(57)【要約】      （修正有）【課題】撮像素子への主光線入射角度が大きく変化する光学系を有する撮像装置において、光学特性の改善した撮像装置を提供する。【解決手段】撮像素子への光の入射角度がズーム位置により異なる光学部を搭載する撮像装置において、光学部のズーム倍率の変更により、光学部から撮像素子３０１０への光の入射角度θｂが変化する場合に隣接する別の画素への光が入射することが想定される主光線に対し、撮像素子の導波路３００６上面の投影面積が広くなるよう、導波路上面に突起部３００５−１を設けた。【選択図】図３
2017034168.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
想定される主光線に対し、導波路上面の投影面積が広くなるよう、導波路上面に段差を設けた撮像素子および、前記撮像素子への光の入射角度がズーム位置により異なる光学部を搭載したことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
想定される主光線に対し、導波路上面の投影面積が広くなるよう、Ｓｉ面に対して導波路上面に傾きを設けた撮像素子および、前記撮像素子への光の入射角度がズーム位置により異なる光学部を搭載したことを特徴とする撮像装置。
【請求項３】
導波路と導波路に最も近いＳｉ面上のＰｏｌｙＳｉ電極の間が開くよう、導波路下面に段差を設けた撮像素子および、前記撮像素子への光の入射角度がズーム位置により異なる光学部を搭載したことを特徴とする撮像装置。
【請求項４】
導波路と導波路に最も近いＳｉ面上のＰｏｌｙＳｉ電極の間が開くよう、Ｓｉ面に対して導波路下面に傾きを設けた撮像素子および、前記撮像素子への光の入射角度がズーム位置により異なる光学部を搭載した撮像装置。
【請求項５】
想定される傾いた主光線に対し、傾いた主光線の進行方向の導波路壁面が高くなるよう導波路上面に段差を設けた撮像素子を搭載したことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
想定される傾いた主光線に対し、傾いた主光線の進行方向の導波路壁面が高くなるよう導波路上面に傾きを設けた撮像素子を搭載したことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項７】
導波路上面の段差量を画素ごとに異ならせ、各画素へ入射する主光線の入射角度と段差量を比例させた撮像素子を搭載したことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】
導波路上面の傾き量を画素ごとに異ならせ、各画素へ入射する主光線の入射角度と段差量を比例させた撮像素子を搭載したことを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に用いられる撮像素子に関し、特に撮像素子への斜入射特性の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラやデジタルカメラの小型化に伴い、前記機器類に使用される光学系もまた小型化が進んでいる。光学系から撮像素子へ入射する光線は、撮像素子への入射角度に広がりを有し、かつ、撮像面の中心以外において、光学系の絞り中心を通過する光線（主光線）は、撮像面に対して傾くことが知られている。また、この光線入射角は、光学系のズーム倍率などによっても変化することが知られている。さらに、この光線入射角は、前記の光学系の小型化に伴い、よりきつい角度となっている。
【０００３】
次に、撮像素子表面には、画素信号を読み出すための配線層が存在する。上記配線層は、光電変換を行うフォトダイオードへの入射光を遮る障害物となることが知られている。上記配線層による、フォトダイオードへの光入射阻害を抑えるため、特許文献１にはフォトダイオードの上部に高屈折率の導波路を備え、かつ導波路の上部に集光レンズを備え、入射光線の角度に合わせそれらの位置を平面方向にシフトさせた撮像素子が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−５４５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の特許文献１に開示された従来技術では、図９（ａ）や図９（ｂ）のように、ズーム倍率の変更により、光学系から撮像素子への光の入射角度が変化する場合に問題が生じる。
【０００６】
９００１は、導波路部分に光を導くための集光レンズである。９００２は、カラーフィルタが設けられた面を平坦化する平坦化膜である。９００３は、特定の波長領域の光のみを通過させるカラーフィルタである。９００４は、導波路が設けられた面を平坦化する平坦化膜である。９００６は、集光レンズによって集光された光を、導波路へと導くための導波路である。導波路９００６上面の開口部から斜入射した光は、導波路側面で反射され、フォトダイオードへと導かれる。
【０００７】
導波路９００６の材料としては、シリコン窒化物（屈折率２．０）のほか、ポリイミド、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）、ポリシロキサン等の材料が用いられる。９００７は、層間絶縁膜である。  層間絶縁膜９００７は、光を透過する光透過性材料（たとえば、シリコン酸化膜（屈折率ｎ＝１．４３））で形成されている。９００８は、撮像素子を駆動するための配線である。
【０００８】
９００９は、フォトダイオードを導波路形成時のダメージから保護するためのパッシベーション層である。９０１０は、入射した光を電化に変換するためのフォトダイオードである。９０１１は、シリコン基板である。９０１２は、フォトダイオード９０１０に近接するポリシリコン電極である。ポリシリコン電極９０１２は、屈折率が高く、導波路９００６と同様の効果を示すことから、他の画素へと光を導くという問題点があり、本実施例では、この問題点に対しても対応する。
【０００９】
図９（ａ）は主光線入射角度が５°傾いた光線が集光レンズに入射した際に、画素（ａ１）のようにフォトダイオード９０１０の中心に光線が入射するよう、集光レンズ９００１の位置をｘｙ面内で移動した撮像素子の光学系を表している。ここで、ｘｙ面は、撮像素子の受光面中心への入射光線に対して、垂直な平面である。
【００１０】
図９（ａ）は集光レンズ９００１のシフト量Ｌ２に対して、シフト量よりも傾いた主光線（入射角度３０°）が、画素（ａ２）の集光レンズ９００１に入射する場合である。
【００１１】
この場合では、集光レンズ９００１によって屈折した光は、導波路９００６の開口から外れ撮像素子外へ反射され損失となる。図９（ｂ）は主光線入射角度が１０°傾いた光線が集光レンズ９００１に入射した際に、画素（ｂ１）のようにフォトダイオード９０１０の中心に光線が入射するよう、集光レンズ９００１の位置をｘｙ面内で移動した撮像素子の光学系を表している。図９（ｂ）では、集光レンズ９００１のシフト量Ｌ１に対して、シフト方向と逆方向に傾いた主光線（入射角度−１０°）が、画素（ｂ３）の右隣の集光レンズ９００１に入射する場合である。
【００１２】
この場合では、集光レンズ９００１によって屈折した光は、画素（ｂ３）の導波路９００６開口に入射し、画素ｂ３のフォトダイオード９０１０へと導かれ混色の原因となる、また、図９（ｂ）の画素（ｂ２）に、主光線入射角度が３０°傾いた光線が集光レンズ９００１に入射した際には、導波路９００６の近くに位置し、導波路９００６と同程度の屈折率を有するポリシリコン電極９０１２に光が漏れこむ。導波路９００６と同程度の屈折率を有するポリシリコン電極９０１２は導波路９００６の同様の働きを示し、ポリシリコン電極９０１２に漏れこんだ光を隣の画素（ｂ３）へ導き、混色を発生させる。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するために、本発明に係る撮像装置は、撮像素子への主光線入射角度が大きく変化する光学系を有する撮像装置において、光学特性を改善することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ズーム倍率を変更可能な撮像装置において、ズーム倍率変更に伴って撮像素子への主光線入射角度が大きく変化しても、良好な画像を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る撮像装置の構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１に係る光学部と撮像部の構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態１に係る撮像素子光学層の構成を示す図
【図４】本発明の実施の形態１に係る撮像素子の作成法を示す図
【図５】本発明の実施の形態１に係る撮像素子の作成法の一部を示す図
【図６】本発明の実施の形態２に係る撮像素子光学層の構成を示す図
【図７】本発明の実施の形態２に係る撮像素子の作成法を示す図
【図８】本発明の実施の形態２に係る撮像素子の作成法の一部を示す図
【図９】従来の撮像素子光学層の構造を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明の好ましい実施の形態を、添付の図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の実施形態にかかわる撮像装置である。
【００１７】
［実施例１］
以下、図１〜図５を参照して、本発明の第１の実施例による、撮像装置の構成について説明する。図１は本発明の実施の形態１に係る撮像装置の構成を示すブロック図である。      
【００１８】
図１において、１００１は、後述する鏡筒内に配置されたズームレンズ、フォーカスレンズや絞り機構等を含み、撮像素子の受光部に被写体像を結像させる光学部である。光学部１００１の各機構は、後述するＣＰＵ１００４の制御により、各部を機械的に駆動してオートフォーカス等の制御を行う。１００２は、光学部１００１により結像した像の光信号を電気信号に変換する撮像素子である。
【００１９】
上記撮像素子１００２は、ＯＢ（オプティカルブラック）クランプ、ＡＤ変換を行い、デジタル撮像信号を生成してＤＳＰ１００７に出力する。１００４は、システム全体の制御を行うＣＰＵである。ＣＰＵ１００４は、後に説明するＲＯＭ１００５及びＲＡＭ１００６を用いて本撮像装置の各部に指示を送る。１００５は、撮像装置を駆動するためのファームウェアなどの情報を記憶するためのＲＯＭである。１００６は、撮像装置の制御情報を一時的に蓄えるためのＲＡＭである。１００７はＤＳＰである。
【００２０】
ＤＳＰ１００７は、撮像素子１００２からの撮像信号に対して各種の信号処理を行うことにより、所定のフォーマットによる静止画または動画の映像信号（例えばＹＵＶ信号等）を生成する。さらに、ＤＳＰ１００７は、ライブビュー駆動時の撮像素子１００２からの信号を基に、露出制御動作や、主被写体の検出及び撮像装置からの距離の検出を行う。１００８は外部インターフェースである。
【００２１】
外部インターフェース１００８には、各種エンコーダーやＤ／Ａ変換器が設けられ、外部要素（本例では、ディスプレイ１０１２、メモリ媒体１００９、操作パネル１０１１）との間で、各種制御信号やデータをやり取りする。１０１２は、本撮像装置に組み込まれた、撮像した画像を表示するディスプレイである。なお、撮像装置に組み込まれた表示装置に加えて、外部の表示装置に画像データを伝送し、表示できる構成とすることも勿論可能である。１００９は、各種メモリカード等に撮影された画像を適宜保存しておけるメモリ媒体である。１０１０は、メモリ媒体１００９を交換可能なメモリ媒体コントローラである。
【００２２】
メモリ媒体１００９としては、各種メモリカードの他に、磁気や光を用いたディスク媒体等を用いることができる。１０１１は、本撮像装置で撮影作業を行うに際し、ユーザが各種の指示を行うための入力キーを設けた操作パネルである。ＣＰＵ１００４は、この操作パネル１０１１からの入力信号を監視し、その入力内容に基づいて各種の動作制御を実行する。
【００２３】
図２は本発明の実施の形態１に係る光学部と撮像部の構成を示す図である。ここで、２００１は光学系１００１の合焦面を表わす。点Ｃは画角の中心を表し、点Ｐは中心以外のある１点を表す。合焦面２００１から発する光線は、光学系１００１を通過した後、撮像素子１００２の撮像面に導かれる。この際、点Ｃ‘は点Ｃの結像点を表し、点Ｐ’は点Ｐの結像点を表す。
【００２４】
ここで、点Ｃ‘は撮像素子１００２の受光面に対し垂直に入射するが、点Ｐ’は。撮像素子１００２の受光面に対し垂直から傾いて入射する。また通常、この傾き角度は、受光面の中心から離れるほど大きくなる。図２（ａ）は広角のズーム位置での光学部から撮像部への主光線入射角度を表している。ここでは、画面周辺部に入射する角度を示しており、θｗは撮像面の垂線からの主光線の傾きを表す。
【００２５】
次に、図２（ｂ）は望遠のズーム位置での光学部から撮像部への主光線入射角度を表している。ここでも、画面周辺部に入射する角度を示しており、θｔは撮像面の垂線からの主光線の傾きを表す。現在のコンパクトデジタルカメラでは、θｗとθｔの角度差は十数°程度である。しかし、光学系の小型化に伴いθｗとθｔの角度差は、今後より大きくなることが見込まれている。実施例１では、θｗとθｔの角度差が３０°を超えるような光学系と、前記光学系に対応した撮像素子を搭載した撮像装置について述べる。
【００２６】
図３は本発明の実施の形態１に係る撮像素子光学層の構成である。なお、撮像領域においては、基板上に画素が配置されているが、フォトダイオード以外の構成部材については、図示を省略している。
【００２７】
３００１は、導波路部分に光を導くための集光レンズである。３００２は、カラーフィルタが設けられた面を平坦化する平坦化膜である。３００３は、特定の波長領域の光のみを通過させるカラーフィルタである。３００４は、導波路が設けられた面を平坦化する平坦化膜である。３００５−１は、斜入射光を導波路へと導くための導波路上面の突起部である。３００５−２は、斜入射光を導波路へと導くための導波路上面の斜面形成部である。３００６は、集光レンズによって集光された光を、導波路へと導くための導波路である。導波路３００６上面の開口部から斜入射した光は、導波路側面で反射され、フォトダイオードへと導かれる。
【００２８】
導波路の材料としては、シリコン窒化物（屈折率２．０）のほか、ポリイミド、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）、ポリシロキサン等の材料が用いられる。３００７は、層間絶縁膜である。  層間絶縁膜３００７は、光を透過する光透過性材料（たとえば、シリコン酸化膜（屈折率ｎ＝１．４３））で形成されている。３００８は、撮像素子を駆動するための配線である。３００９は、フォトダイオードを導波路形成時のダメージから保護するためのパッシベーション層である。
【００２９】
３０１０は、入射した光を電化に変換するためのフォトダイオードである。３０１１は、シリコン基板である。３０１２は、フォトダイオード３０１０に近接するポリシリコン電極である。ポリシリコン電極３０１２は、屈折率が高く、導波路３００６と同様の効果を示すことから、他の画素へと光を導くという問題点があり、本実施例では、この問題点に対しても対応する。
【００３０】
撮像面への光線入射角度をθｂ、導波路開口径Ｌとし、かさ上げ分の高さをＨとすると、ＭＬ曲率を極限まで下げた場合、見かけ上の開口は最大でＬ＋Ｈ×ｃｏｓθとなる。これは、導波路の開口部を、傾いた光線の入射方向に広げることと等しい効果がある。
【００３１】
上記により、角度θｂで導波路開口部へ入射する光量は、（Ｌ＋Ｈ×ｃｏｓθ）／Ｌだけ増加し、この光量増加分の感度が向上する。たとえは、導波路の開開口Ｌを１０００ｎｍとし、集光レンズの曲率が無いものとし、光線入射角度をθｂが３０°の入射光に対応する場合では、突起部３００５−１の側面の高さを５０ｎｍとした場合、（Ｌ＋Ｈ×ｃｏｓθ）／Ｌ＝１．０５となり、感度が５％向上する。また、この際、集光レンズの水平ずらし量自体を小さく抑えることが可能となるため、θｃなどの集光レンズの水平ずらし方向と逆方向の光入射に対しては、他画素への光線の漏れこみを抑えることが可能となる。
【００３２】
上記の場合では、３０°から−１０°の中間的な角度に対応できるよう、集光レンズのシフト量を設定することが合理的である。また、光線入射角度は、撮像素子１００２の面内で異なることから、突起部３００５−１の側面の高さは撮像素子１００２の面内で変える。
【００３３】
具体的には、主光線の撮像素子への入射角度が垂直に近いイメージサークルの中心部では高さを低くし、主光線の撮像素子への入射角度が大きくなるよう、イメージサークルの周辺部では高さを高くする。
【００３４】
次に、図３（ｂ）は図３（ａ）の導波路上面の突起部３００５−１の形状を変更したものである。
【００３５】
図３（ｂ）はポリシリコン電極３０１２への光入射による他画素への光線漏れ込を減少を目的としている。図３（ｂ）は、上記導波路上面の突起部３００５−１を導波路３００６の上部開口に対して、複数段重ねて成形している。
【００３６】
上記導波路上面の突起部３００５−２は斜めに傾けた形状に近似できるまで上記導波路上面の突起部３００５−１を小さくしながら重ねて成形している。
【００３７】
このような形状をとることで、平坦化膜３００４と導波路上面の突起部３００５−２の界面で光が屈折し、前記界面に対して垂直に近い方向へ光が屈折する。このため、導波路の片側に光を集めることが可能となる。このため、フォトダイオード３０１０に近接するポリシリコン電極３０１２に対して、入射光量を減少させることが可能となる。
【００３８】
撮像素子１００２の面内において、光線入射角度依存のシェーディングは、イメージサークルの中心から周辺にかけて変化するが、ポリシリコン電極３０１２による混色は、前記に加えポリシリコン電極３０１２の導波路３００６との位置関係に依存する。このため、図３（ａ）の構造と、図３（ｂ）の構造を一つの撮像素子１００２の面内で併用することで、導波路３００６の開口部による光学的問題とポリシリコン電極３０１２による光学的問題の両方を解決することが出来る。
【００３９】
次に、図４を用いて、本発明の実施の形態１に係る撮像装置の作成法について述べる。まず図４（ａ）に示すように、たとえばｐ型シリコン基板である基板３０１１にｎ型不純物をイオン注入することでフォトダイオード３０１０を形成する。
【００４０】
次に図４（ｂ）に示すように、フォトダイオード３０１０の形成後に、パッシベーション層３００９を形成する。次に図４（ｃ）に示すように、リソグラフィ技術を用いて、フォトレジストマスク４１００を形成する。
【００４１】
具体的には、スピンコート法によってフォトレジスト膜（図示なし）をパッシベーション層３００９上に成膜する。その後、フォトマスクを用いて露光することで、そのフォトレジスト膜にマスクパターン像を転写する。そして、そのフォトレジスト膜について現像処理を実施することで、このフォトレジストマスク４１００を形成する。
【００４２】
次に図４（ｄ）に示すように、シリコン基板３０１１と接するパッシベーション層３００９の除去が実施される。ここでは、フォトレジストマスク４１００を用いて、パッシベーション層３００９一部をエッチング処理にて除去する。
【００４３】
次に図４（ｅ）に示すように、層間絶縁膜３００７を形成する。たとえば、酸化シリコン膜を用いて、この層間絶縁膜３００７を形成する。そして、この他に、いわゆるダマシンプロセスによって、層間絶縁膜３００７内に配線３００８を順次形成する。配線３００８は、たとえば、アルミニウムや銅などの金属材料で順次形成する。このようにして、内部に配線３００８を含むように、層間絶縁膜３００７を形成する。
【００４４】
次に、図４（ｆ）に示すように、リソグラフィ技術を用いてフォトレジストマスク４１０１を形成する。
【００４５】
本実施形態においては、層間絶縁膜３００７において、導波路３００６を形成する領域の表面が露出し、その他の領域が被覆されるように、このフォトレジストマスク４１０１を形成する。
【００４６】
つぎに、図４（ｇ）に示すように、層間絶縁膜３００７の開口部を形成する。ここでは、フォトレジストマスク４１０１を用いて、層間絶縁膜３００７の一部をエッチング処理にて除去することで、この開口を、層間絶縁膜３００７に形成する。
【００４７】
具体的には、図４（ｇ）に示すように、層間絶縁膜３００７においてフォトダイオード３０１０の受光面に対応する部分に、層間絶縁膜３００７の開口部を形成する。
【００４８】
本実施形態においては、層間絶縁膜３００７の開口部の側面が、フォトダイオード３０１０の受光面に垂直なｚ方向に沿っており、この層間絶縁膜３００７の開口部にて受光面に沿ったｘｙ面の方向の面が、フォトダイオード３０１０の受光面の面積よりも小さくなるように、この層間絶縁膜３００７の開口部を形成する。また、フォトダイオード３０１０の受光面の面に沿ったｘｙ面の方向において、フォトダイオード３０１０の受光面の中心に、開口部の中心が対応するように、この開口部を形成する。
【００４９】
ここで、ｘｙ面は、撮像素子中心への入射光線に対して、垂直な平面である。また、撮像素子の受光面中心への入射光線に対して平行な方向をｚ方向としている。ここでは、異方性のエッチング処理の実施にて、この層間絶縁膜３００７の開口部の形成が行われる。
【００５０】
たとえば、ＣＦ４ガスを用いてＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）やＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマによる異方性のエッチング処理を実施する。これにより、パッシベーション層３００９の表面が露出するまで、層間絶縁膜３００７が垂直方向へエッチングされて、層間絶縁膜３００７の開口部が形成される。そして、アッシング処理等の処理の実施によって、フォトレジストマスク４１０１を除去する。
【００５１】
つぎに、図４（ｈ）に示すように、導波路３００６を形成する。ここでは、層間絶縁膜３００７の一部を除去して形成された開口部の内部に、導波路３００６を形成する。たとえば、プラズマＣＶＤ法によってシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を、層間絶縁膜３００７の一部を除去して形成された開口部の内部に充填するように成膜後、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理の実施によって、その表面を平坦化する。このようにすることで、導波路３００６が層間絶縁膜３００７の開口部に形成する。
【００５２】
つぎに、図４（ｈ）に示すように、導波路上面の突起部３００５−１を形成する。ここでは、導波路３００６と層間絶縁膜３００７を被覆するように、平坦化膜３００４−２を形成する。たとえば、層間絶縁膜３００７の場合と同様に、酸化シリコン膜を用いて、この平坦化膜３００４−２を形成する。つぎに、図４（ｉ）に示すように、平坦化膜３００４−２の上部にフォトレジストマスク４１０２を形成する。そして、上記のフォトレジストマスク４１００の場合と同様にして、リソグラフィ技術を用いて、平坦化膜３００４−２上にフォトレジストマスク４１０２を形成する。
【００５３】
本実施形態においては、平坦化膜３００４−２において、導波路上面の突起部３００５−１を形成する領域の表面が露出し、その他の領域が被覆されるように、このフォトレジストマスク４１０２を形成する。
【００５４】
つぎに、図４（ｊ）に示すように、平坦化膜３００４−２の開口部を形成する。ここでは、フォトレジストマスク４１０２を用いて、平坦化膜３００４−２の一部をエッチング処理にて除去することで、平坦化膜３００４−２の開口部を形成する。
【００５５】
具体的には、図４（ｊ）に示すように、平坦化膜３００４−２において、導波路上面の突起部３００５−１に対応する部分を含むように、この平坦化膜３００４の開口部を形成する。
【００５６】
本実施形態においては、平坦化膜３００４−２の開口部の側面が、フォトダイオード３０１０の受光面に垂直なｚ方向に沿っており、この平坦化膜３００４−２の開口部にてフォトダイオード３０１０の受光面に沿ったｘｙ面の方向の面が、導波路３００６の入射面の面積よりも小さくなるように、この平坦化膜３００４−２の開口部を形成する。また、導波路３００６の側面のうち、想定される斜入射光の進行方向に位置する側の側面の端部に、平坦化膜３００４の開口部の端面が対応するように、この平坦化膜３００４−２の開口部を形成する。
【００５７】
たとえば、上述した層間絶縁膜３００７の開口部の場合と同様に、異方性のエッチング処理の実施にて、この平坦化膜３００４−２の開口部の形成が行われる。そして、アッシング処理等の処理によって、フォトレジストマスク４１０２を除去する。
【００５８】
つぎに、図４（ｋ）に示すように、導波路上面の突起部３００５−１を形成する。ここでは、平坦化膜３００４−２の一部を除去して形成された開口部の内部に、導波路上面の突起部３００５−１を形成する。たとえば、導波路３００６の場合と同様にして、導波路上面の突起部３００５−１が形成される。
【００５９】
つぎに、図４（ｌ）に示すように、平坦化膜３００４−１を形成する。ここでは、平坦化膜３００４−２および、導波路上面の突起部３００５−１を被覆するように、平坦化膜３００４−１を形成する。たとえば、平坦化膜３００４−２の場合と同様に、酸化シリコン膜で、この平坦化膜３００４−１を形成する。
【００６０】
上記、平坦化膜３００４−１および、平坦化膜３００４−２を合わせたものが図３（ａ）の平坦化膜３００４に相当する。この後、図３（ａ）に示したように、カラーフィルタ３００３，平坦化膜３００２，集光レンズ３００１を形成する。
【００６１】
ここでは、平坦化膜３００４の上方に、カラーフィルタ３００３を形成する。たとえば、各色の着色顔料とフォトレジスト樹脂とを含む塗布液を、スピンコート法によって塗布して塗膜を形成後、リソグラフィ技術によって、その塗膜をパターン加工することで、カラーフィルタ３００３を構成する各色のフィルタ層を形成する。そして、このカラーフィルタ３００３が形成された表面を平坦化するように、平坦化膜３００２を形成する。この後、図３（ａ）に示すように、集光レンズ３００１を平坦化膜３００２上に形成して、撮像素子１００１を完成させる。
【００６２】
つぎに、図３（ｂ）の作成方法について、図４及び、図５を用いて説明する。図５は本発明の実施の形態１に係る撮像素子の作成法の一部である。図３（ｂ）の撮像素子の作成方法に対いて、導波路３００６の作成工程までの、図４（ａ）から図４（ｇ）までの工程に加え、図５（ｍ）から図５（ｒ）の工程を繰り返し行い、導波路の斜部分と、平坦化層を積層することにより実現可能となる。
【００６３】
具体的には、図４（ｇ）で層間絶縁膜３００７においてフォトダイオード３０１０の受光面に対応する部分に、層間絶縁膜３００７の開口部を形成する。その後、図５（ｍ）に示すように、導波路３００６の上面に平坦化膜３００４−５とフォトレジストマスク４１０３を形成する。
【００６４】
つぎに、図５（ｎ）に示すように、平坦化膜３００４−５の開口部を形成する。ここでは、フォトレジストマスク４１０３を用いて、平坦化膜３００４−５の一部をエッチング処理にて除去することで、平坦化膜３００４−５の開口部を形成する。
【００６５】
具体的には、図５（ｎ）に示すように、平坦化膜３００４−５において、導波路上面の斜面形成部の一部３００５−４に対応する部分を含むように、この平坦化膜３００４−５の開口部を形成する。
【００６６】
本実施形態においては、平坦化膜３００４−５の開口部の側面が、フォトダイオード３０１０の受光面に垂直なｚ方向に沿っており、この平坦化膜３００４−５の開口部にてフォトダイオード３０１０の受光面に沿ったｘｙ面の方向の面が、導波路３００６の入射面の面積よりも小さくかつ、導波路３００６の傾いた入射光線が最初に接触する側の側面が高くなるよう、この平坦化膜３００４−５の開口部を形成する。
そして、フォトレジストマスク４１０３を除去する。
【００６７】
つぎに、図５（ｏ）に示すように、導波路上面の斜面形成部の一部３００５−４を形成する。ここでは、平坦化膜３００４−２の一部を除去して形成された開口部の内部に、導波路上面の斜面形成部の一部３００５−４を形成する。つぎに、図５（ｐ）に示すように、平坦化膜３００４−４およびフォトレジストマスク４１０４を形成する。つぎに、図５（ｑ）に示すように、平坦化膜３００４−４の開口部を形成する。ここでは、フォトレジストマスク４１０４を用いて、平坦化膜３００４−４の一部をエッチング処理にて除去することで、平坦化膜３００４−４の開口部を形成する。
【００６８】
具体的には、図５（ｑ）に示すように、平坦化膜３００４−４において、導波路上面の斜面形成部の一部３００５−３に対応する部分を含むように、この平坦化膜３００４−４の開口部を形成する。
【００６９】
本実施形態においては、平坦化膜３００４−４の開口部の側面が、フォトダイオード３０１０の受光面に垂直なｚ方向に沿っており、この平坦化膜３００４−４の開口部にてフォトダイオード３０１０の受光面に沿ったｘｙ面の方向の面が、導波路上面の斜面形成部の一部３００５−４の入射面の面積よりも小さくかつ、導波路３００６の傾いた入射光線が最初に接触する側の側面が高くなるよう、この平坦化膜３００４−４の開口部を形成する。そして、アッシング処理等の処理によって、フォトレジストマスク４１０３を除去する。
【００７０】
つぎに、図５（ｒ）に示すように、導波路上面の斜面形成部の一部３００５−３を形成する。
【００７１】
上記、図５（ｐ）から図５（ｒ）の処理を光の波長より十分小さなスケール積層を繰り返すことにより、図３（ｂ）のように光学的には導波路上面に斜面を形成することが可能となる。
【００７２】
つぎに、図５（ｓ）に示すように、平坦化膜３００４−３を形成する。ここでは、平坦化膜３００４−４および、導波路上面の斜面形成部の一部３００５−３を被覆するように、平坦化膜３００４−３を形成する。上記、平坦化膜３００４−３、平坦化膜３００４−４および、平坦化膜３００４−５を合わせたものが図３（ｂ）の平坦化膜３００４に相当する。この後、図３（ｂ）に示したように、カラーフィルタ３００３，平坦化膜３００２，集光レンズ３００１を形成する。
【００７３】
ここでは、平坦化膜３００４の上方に、カラーフィルタ３００３を形成する。形成方法は、図３（ａ）と同様である。
そして、このカラーフィルタ３００３が形成された表面を平坦化するように、平坦化膜３００２を形成する。
【００７４】
この後、図３（ｂ）に示したように、集光レンズ３００１を形成して、撮像素子１００１を完成させる。
【００７５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【００７６】
上記のような構成をとることで、撮像素子への主光線入射角度が大きく変化する光学系を有する撮像装置において、他画素からの光の混入を抑えつつ、導波路へ導かれる光量を増加することで、光学特性の改善を提供することか可能となる。
【００７７】
［実施例２］
以下、図６〜図８を参照して本発明の第２の実施例による、撮像装置の構成について説明する。まず、図６を参照して、本発明の第２の実施例による、撮像装置の構成について説明する。
【００７８】
図６は本発明の実施の形態２に係る撮像素子光学層の構成である。なお、撮像領域においては、基板上に画素が配置されているが、フォトダイオード以外の構成部材については、図示を省略している。３００１〜３００４、３００６〜３０１２は、実施例１と同様である。集光レンズによって集光された光を、導波路へと導くための導波路である。導波路３００６上面の開口部から斜入射した光は、導波路側面で反射され、フォトダイオードへと導かれる。
【００７９】
３０１３−１は、斜入射光の導波路へと導くための導波路下面の突起部である。３０１３−２は、斜入射光を導波路へと導くための導波路下面の斜面形成部である。３０１３−１、３０１３−２は、導波路の材料としては、シリコン窒化物（屈折率２．０）のほか、ポリイミド、ＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）、ポリシロキサン等の材料が用いられる。
【００８０】
撮像面への光線入射角度をθｆとし、導波路３００６がパッシベーション層３００９に直に接していた場合に比して、導波路３００６の横幅を狭めることに等しい効果がある。さらに、図６では、導波路３００６の横幅を広げたままとすることで、導波路３００６側面での入射光の反射回数を減少させることが可能となる。これにより、導波路３００６側面での入射光の反射による光の損失を抑えつつ、ポリシリコン電極３０１２への光の漏れこみを減少させることが可能となる。
【００８１】
上記により、高屈折率の導波路３００６及び導波路下面の突起部３０１３−１に対し、角度θｂで導波路開口部へ入射する光量は、直下のフォトダイオード３０１０へ導かれ、この光量増加分の感度が向上する。また、ポリシリコン電極３０１２とフォトダイオード３０１０の位置関係は、撮像素子１００２の面内で等しいことから、下面突起部３０１３−２の高さは撮像素子１００２の面内で同様の位置関係となる。
【００８２】
図６（ｂ）は上記導波路下面の突起部３０１３−１を導波路３００６の下部開口に対して、複数段重ねて成形している。上記導波路下面の突起部３０１３−１は斜めに傾けた形状に近似できるまで上記導波路下面の突起部３０１３−１を小さくしながら重ねて成形している。
【００８３】
このような形状をとることで、層間絶縁膜３００７と導波路下面の突起部３０１３−１の界面で光が反射し、前記ポリシリコン電極３０１２に対して遠い方向へ光が導かれる。このため、導波路３００６の片側に光を集めることが可能となる。このため、フォトダイオード３０１０に近接するポリシリコン電極３０１２に対して、入射光量を減少させることが可能となる。
【００８４】
図７を用いて、本発明の実施の形態２に係る撮像装置の作成法について述べる。まず図７（ａ）〜図７（ｄ）は、図４（ａ）〜図４（ｄ）と同様である。次に図７（ｅ）に示すように、層間絶縁膜３００７−２を形成する。たとえば、酸化シリコン膜を用いて、この層間絶縁膜３００７−２を形成する。次に、図７（ｆ）に示すように、フォトレジストマスク６００２を形成する。
【００８５】
その後、シリコン基板３０１１の上面において、層間絶縁膜３００７−２を形成する。
ここでは、図示を省略しているが、基板３０１１の面の上に下部絶縁膜（図示なし）を形成する。その後、下部絶縁膜（図示なし）上に、上部絶縁膜（図示なし）を形成する。そして、たとえば、ポリシリコンでポリシリコン電極３０１２を順次形成する。そして、この他に、いわゆるダマシンプロセスによって、上部絶縁膜に配線３００８（図示なし）を順次形成する。配線３００８は、たとえば、アルミニウムや銅などの金属材料で順次形成する。このようにして、内部にポリシリコン電極３０１２、配線３００８を含むように、層間絶縁膜３００７を形成する。そして、実施例１と同様にリソグラフィ技術を用いて、フォトレジストマスク６００２を形成する。
【００８６】
本実施形態においては、層間絶縁膜３００７−２において、パッシベーション層３００９を形成する領域の表面の一部が露出し、その他の領域が被覆されるように、このフォトレジストマスク６００２を形成する。
【００８７】
つぎに、図７（ｇ）に示すように、開口を形成する。ここでは、フォトレジストマスク６００２を用いて、層間絶縁膜３００７−２の一部をエッチング処理にて除去することで、この開口を、層間絶縁膜３００７−２に形成する。
【００８８】
具体的には、図４（ｇ）に示すように、層間絶縁膜３００７−２においてフォトダイオード３０１０の受光面に対応する部分に、層間絶縁膜３００７−２の開口部を形成する。
【００８９】
本実施形態においては、層間絶縁膜３００７−２の開口部の側面が、フォトダイオード３０１０の受光面に垂直なｚ方向に沿っており、この層間絶縁膜３００７−２の開口部にて受光面に沿ったｘｙ面の方向の面が、フォトダイオード３０１０の受光面の面積よりも小さくかつ、ポリシリコン電極３０１２から距離を開けるように、この層間絶縁膜３００７−２の開口部を形成する。ここでは、異方性のエッチング処理の実施にて、この層間絶縁膜３００７−２の開口部の形成が行われる。
【００９０】
ここでも、異方性のエッチング処理を実施する。これにより、パッシベーション層３００９の表面が露出するまで、層間絶縁膜３００７−２が垂直方向へエッチングされて、層間絶縁膜３００７−２の開口部が形成される。そして、アッシング処理等の処理の実施によって、フォトレジストマスク６００２を除去する。
【００９１】
つぎに、図７（ｈ）に示すように、導波路下部の突起部３０１３−１を形成する。ここでは、層間絶縁膜３００７−２の一部を除去して形成された開口部の内部に、導波路下部の突起部３０１３−１を形成する。
【００９２】
たとえば、プラズマＣＶＤ法によってシリコン窒化（ＳｉＮ）膜を、平坦化膜３００４−２の開口部内部に充填するように成膜後、ＣＭＰ処理によって、その表面を平坦化する。このようにすることで、導波路下部の突起部３０１３−１が層間絶縁膜３００７−２の開口部に形成される。
【００９３】
つぎに、図７（ｉ）に示すように、導波路３００６を形成する。ここでは、導波路下部の突起部３０１３−１と層間絶縁膜３００７−２を被覆するように、層間絶縁膜３００７−１形成が実施される。たとえば、層間絶縁膜３００７−２の場合と同様に、酸化シリコン膜を用いて、この層間絶縁膜３００７−１を形成する。
【００９４】
つぎに、図７（ｊ）に示すように、導波路３００６の上部にフォトレジストマスク６００３を形成する。そして、上記のフォトレジストマスク６００２の場合と同様にして、リソグラフィ技術を用いて、層間絶縁膜３００７−１上にフォトレジストマスク６００３を形成する。
【００９５】
本実施形態においては、層間絶縁膜３００７−１において、導波路３００６を形成する領域の表面が露出し、その他の領域が被覆されるように、このフォトレジストマスク６００３を形成する。つぎに、図７（ｋ）に示すように、層間絶縁膜３００７−１の開口部を形成する。ここでは、フォトレジストマスク６００３を用いて、層間絶縁膜３００７−１の一部をエッチング処理にて除去することで、層間絶縁膜３００７−１の開口部を形成する。具体的には、図７（ｋ）に示すように、層間絶縁膜３００７−１において、導波路３００６に対応する部分を含むように、この層間絶縁膜３００７−１の開口部を形成する。
【００９６】
本実施形態においては、層間絶縁膜３００７−１の開口部の側面が、フォトダイオード３０１０の受光面に垂直なｚ方向に沿っており、この層間絶縁膜３００７−１の開口部にてフォトダイオード３０１０の受光面に沿ったｘｙ面の方向の面が、導波路下部の突起部３００７−２の入射面の面積よりも大きくなるように、この層間絶縁膜３００７−１の開口部を形成する。
【００９７】
また、フォトダイオード３０１０の受光面に沿ったｘｙ面の方向において、フォトダイオード３０１０の受光面の中心に、平坦化膜３００４の開口部の中心が対応するように、この平坦化膜３００４−２の開口部を形成する。たとえば、上述した層間絶縁膜３００７−２の開口部の場合と同様に、異方性のエッチング処理の実施にて、この層間絶縁膜３００７−１の開口部の形成が行われる。そして、アッシング処理等の処理によって、フォトレジストマスク６００３を除去する。
【００９８】
つぎに、図７（ｌ）に示すように、導波路３００６を形成する。ここでは、平坦化膜３００４−２の一部を除去して形成された開口部の内部に、導波路３００６を形成する。たとえば、層間絶縁膜３００７−１の場合と同様にして、導波路３００６が形成される。そして、この導波路３００６が形成された表面を平坦化するように、平坦化膜３００
２を形成する。
【００９９】
この後、図６（ａ）に示したように、カラーフィルタ３００３，平坦化膜３００２，集光レンズ３００１を形成する。カラーフィルタ３００３の形成方法は実施例１と同様である。この後、図６（ａ）に示すように、平坦化膜３００４、カラーフィルタ３００３、平坦化膜３００２、集光レンズ３００１を下から積層して形成して、撮像素子１００１を完成させる。
【０１００】
次に図６（ｂ）の作成方法について述べる。図８は発明の実施の形態２に係る撮像素子の作成法の一部を示したものである。図７（ｄ）までは、先に述べた方法と同様である。
【０１０１】
次に、図８（ｍ）に示すように、層間絶縁膜３００７−４を形成する。次に、図８（ｎ）に示すように、層間絶縁膜３００７−４の上にフォトレジストマスク６００４を形成する。次に、図８（ｏ）に示すように、層間絶縁膜３００７−４の開口部を形成する。
【０１０２】
ここでは、フォトレジストマスク６００４を用いて、平層間絶縁膜３００７−４の一部をエッチング処理にて除去することで、層間絶縁膜３００７−４の開口部を形成する。
具体的には、図５（ｎ）に示すように、層間絶縁膜３００７−４において、導波路下面の斜面形成部の一部３０１３−５に対応する部分を含むように、この平坦化膜３００４−５の開口部を形成する。また、この平坦化膜３００４−５開口部は、フォトダイオード３０１１の直上かつ、ポリシリコン電極３０１２から離れた位置に開ける。
そして、フォトレジストマスク６００４を除去する。
【０１０３】
次に、図８（ｐ）に示すように、層間絶縁膜３００７−４の一部を除去して形成された開口部の内部に、導波路下面の斜面形成部の一部３０１３−５を形成し、さらに、層間絶縁膜３００７−３を層間絶縁膜３００７−４と導波路下面の斜面形成部の一部３０１３−５を覆うように形成する。
【０１０４】
次に、図８（ｑ）に示すように、フォトレジストマスク６００５を形成する。次に、図８（ｒ）に示すように、層間絶縁膜３００７−３の開口部を形成する。ここでは、フォトレジストマスク６００４を用いて、平層間絶縁膜３００７−３の一部をエッチング処理にて除去することで、層間絶縁膜３００７−３の開口部を形成する。
【０１０５】
具体的には、図８（ｒ）に示すように、層間絶縁膜３００７−３において、導波路下面の斜面形成部の一部３０１３−４に対応する部分を含むように、この層間絶縁膜３００７−３の開口部を形成する。また、この層間絶縁膜３００７−３開口部は、フォトダイオード３０１０の直上かつ、導波路下面の斜面形成部の一部３０１３−５より広く開ける。
【０１０６】
次に、図８（ｓ）に示すように、導波路下面の斜面形成部の一部３０１３−４を形成する。
【０１０７】
上記、図８（ｐ）から図８（ｓ）の処理を光の波長より十分小さなスケールで積層を繰り返すことにより、図６（ｂ）のように光学的には導波路下面に斜面を形成することが可能となる。この後、図６（ｂ）に示すように、層間絶縁膜３００７、導波路３００６、平坦化膜３００４、カラーフィルタ３００３、平坦化膜３００２、集光レンズ３００１を下から積層して形成して、撮像素子１００１を完成させる。
【０１０８】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【０１０９】
上記のような構成をとることで、撮像素子への主光線入射角度が大きく変化する光学系を有する撮像装置において、フォトダイオード周辺のポリシリコン電極への漏れこみ光量を減少させ、光学特性の改善を提供することか可能となる。
【符号の説明】
【０１１０】
１００１  光学部、１００２  撮像素子、１００３  システムコントロール部、
１００４  ＣＰＵ、１００５  ＲＯＭ、１００６  ＲＡＭ、１００７  ＤＳＰ、
１００８  外部インターフェース、１００９  メモリ媒体、
１０１０  メモリ媒体コントローラ、１０１１  操作パネル、１０１２  ディスプレイ、
２００１  合焦面、３００１  集光レンズ、３００２  平坦化膜、
３００３  カラーフィルタ、３００４  平坦化膜、３００４−１  平坦化膜、
３００４−２  平坦化膜、３００４−３  平坦化膜、３００４−４  平坦化膜、
３００４−５  平坦化膜、３００５−１  導波路上面の突起部、
３００５−２  導波路上面の斜面形成部、
３００５−３  導波路上面の斜面形成部の一部、
３００５−４  導波路上面の斜面形成部の一部、３００６  導波路、
３００７  層間絶縁膜、３００８  配線、３００９  パッシベーション層、
３０１０  フォトダイオード、３０１１  シリコン基板、３０１２  ポリシリコン電極、
３０１３−１  導波路下面の突起部、３０１３−２  導波路下面の斜面形成部、
４１００  フォトレジストマスク、４１０１  フォトレジストマスク、
４１０２  フォトレジストマスク、４１０３  フォトレジストマスク、
４１０４  フォトレジストマスク、６００１  フォトレジストマスク、
６００２  フォトレジストマスク、６００３  フォトレジストマスク、
６００４  フォトレジストマスク、６００５  フォトレジストマスク、
９００１  集光レンズ、９００２  平坦化膜、９００３  カラーフィルタ、
９００４  平坦化膜、９００６  導波路、９００７  層間絶縁膜、９００８  配線、
９００９  パッシベーション層、９０１０  フォトダイオード、
９０１１  シリコン基板、９０１２  ポリシリコン電極
【図１】
2017034168.tif 000003
【図２】
2017034168.tif 000004
【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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