間におけるクロストーク（混色）の発生を抑制することが可能な固体撮像素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る固体撮像素子は、１つのマイクロレンズと、前記１つのマイクロレンズの背後に配置された第１の画素と第２の画素を１組含んで構成される画素ペアである像面位相差画素とが、平面において縦方向と横方向に複数隣接して配置された固体撮像素子であって、各画素ペアにおいて、前記第１の画素と前記第２の画素が隣接する境界領域に素子分離領域部が設けられており、前記素子分離領域部の最大ポテンシャルの位置が、前記素子分離領域部の端部付近の位置に設定されていることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る固体撮像素子では、前記素子分離領域部は、平面形状が長尺帯状であり、前記長尺帯状両端部付近の位置が、最大ポテンシャルの位置とされていることを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る固体撮像素子では、画素ペアは、平面において前記素子分離領域部の長手方向が一致するように、複数隣接して配置されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、前記素子分離領域部のイオン注入工程では、最大ポテンシャルとなる部位に対しイオン注入する際のドーズ量を他の部位におけるドーズ量よりも少なくすることを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、最大ポテンシャルとなる部位に対応する開口部が形成されたレジストパターンと、最大ポテンシャルとなる部位以外の前記素子分離領域部に対応する開口部が形成されたレジストパターンとを用いてイオン注入することを特徴とする。
【００１９】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、最大ポテンシャルとなる部位以外の前記素子分離領域部に対応する開口部が形成されたレジストパターンを用いてイオン注入し、最大ポテンシャルとなる部位にはイオン注入しないことを特徴とする。
【００２０】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法では、最大ポテンシャルとなる部位に対応する位置に、前記素子分離領域部の最大ポテンシャルとなる部位以外の面積よりも小面積の開口部を有するレジストパターンを用いてイオン注入することを特徴とする。
【００２１】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法では、前記素子分離領域部を、平面形状が長尺帯状の形状とし、最大ポテンシャルとなる部位に対応する位置において、前記長尺帯状形状スリットの両端部を幅狭として小面積の開口部を実現したレジストパターンを用いてイオン注入することを特徴とする。
【００２２】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、最大ポテンシャルとなる部位に対応する位置に対応して、複数の開口部が形成され、全体として小面積の開口部を実現したレジストパターンを用いてイオン注入することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、前記素子分離領域部の最大ポテンシャルの位置が、前記素子分離領域部の端部付近の位置に設定されているので、隣接する画素ペア間におけるクロストーク（混色）の発生を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来例に係る固体撮像素子の平面図。
【図２】周縁部遮光膜を設けた従来例に係る固体撮像素子の平面図。
【図３】図３（ａ）は図２のＩ−Ｉ断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示した素子分離領域部のポテンシャル分布を示す図。
【図４】本発明に係る固体撮像素子の実施形態の平面図。
【図５】本発明に係る固体撮像素子の、周縁遮光膜を設けた実施形態の平面図。
【図６】図５のＡ−Ａ断面図。
【図７】本発明に係る固体撮像素子の実施形態のカラーフィルタの配列を示す平面図。
【図８】図８（ａ）は図５のＢ−Ｂ断面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）に示した素子分離領域部のポテンシャル分布を示す図。
【図９】本発明に係る固体撮像素子の製造方法における第１の実施形態において用いるレジストパターンの平面図。
【図１０】本発明に係る固体撮像素子の製造方法における第２の実施形態において用いるレジストパターンの平面図。
【図１１】本発明に係る固体撮像素子の製造方法における第３の実施形態のその１において用いるレジストパターンの平面図。
【図１２】本発明に係る固体撮像素子の製造方法における第３の実施形態のその２において用いるレジストパターンの平面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下添付図面を参照して、本発明に係る固体撮像素子の実施形態を説明する。各図において同一の構成要素には同一の符号を付して重複する説明を省略する。図４に、本発明に係る固体撮像素子の実施形態の平面図を示し、図５に、本発明に係る固体撮像素子の周縁部遮光膜を設けた実施形態の平面図を示し、図６に、Ａ−Ａ断面図を示し、図８（ａ）にＢ−Ｂ断面図を示す。本実施形態に係る固体撮像素子は、ＣＭＯＳイメージセンサなどによって構成され、１つのマイクロレンズ１１と、上記１つのマイクロレンズ１１の背後に配置された第１の画素（フォトダイオード）１２Ｌと第２の画素（フォトダイオード）１２Ｒを１組含んで構成される画素ペア１２である像面位相差画素とが、平面において縦方向と横方向に複数隣接して配置されている。図４、図５においては、縦方向に隣接する２つの画素ペア１２を示している。全ての画素ペア１２の第１の画素１２Ｌと第２の画素１２Ｒは、例えば、撮像処理前のＡＦ処理の際には像面位相差画素として用いられ、撮像処理の際には同じく全ての画素ペア１２の第１の画素１２Ｌと第２の画素１２Ｒが撮像素子として用いられる。
【００２６】
１組の第１の画素１２Ｌと第２の画素１２Ｒは、それぞれ、その底部と側壁部に素子分離領域部１３が設けられている。１組の第１の画素１２Ｌと第２の画素１２Ｒの上面と素子分離領域部１３の上面は同じ高さとされている。
【００２７】
１つのマイクロレンズ１１と１組の第１の画素１２Ｌと第２の画素１２Ｒとの間には、平坦化層１４が設けられている。平坦化層１４内の上側の位置には、１組の第１の画素１２Ｌと第２の画素１２Ｒの表面領域を覆う大きさのカラーフィルタ１５が介装されている。即ち、上記１つのマイクロレンズ１１と上記１組の第１の画素１２Ｌ、第２の画素１２Ｒとの間に、１つのカラーフィルタが介装されている
【００２８】
各画素ペア１２のカラーフィルタ１５の色は、全画素ペアについて図７に示すようにベイヤー配列とすることができる。図７において、Ｒは赤色を透過させるカラーフィルタを示し、Ｇは緑色を透過させるカラーフィルタを示し、Ｂは青色を透過させるカラーフィルタを示す。ベイヤー配列は一例に過ぎない。
【００２９】
平面の上記画素ペア１２の周縁部を囲繞するように周縁部遮光膜１６が配置されている。この周縁部遮光膜１６は、遮光膜のみの平面図である図５に示すように、いずれの位置においても同一幅に形成されている。
【００３０】
以上の如くの本発明の実施形態に係る固体撮像素子では、図８（ａ）に示す素子分離領域部１０３の最左下位置の角を距離０の位置を始点として、縦方向に隣接する２ペアの画素ペア１２における素子分離領域部１３の各位置のポテンシャル分布を図８（ｂ）に示す。即ち、素子分離領域部１３の最大ポテンシャルの位置が、画素ペア１２の素子分離領域部１３の端部付近の位置に設定されている。
【００３１】
上記素子分離領域部１３は、平面形状が長尺帯状であり、上記長尺帯状両端部付近の位置が、最大ポテンシャルの位置とされている。
【００３２】
画素ペア１２は、平面において上記素子分離領域部１３の長手方向が一致するように、複数隣接して配置されている。１つの画素ペア１２の素子分離領域部１３と、上記１つの画素ペア１２と縦方向に隣接する画素ペア１２の素子分離領域部１３とは、１直線状に配置されている。
【００３３】
上記のように素子分離領域部１３のポテンシャル分布が設定されているため、図８（ａ）に示すように、一方の画素ペア１２のマイクロレンズ１１から素子分離領域部１３へ向かって光ｌが入射して光電変換により電子ｅが発生する。しかしながら、画素ペア１２の素子分離領域部１３の端部が最大ポテンシャルとなっているため、画素ペア１２間の境界において上記電子ｅは隣接するもう一方の画素ペア１２の素子分離領域部１３方向へ進行することなく、クロストーク（混色）を抑制することができる(図８、図４)。
【００３４】
上記の最大ポテンシャル位置による効果を説明すると、次のようである。最大ポテンシャル位置では、この場所の電界が強くなる。そこで、画素ペア１２の素子分離領域部１３において発生した電子ｅは、自側の画素ペア１２の素子分離領域部１３の端部の最大ポテンシャル位置（強電界領域）へ進み、他側（隣接する側）の画素ペア１２の領域へ侵入することはない。このように、上記電子ｅは、隣接側の画素ペア１２の方向へ移動することはなく、クロストークの発生を抑制できることになる。
【００３５】
以上のような構成の固体撮像素子は、前記素子分離領域部１３のイオン注入工程では、最大ポテンシャルとなる部位に対しイオン注入する際のドーズ量を他の部位におけるドーズ量よりも少なくすることによって実現される。
【００３６】
具体的には、第１の実施形態では、図９（ａ）に示すように、素子分離領域部１３が最大ポテンシャルとなる部位１３Ｍとそれ以外の部位１３Ｆに分かれているとする。そこで、最大ポテンシャルとなる部位１３Ｍに対応する開口部２１が形成されたレジストパターン２０（図９（ｂ））と、最大ポテンシャルとなる部位以外の上記素子分離領域部である部位１３Ｆに対応する開口部３１が形成されたレジストパターン３０（図９（ｃ））とを用いてイオン注入する。レジストパターン２０を用いたイオン注入の際には、レジストパターン３０を用いたイオン注入時よりもドーズ量を少なくする。
【００３７】
第２の実施形態では、最大ポテンシャルとなる部位以外の前記素子分離領域部である部位１３Ｆに対応する開口部４１が形成されたレジストパターン４０（図１０）を用いてイオン注入し、最大ポテンシャルとなる部位１３Ｍにはイオン注入しないものとする。
【００３８】
第３の実施形態では、最大ポテンシャルとなる部位１３Ｍに対応する位置の開口部の面積を、前記素子分離領域部１３の最大ポテンシャルとなる部位１３Ｍ以外の部位１３Ｆの面積よりも小面積の開口部としたレジストパターンを用いてイオン注入する。
【００３９】
第３の実施形態の第１では、上記素子分離領域部１３を、平面形状が長尺帯状の形状とする。最大ポテンシャルとなる部位に対応する位置において、前記形状の幅を最大ポテンシャルとなる部位以外に対応する部位のスリット５１（開口部）より幅狭として小面積の開口部を実現した（図１１）。本実施形態では、レジストパターン５０を用いてイオン注入する。レジストパターン５０のスリット５１はスリット５２と連続しており、幅狭のスリット５２の部位が最大ポテンシャルとなる部位に対応する。
【００４０】
第３の実施形態の第２では、最大ポテンシャルとなる部位に対応する位置に対応して、図１２に示すように複数の開口部６２が形成され、全体として素子分離領域部１３の最大ポテンシャルとなる部位以外に対応する部位１３Ｆの面積よりも小面積の開口部を実現したレジストパターン６０を用いてイオン注入する。
【００４１】
以上の如くの本発明の第１の実施形態に示したレジストパターン２０と３０、第２の実施形態に示したレジストパターン４０、第３の実施形態のその１に示したレジストパターン５０、第３の実施形態に示したレジストパターン６０を用いてイオン注入を行うことにより、素子分離領域部１３の最大ポテンシャルの位置が、上記素子分離領域部１３の端部付近の位置に設定することができる。なお、上記のレジストパターン２０、３０、４０、５０、６０は、固体撮像素子のイオン注入工程において用いるレジストパターンの、１つの画素ペアに対応する部分を示している。
【符号の説明】
【００４２】
１１  マイクロレンズ
１２  画素ペア
１２Ｌ  第１の画素
１２Ｒ  第２の画素
１３  素子分離領域部
１３Ｆ  部位
１３Ｍ  部位
１４  平坦化層
１５  カラーフィルタ
１６  周縁部遮光膜
２０、３０、４０、５０、６０  レジストパターン
２１、３１、４１、６２  開口部
５１、５２、６１  スリット
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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