(57)【要約】【課題】  斜めに入射された光によるノイズを効果的に低減することができる固体撮像素子を提供する。【解決手段】  フォトダイオード（ＰＤ）１１の受光面を除く領域を遮光する遮光層２７は、各ＰＤ１１に対して凹部が形成されるとともに該凹部の底面に受光窓２８が形成されている。この遮光層２７の凹部の表面には、光拡散層２９が設けられている。光拡散層２９は、光軸Ｌに対してほぼ平行な入射光の光路外に設けられており、マイクロレンズ３３の光軸Ｌに対して斜めに入射された光を拡散させる。なお、光拡散層２９に代えて、遮光層２７の凹部の表面に光吸収層を設けても良い。この光吸収層は、光軸Ｌに対して斜めに入射された光を吸収する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換を行う複数のフォトダイオードと、前記各フォトダイオードに対して凹部が形成されるとともに該凹部の底面に受光窓が形成された遮光層と、を備えた固体撮像素子において、
前記凹部の表面に光拡散層が設けられていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記各フォトダイオードに対して光学レンズが設けられており、前記光拡散層は、前記光学レンズの光軸に対してほぼ平行な入射光の光路外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。
【請求項３】
前記光拡散層は、前記遮光層上の構成物質に、無機物微粒子または有機物微粒子を混在させたものであることを特徴とする請求項２記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記遮光層上の構成物質は、ＢＰＳＧであ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】
光電変換を行う複数のフォトダイオードと、前記各フォトダイオードに対して凹部が形成されるとともに該凹部の底面に受光窓が形成された遮光層と、を備えた固体撮像素子において、
前記凹部の表面に光吸収層が設けられていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項６】
前記各フォトダイオードに対して光学レンズが設けられており、前記光吸収層は、前記光学レンズの光軸に対してほぼ平行な入射光の光路外に設けられていることを特徴とする請求項５記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記光吸収層は、前記遮光層上の構成物質に、無機物微粒子または有機物微粒子を混在させたものであることを特徴とする請求項６記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記遮光層上の構成物質は、ＢＰＳＧであることを特徴とする請求項７記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記遮光層の下には、前記フォトダイオードに蓄積された信号電荷を垂直ＣＣＤに読み出して垂直転送させる転送電極が設けられていることを特徴とする請求項１ないし８いずれか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、ＣＣＤ（charge coupled device）イメージセンサ等の固体撮像素子に関し、特に、ノイズを低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤイメージセンサ等の固体撮像素子では、スミアと呼ばれるノイズが発生する。スミアは、垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）に不要電荷が混入することによるものであり、その不要電荷の発生メカニズムにはいくつかの種類が存在するが、特に、図５に示すように、マイクロレンズ３３の光軸Ｌに対して斜めに入射された光が遮光層２７の凹部の側面によって反射され、遮光層２７の受光窓（開口）２８が形成された縁部下から絶縁層２５を透過してＶＣＣＤ１３へ侵入することによるものが典型的である。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１では、遮光層２７の縁部と絶縁層２５との界面に凹凸を形成することにより、侵入する光を乱反射させてＶＣＣＤ１３への光の侵入量を減らし、スミアを低減しようとしている。
【特許文献１】特開平１０−１３５４３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１記載の固体撮像素子は、遮光層の縁部下への光の侵入そのものを防止するものではないため、対策として充分であるとは言えない。
【０００５】
本発明は、斜めに入射された光によるノイズを効果的に低減す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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像素子は、光電変換を行う複数のフォトダイオードと、前記各フォトダイオードに対して凹部が形成されるとともに該凹部の底面に受光窓が形成された遮光層と、を備えた固体撮像素子において、前記凹部の表面に光拡散層が設けられていることを特徴とする。前記光拡散層により、ノイズの要因となる斜め入射光が拡散される。
【０００７】
なお、前記各フォトダイオードに対して光学レンズが設けられており、前記光拡散層は、前記光学レンズの光軸に対してほぼ平行な入射光の光路外に設けられていることが好ましい。
【０００８】
また、前記光拡散層は、前記遮光層上の構成物質に、無機物微粒子または有機物微粒子を混在させたものであることが好ましい。前記遮光層上の構成物質は、ＢＰＳＧであることが好ましい。
【０００９】
また、上記目的を達成するために、光電変換を行う複数のフォトダイオードと、前記各フォトダイオードに対して凹部が形成されるとともに該凹部の底面に受光窓が形成された遮光層と、を備えた固体撮像素子において、前記凹部の表面に光吸収層が設けられていることを特徴とする。前記光吸収層により、ノイズの要因となる斜め入射光が吸収される。
【００１０】
なお、前記各フォトダイオードに対して光学レンズが設けられており、前記光吸収層は、前記光学レンズの光軸に対してほぼ平行な入射光の光路外に設けられていることが好ましい。
【００１１】
また、前記光吸収層は、前記遮光層上の構成物質に、無機物微粒子または有機物微粒子を混在させたものであることが好ましい。前記遮光層上の構成物質は、ＢＰＳＧであることが好ましい。
【００１２】
また、前記遮光層の下には、前記フォトダイオードに蓄積された信号電荷を垂直ＣＣＤに読み出して垂直転送させる転送電極が設けられていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の固体撮像素子は、光電変換を行う複数のフォトダイオードと、前記各フォトダイオードに対して凹部が形成されるとともに該凹部の底面に受光窓が形成された遮光層と、を備えた固体撮像素子において、前記凹部の表面に、光拡散層または光吸収層が設けられているので、斜めに入射された光を拡散または吸収し、ノイズを効果的に低減することができる。
【００１４】
また、光拡散層および光吸収層は、光学レンズの光軸に対してほぼ平行な入射光の光路外に設けられているので、入射光の受光効率を低下させずにノイズ低減を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１において、ＣＣＤイメージセンサ１０は、主として、２次元状に配列されたフォトダイオード（ＰＤ）１１と、各ＰＤ１１に設けられた読み出し転送ゲート（ＴＧ）１２と、ＰＤ１０の垂直列毎に設けられた垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）１３と、各ＶＣＣＤ１３の最終段に共通に接続された水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）１４と、ＨＣＣＤ１４の最終段に接続された出力アンプ１５とによって構成されている。
【００１６】
ＰＤ１１は、入射光を受光して光電変換を行い、入射光の光量に応じた信号電荷を生成して蓄積する。ＴＧ１２は、ＰＤ１１に蓄積された信号電荷を露光期間終了後にＶＣＣＤ１３に転送する。ＶＣＣＤ１３は、ＰＤ１１からＴＧ１２を介して転送された信号電荷を受け取り、ＨＣＣＤ１４に向けて一段ずつ垂直転送を行う。ＨＣＣＤ１４は、ＶＣＣＤ１３の最終段から出力される信号電荷を一段ずつ受け取り、一段分の信号電荷を受け取るたびに出力アンプ１５に向けて水平転送を行う。出力アンプ１５は、ＨＣＣＤ１４の最終段から出力される信号電荷を検出し、電荷量に応じた電気信号（電圧）を外部に出力する。
【００１７】
図１のＡ−Ａ線に沿う断面を示す図２において、ｎ型半導体基板２０上には、ｐ型ウェル層２１が形成されている。ｐ型ウェル層２１内には、信号電荷としての電子を蓄積するｎ型層２２が形成されており、ｎ型層２２の上には正孔を蓄積するｐ+型層２３が形成されている。ＰＤ１１は、ｎ型半導体基板２０上のｐｎｐｎ接合により構成された、いわゆる埋め込み型フォトダイオードとなっている。
【００１８】
また、ｐ型ウェル層２１の表層にはｎ型層２４が形成されており、ｎ型層２４はｎ型層２２と、ｐ型ウェル層２１またはｐ+型層２３によって分離されている。ＴＧ１２は、ｎ型層２２，２４間のｐ型ウェル層２１によって構成され、ＶＣＣＤ１３は、ｎ型層２４によって構成されている。ｎ型層２４の上方に絶縁層２５を介して形成された転送電極２６は、ｎ型層２２，２４間のｐ型ウェル層２１上にも延在しており、ＴＧ１２におけるｎ型層２２からｎ型層２４への信号電荷の読み出し転送、およびＶＣＣＤ１３における信号電荷の垂直転送を制御する。なお、絶縁層２５はＳｉＯ2などからなり、転送電極２６はポリシリコンやアルミニウムなどからなる。
【００１９】
転送電極２６の周囲を覆う絶縁層２５の上には、各ＰＤ１１の受光面を除く領域を遮光する遮光層２７がタングステンやアルミニウムなどによって形成されている。具体的には、遮光層２７は、各ＰＤ１１に対して凹部が形成され、凹部の底面に受光窓２８が形成されている。この受光窓２８を囲む遮光層２７の凹部の表面には、光拡散層２９が形成されている。
【００２０】
光拡散層２９は、この上に積層されるＢＰＳＧ（boro-phospho silicate glass）中に、無機微粒子（Ａｌ2Ｏ3やＴｉＯ2など）や有機微粒子（http://www.vbl.kobe-u.ac.jp/topics.html［平成１７年４月２３日検索］に記載の「表面に多数の凹部を有する高分子微粒子」など）を混在させたものであり、照射された光を拡散（散乱）させる性質を有する。なお、ＢＰＳＧに代えて、Ｐ−ＴＥＯＳ（plasma tetra ethyl ortho silicate）などを用いても良い。
【００２１】
保護層３０と平坦化層３１とは、屈折率の異なるＢＰＳＧによって形成されており、これらの界面は、ＰＤ１１上において下凸状となっている。平坦化層３１は、インナーレンズとして機能する。なお、光拡散層２９、保護層３０および平坦化層３１は、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）などの成膜方法によって形成される。
【００２２】
平坦化層３１の上面は平坦であり、この上には、特定の色の光を透過させるカラーフィルタ３２、およびマイクロレンズ３３が設けられている。上記インナーレンズの光軸は、マイクロレンズ３３の光軸Ｌにほぼ一致しており、光軸Ｌは、ＰＤ１１の受光面にほぼ垂直である。
【００２３】
マイクロレンズ３３の上方から光軸Ｌに対してほぼ平行に入射した光（平行入射光）は、マイクロレンズ３３およびインナーレンズからなる光学レンズによって集光され、各ＰＤ１１に導かれる。なお、光拡散層２９は、ＰＤ１１に導かれる平行入射光の光路外に形成されており、入射光の受光効率を低下させることはない。
【００２４】
以上のように構成されたＣＣＤイメージセンサ１０では、図３に示すように、光軸Ｌに対して斜めに入射した光（斜め入射光）は、マイクロレンズ３３、カラーフィルタ３２およびインナーレンズを通過して光拡散層２９に導かれ、光拡散層２９によって拡散されるため、遮光層２７の縁部下から絶縁層２５を介してＶＣＣＤ１３へ侵入する光成分（図５参照）は低減し、スミアの発生が低減される。
【００２５】
なお、上記実施形態において示した転送電極２６および遮光層２７の形状は、平行入射光の光路を阻害しない限り適宜変更して良く、例えば、図４に示すように、転送電極２６の端面および遮光層２７の凹部の側面を、上記光路に沿うように傾斜させても良い。この転送電極２６の端面の加工には、通常のエッチングの端部効果（端部の浸食）を利用しても良いし、異方性エッチングを行っても良い。異方性エッチングを用いる場合、上下２段の転送電極２６を一度に加工しても良いし、１段ずつ加工しても良い。この場合、光拡散層２９は、上記光路に沿うように平坦に形成されているので、入射光の角度によって拡散の特性が大きく変わることはない。
【００２６】
また、上記実施形態において遮光層２７の側面に形成した光拡散層２９を光吸収層としても良い。この光吸収層は、ＢＰＳＧやＰ−ＴＥＯＳなどに、無機微粒子（酸化鉄第二鉄や、酸化鉄被覆を施した微粒子硫酸バリウムなど）や有機微粒子（カーボン微粒子やナノカーボン微粒子など）を混在させたものであり、照射された光を吸収する性質を有する。この場合には、光軸Ｌに対して斜めに入射した光が光吸収層に導かれ、光吸収層によって吸収されるため、遮光層２７の縁部下から絶縁層２５を介してＶＣＣＤ１３へ侵入する光成分は低減し、スミアの発生が低減される。
【００２７】
また、上記実施形態において示したカラーフィルタ３２およびインナーレンズは、本発明において必ずしも必要でない。また、上記実施形態では、インターライントランスファ方式のＣＣＤイメージセンサ１０を例示して説明しているが、本発明はこれに限定されず、フレームトランスファ方式のＣＣＤイメージセンサや、ＣＭＯＳ（complementary metal oxide semiconductor）イメージセンサなどの他の固体撮像素子に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ＣＣＤイメージセンサの構成を示す概略平面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う縦断面図である。
【図３】本実施形態の作用を示す縦断面図である。
【図４】本実施形態の変形例を示す縦断面図である。
【図５】従来のＣＣＤイメージセンサを示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０  ＣＣＤイメージセンサ
１１  フォトダイオード
１２  読み出し転送ゲート
１３  垂直ＣＣＤ
１４  水平ＣＣＤ
２５  絶縁層
２６  転送電極
２７  遮光層
２８  受光窓
２９  光拡散層
３０  保護層
３１  平坦化層
３２  カラーフィルタ
３３  マイクロレンズ
【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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