特許 7171652 固体撮像素子および電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-11-07

(45)【発行日】2022-11-15

(54)【発明の名称】固体撮像素子および電子機器

(51)【国際特許分類】

   H01L 27/146 20060101AFI20221108BHJP

   H04N 5/369 20110101ALI20221108BHJP

   H04N 9/07 20060101ALI20221108BHJP

【ＦＩ】

H01L27/146 D

H01L27/146 A

H04N5/369

H04N9/07 A

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2020105278

(22)【出願日】2020-06-18

(62)【分割の表示】P 2016550273の分割

【原出願日】2016-01-04

(65)【公開番号】P2020167435

(43)【公開日】2020-10-08

【審査請求日】2020-06-29

(31)【優先権主張番号】P 2015004098

(32)【優先日】2015-01-13

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】316005926

【氏名又は名称】ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100121131

【弁理士】

【氏名又は名称】西川 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100082131

【弁理士】

【氏名又は名称】稲本 義雄

(74)【代理人】

【識別番号】100168686

【弁理士】

【氏名又は名称】三浦 勇介

(72)【発明者】

【氏名】葭葉 一平

(72)【発明者】

【氏名】大塚 洋一

【審査官】柴山 将隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－２９４６４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００１－２３７４０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７６７１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０２１４１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０００８５５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－２５４７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０１５２９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１４／１４１９９１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２７／１４６

Ｈ０４Ｎ ５／３６９

Ｈ０４Ｎ ９／０７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の画素と、前記第１の画素に隣接した第２の画素とを含む複数の画素を有する画素アレイ部と、
前記第１の画素と前記第２の画素との間に設けられた第１の複数段遮光壁と
を備え、
前記第１の複数段遮光壁は、カラーフィルタより下層に配置され、
半導体基板の光入射面の上方に設けられた第１の遮光膜と、
前記第１の遮光膜と一端が接して、前記第１の遮光膜の上方に設けられた第１の遮光壁と、
前記第１の遮光壁から前記画素アレイ部の中心側へとオフセットして、前記第１の遮光壁の上方に設けられた第２の遮光壁と
を有し、
前記第１の複数段遮光壁の形成層である複数段遮光壁レイヤのうち、少なくとも１つの遮光壁レイヤの所定の画素にインナーレンズが形成されており、
前記インナーレンズは前記第２の遮光壁と接しており、
前記第１の遮光膜の幅は、前記第１の遮光壁の最大幅よりも大きい
固体撮像素子。

【請求項2】

前記第１の遮光壁と前記第２の遮光壁は、同じ材料で形成されている
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項3】

前記第１の遮光膜は、前記第２の画素の光電変換領域の一部を覆う
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項4】

前記複数の画素は、前記第１の画素の前記第２の画素側とは反対側に隣接する第３の画素をさらに備え、
前記第１の画素と前記第３の画素との間の第２の複数段遮光壁をさらに備え、
前記第２の複数段遮光壁は、前記カラーフィルタより下層に配置され、
前記半導体基板の光入射面の上方に設けられた第２の遮光膜と、
前記第２の遮光膜と一端が接して、前記第２の遮光膜の上方に設けられた第３の遮光壁と、
前記第３の遮光壁から前記画素アレイ部の中心側へとオフセットして、前記第３の遮光壁の上方に設けられた第４の遮光壁と
を有し、
前記第２の遮光膜の幅は、前記第３の遮光壁の最大幅よりも大きい
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項5】

前記第２の遮光膜の幅は、前記第１の遮光膜の幅よりも小さい
請求項４に記載の固体撮像素子。

【請求項6】

前記第２の遮光膜の幅は、前記第１の遮光膜の幅と同じである
請求項４に記載の固体撮像素子。

【請求項7】

前記第３の画素、前記第１の画素、および、前記第２の画素は、その順で並んで前記画素アレイ部に配置されている
請求項５に記載の固体撮像素子。

【請求項8】

前記第４の遮光壁の一部は、前記第３の遮光壁の一部と接触する
請求項４に記載の固体撮像素子。

【請求項9】

前記第２の遮光壁の一部は、前記第１の遮光壁の一部と接触する
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項10】

前記第１の画素、前記第２の画素、または、それらの両方は、前記インナーレンズと、アウターレンズであるオンチップレンズを含む
請求項１に記載の固体撮像素子。

【請求項11】

第１の画素と、前記第１の画素に隣接した第２の画素とを含む複数の画素を有する画素アレイ部と、
前記第１の画素と前記第２の画素との間に設けられた第１の複数段遮光壁と
を備え、
前記第１の複数段遮光壁は、カラーフィルタより下層に配置され、
半導体基板の光入射面の上方に設けられた第１の遮光膜と、
前記第１の遮光膜と一端が接して、前記第１の遮光膜の上方に設けられた第１の遮光壁と、
前記第１の遮光壁から前記画素アレイ部の中心側へとオフセットして、前記第１の遮光壁の上方に設けられた第２の遮光壁と
を有し、
前記第１の複数段遮光壁の形成層である複数段遮光壁レイヤのうち、少なくとも１つの遮光壁レイヤの所定の画素にインナーレンズが形成されており、
前記インナーレンズは前記第２の遮光壁と接しており、
前記第１の遮光膜の幅は、前記第１の遮光壁の最大幅よりも大きい
固体撮像素子
を備える電子機器。

【請求項12】

前記第１の遮光壁と前記第２の遮光壁は、同じ材料で形成されている
請求項１１に記載の電子機器。

【請求項13】

前記第１の遮光膜は、前記第２の画素の光電変換領域の一部を覆う
請求項１１に記載の電子機器。

【請求項14】

前記複数の画素は、前記第１の画素の前記第２の画素側とは反対側に隣接する第３の画素をさらに備え、
前記第１の画素と前記第３の画素との間の第２の複数段遮光壁をさらに備え、
前記第２の複数段遮光壁は、前記カラーフィルタより下層に配置され、
前記半導体基板の光入射面の上方に設けられた第２の遮光膜と、
前記第２の遮光膜と一端が接して、前記第２の遮光膜の上方に設けられた第３の遮光壁と、
前記第３の遮光壁から前記画素アレイ部の中心側へとオフセットして、前記第３の遮光壁の上方に設けられた第４の遮光壁と
を有し、
前記第２の遮光膜の幅は、前記第３の遮光壁の最大幅よりも大きい
請求項１１に記載の電子機器。

【請求項15】

前記第２の遮光膜の幅は、前記第１の遮光膜の幅よりも小さい
請求項１４に記載の電子機器。

【請求項16】

前記第２の遮光膜の幅は、前記第１の遮光膜の幅と同じである
請求項１４に記載の電子機器。

【請求項17】

前記第３の画素、前記第１の画素、および、前記第２の画素は、その順で並んで前記画素アレイ部に配置されている
請求項１５に記載の電子機器。

【請求項18】

前記第４の遮光壁の一部は、前記第３の遮光壁の一部と接触する
請求項１４に記載の電子機器。

【請求項19】

前記第２の遮光壁の一部は、前記第１の遮光壁の一部と接触する
請求項１１に記載の電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、固体撮像素子および電子機器に関し、特に、斜め光特性と感度向上の両立を図ることができるようにする固体撮像素子および電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

CMOS固体撮像素子には、表面照射型と裏面照射型が知られている。表面照射型のCMOS固体撮像素子では、多層配線層及び画素トランジスタが形成された基板表面を受光面として、その基板表面側から、光が入射される。裏面照射型のCMOS固体撮像素子では、多層配線層及び画素トランジスタが形成された基板表面とは反対側の基板裏面を受光面として、基板裏面側から、光が入射される（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

裏面照射型では、光は多層配線層の制約を受けることなく、フォトダイオードに入射されるので、フォトダイオードの開口を広く取ることができ、同じ画素ピッチで比較した時に表面照射型よりも高感度化が図れる。更に、裏面照射型は、受光面側に配線層がないので、表面照射型よりも集光構造を低背化することが出来、優れた斜め光特性が実現できる（例えば、非特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１１－１３５１０１号公報

【非特許文献】

【0005】

【文献】CMOSイメージセンサーの最新動向－高性能化、高機能化から応用展開まで－(2007 シーエムシー出版) P39-40、S. Iwabuchi, et al. ISSCC Dig. Tech. Papers. pp.302-303,(2006)

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、例えばデジタル一眼カメラに使用されるようなイメージセンサにおいては、装着するレンズの主光線角度よりも大きな角度の光は、カメラ筐体内部での反射光などの不要光である可能性が高く、必要以上に斜め光特性が高いと不要光を検出してしまうこととなり、画質劣化を招いてしまう。低背化した状態で斜め光特性を調整する場合には、画素間の遮光膜の幅を調整することが考えられるが、オンチップレンズと遮光膜の距離が近いため、遮光膜開口でケラレてしまい感度を劣化させてしまう。必要な角度範囲の光にだけ感度を持ちたい場合には、高背化して、ある程度受光面（遮光膜開口）にフォーカスポイントを合わせた状態で、画素間の遮光膜の幅で調整することができるが、その場合にはオンチップレンズと遮光膜の間からの斜め光による混色が懸念される。

【0007】

本開示は、このような状況に鑑みてなされたものであり、裏面照射型の固体撮像素子において、斜め光特性と感度向上の両立を図ることができるようにするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本開示の第１の側面の固体撮像素子は、第１の画素と、前記第１の画素に隣接した第２の画素とを含む複数の画素を有する画素アレイ部と、前記第１の画素と前記第２の画素との間に設けられた第１の複数段遮光壁とを備え、前記第１の複数段遮光壁は、カラーフィルタより下層に配置され、半導体基板の光入射面の上方に設けられた第１の遮光膜と、前記第１の遮光膜と一端が接して、前記第１の遮光膜の上方に設けられた第１の遮光壁と、前記第１の遮光壁から前記画素アレイ部の中心側へとオフセットして、前記第１の遮光壁の上方に設けられた第２の遮光壁とを有し、前記第１の複数段遮光壁の形成層である複数段遮光壁レイヤのうち、少なくとも１つの遮光壁レイヤの所定の画素にインナーレンズが形成されており、前記インナーレンズは前記第２の遮光壁と接しており、前記第１の遮光膜の幅は、前記第１の遮光壁の最大幅よりも大きい。

【0009】

本開示の第２の側面の電子機器は、第１の画素と、前記第１の画素に隣接した第２の画素とを含む複数の画素を有する画素アレイ部と、前記第１の画素と前記第２の画素との間に設けられた第１の複数段遮光壁とを備え、前記第１の複数段遮光壁は、カラーフィルタより下層に配置され、半導体基板の光入射面の上方に設けられた第１の遮光膜と、前記第１の遮光膜と一端が接して、前記第１の遮光膜の上方に設けられた第１の遮光壁と、前記第１の遮光壁から前記画素アレイ部の中心側へとオフセットして、前記第１の遮光壁の上方に設けられた第２の遮光壁とを有し、前記第１の複数段遮光壁の形成層である複数段遮光壁レイヤのうち、少なくとも１つの遮光壁レイヤの所定の画素にインナーレンズが形成されており、前記インナーレンズは前記第２の遮光壁と接しており、前記第１の遮光膜の幅は、前記第１の遮光壁の最大幅よりも大きい固体撮像素子を備える。

【0011】

本開示の第１および第２の側面においては、固体撮像素子において、第１の画素と、前記第１の画素に隣接した第２の画素とを含む複数の画素を有する画素アレイ部と、前記第１の画素と前記第２の画素との間に設けられた第１の複数段遮光壁とが設けられ、前記第１の複数段遮光壁は、カラーフィルタより下層に配置され、半導体基板の光入射面の上方に設けられた第１の遮光膜と、前記第１の遮光膜と一端が接して、前記第１の遮光膜の上方に設けられた第１の遮光壁と、前記第１の遮光壁から前記画素アレイ部の中心側へとオフセットして、前記第１の遮光壁の上方に設けられた第２の遮光壁とが設けられ、前記第１の複数段遮光壁の形成層である複数段遮光壁レイヤのうち、少なくとも１つの遮光壁レイヤの所定の画素にインナーレンズが形成されており、前記インナーレンズは前記第２の遮光壁と接しており、前記第１の遮光膜の幅は、前記第１の遮光壁の最大幅よりも大きく形成される。

【0012】

固体撮像素子及び電子機器は、独立した装置であっても良いし、他の装置に組み込まれるモジュールであっても良い。

【発明の効果】

【0013】

本開示の第１および第２の側面によれば、斜め光特性と感度向上の両立を図ることができる。

【0014】

なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれかの効果であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本開示に係る固体撮像素子の概略構成を示す図である。

【図2】第１の実施の形態に係る画素の断面構成図である。

【図3】遮光膜の平面図である。

【図4】第１の実施の形態に係る画素の製造方法について説明する図である。

【図5】第１の実施の形態に係る画素の製造方法について説明する図である。

【図6】第１の実施の形態に係る画素の製造方法について説明する図である。

【図7】遮光壁を一段で形成した場合と複数段で形成した場合の受光特性を説明する図である。

【図8】第２の実施の形態に係る画素の断面構成図である。

【図9】第３の実施の形態に係る画素の断面構成図である。

【図10】第４の実施の形態に係る画素の断面構成図である。

【図11】位相差画素の画素構造について説明する図である。

【図12】インナーレンズの形成方法について説明する図である。

【図13】オンチップレンズの形状について説明する図である。

【図14】位相差オートフォーカスの測距許容限界と扁平率の関係を示す図である。

【図15】OPB領域の遮光構造の第１の構成例を説明する図である。

【図16】OPB領域の遮光構造の第２の構成例を説明する図である。

【図17】図１６に示したOPB領域の遮光構造の製造方法について説明する図である。

【図18】OPB領域の遮光壁のその他の構成例を示す図である。

【図19】固体撮像素子の基板構成例を示す図である。

【図20】本開示に係る電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本開示を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像素子の概略構成例
２．画素の第１の実施の形態（インナーレンズのない構成例）
３．第１の実施の形態に係る画素の製造方法
４．画素の第２の実施の形態（インナーレンズを有する第１構成例）
５．画素の第３の実施の形態（インナーレンズを有する第２構成例）
６．画素の第４の実施の形態（インナーレンズを有する第３構成例）
７．位相差画素の画素構造
８．インナーレンズの形成方法
９．オンチップレンズの形状について
１０．OPB領域の遮光構造
１１．固体撮像素子の基板構成例
１２．電子機器への適用例

【0017】

＜１．固体撮像素子の概略構成例＞
図１は、本開示に係る固体撮像素子の概略構成を示している。

【0018】

図１の固体撮像素子１は、半導体として例えばシリコン（Si）を用いた半導体基板１２に、画素２が行列状に２次元配置された画素アレイ部３と、その周辺の周辺回路部とを有して構成される。周辺回路部には、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６、出力回路７、制御回路８などが含まれる。

【0019】

画素２は、光電変換素子としてのフォトダイオードと、複数の画素トランジスタを有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば、転送トランジスタ、選択トランジスタ、リセットトランジスタ、及び、増幅トランジスタの４つのMOSトランジスタで構成される。

【0020】

また、画素２は、共有画素構造とすることもできる。この共有画素構造は、複数のフォトダイオードと、複数の転送トランジスタと、共有される１つのフローティングディフージョン（浮遊拡散領域）と、共有される１つずつの他の画素トランジスタとから構成される。すなわち、共有画素構造では、複数の単位画素を構成するフォトダイオード及び転送トランジスタが、他の１つずつの画素トランジスタを共有して構成される。

【0021】

制御回路８は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像素子１の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、制御回路８は、生成したクロック信号や制御信号を、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に出力する。

【0022】

垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、所定の画素駆動配線１０を選択し、選択された画素駆動配線１０に画素２を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素２を駆動する。すなわち、垂直駆動回路４は、画素アレイ部３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、各画素２の光電変換部において受光量に応じて生成された信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線９を通してカラム信号処理回路５に供給させる。

【0023】

カラム信号処理回路５は、例えば、画素２の列ごとに配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。カラム信号処理回路５は、画素固有の固定パターンノイズを除去するためのCDS(Correlated Double Sampling：相関２重サンプリング)およびAD変換等の信号処理を行う。

【0024】

水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１１に出力させる。

【0025】

出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１１を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。出力回路７は、例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子１３は、外部と信号のやりとりをする。

【0026】

以上のように構成される固体撮像素子１は、CDS処理とAD変換処理を行うカラム信号処理回路５が画素列ごとに配置されたカラムAD方式と呼ばれるCMOSイメージセンサである。

【0027】

＜２．画素の第１の実施の形態＞
＜画素の断面構成図＞
図２は、第１の実施の形態に係る画素２の断面構成図である。

【0028】

固体撮像素子１は、半導体基板１２の、例えば、ｐ型（第１導電型）の半導体領域４１に、ｎ型（第２導電型）の半導体領域４２を画素２ごとに形成することにより、フォトダイオードPDが、画素単位に形成されている。半導体基板１２の表裏両面に臨むｐ型の半導体領域４１は、暗電流抑制のための正孔電荷蓄積領域を兼ねている。

【0029】

半導体基板１２の表面側（図中下側）には、フォトダイオードPDに蓄積された電荷の読み出し等を行う複数の画素トランジスタTrと、複数の配線層４３と層間絶縁膜４４とからなる多層配線層４５が形成されている。

【0030】

半導体基板１２の多層配線層４５側には光が入射されないので、配線層４３のレイアウトは制約されず、自由に設定することができる。

【0031】

半導体基板１２の裏面側（図中上側）の界面には、絶縁層４６が形成される。図２の例では、絶縁層４６は、屈折率の異なる複数層、例えば、ハフニウム酸化（HfO2）膜４８とシリコン酸化膜４７の２層の膜で構成されており、絶縁層４６は、光学的には反射防止膜として機能する。

【0032】

絶縁層４６の上面には、平坦化膜４９が形成されており、その平坦化膜４９上の画素境界部分に、画素間遮光膜５０が形成されている。画素間遮光膜５０は、光を遮光する材料であればよく、遮光性が強く、かつ微細加工、例えばエッチングで精度よく加工できる材料として、金属、例えばアルミニウム（Al）、タングステン（Ｗ）、または銅（Cu）の膜で形成することが好ましい。

【0033】

画素間遮光膜５０は、図３に示されるように、画素有効領域の外側のOPB（Optical Black）形成膜５１及び位相差画素２P（図１１）の瞳分割遮光膜５２と同一層で、同時に形成することができる。画素間遮光膜５０は、画素間において混色や想定していない角度で入射するフレア成分の光を抑制する。OPB形成膜５１は、画素有効領域外を覆うことで暗時出力の基準となる黒レベルを検出するOPBクランプ領域を形成する。瞳分割遮光膜５２は、位相差画素２Pにおいて異なる射出瞳からの光を分離する。

【0034】

位相差画素２Pは、瞳分割遮光膜５２により、例えば、図３に示されるようにフォトダイオードPDの受光面の左側半分が開口されたタイプAと、右側半分が開口されたタイプBの２種類があり、これら２種類が対となって画素アレイ部３の所定の位置に配置されている。タイプAからの画素信号とタイプBの画素信号とでは、開口部の形成位置の違いにより、像のずれが発生する。この像のずれから、位相ずれ量を算出してデフォーカス量を算出し、撮影レンズを調整（移動）することで、オートフォーカスを達成することができる。

【0035】

なお勿論、画素間遮光膜５０、OPB形成膜５１、及び瞳分割遮光膜５２は、同時に形成される必要はなく、別個に形成されるようにしてもよい。また、例えば混色やフレアの抑制より、感度の向上を優先して図る場合には、画素間遮光膜５０の格子状の幅を小さくするようにしてもよい。

【0036】

図２の説明に戻り、画素間遮光膜５０と絶縁層４６の上には、遮光壁６１と平坦化膜６２の層が、複数段、形成されている。具体的には、画素間遮光膜５０上の一部分に、第１の遮光壁６１Aが形成されるとともに、その第１の遮光壁６１Aどうしの間に第１の平坦化膜６２Aが形成されている。そしてさらに、第１の遮光壁６１Aと第１の平坦化膜６２Aの上に、第２の遮光壁６１Bと第２の平坦化膜６２Bが形成されている。

【0037】

第２の遮光壁６１Bと第２の平坦化膜６２Bの上面には、カラーフィルタ７１が画素毎に形成されている。カラーフィルタ７１の配列としては、R（赤）、G（緑）、B（青）の各色が、例えばベイヤ配列により配置されることとするが、その他の配列方法で配置されてもよい。

【0038】

第１の遮光壁６１Aと第２の遮光壁６１Bは、平面方向については、図３に示した画素間遮光膜５０のように、画素境界部分に格子状に形成されている。

【0039】

複数段のうちの最上段となる第２の遮光壁６１Bについては、隣り合うカラーフィルタ７１間を遮光する目的で、第２の平坦化膜６２Bからカラーフィルタ７１の層へ突き出すような形としてもよい。

【0040】

カラーフィルタ７１の上には、オンチップレンズ７２が画素ごとに形成されている。このオンチップレンズ７２の材料としては、例えば、スチレン系樹脂やアクリル系樹脂、スチレン－アクリル共重合系樹脂、シロキサン系樹脂などの有機材料が挙げられる。スチレン系樹脂の屈折率は１．６程度、アクリル系樹脂の屈折率は１．５程度である。スチレン－アクリル共重合系樹脂の屈折率は１．５～１．６程度、シロキサン系樹脂の屈折率は１．４５程度である。

【0041】

また例えば、有機系材料として、上述した樹脂やポリイミド樹脂中にTiO微粒子を分散させた、有機無機ハイブリットのものを利用してもよい。

【0042】

さらに、このオンチップレンズ７２の材料として、例えば、SiNやSiONなどの無機材料を用いてもよい。SiNの屈折率は１．９～２．０程度であり、SiONの屈折率は１．４５～１．９程度である。

【0043】

オンチップレンズ７２の表面は、反射防止膜７３で被膜されている。

【0044】

図中、画素間遮光膜５０より上側に形成された、第１の遮光壁６１A、第２の遮光壁６１B、カラーフィルタ７１、及びオンチップレンズ７２は、瞳補正を行うように形成されている。

【0045】

即ち、画素アレイ部３の中心部では、光学レンズ（図示せず）からの入射光の主光線の入射角が０度となるので、瞳補正を行う必要はなく、フォトダイオードPDの中心と、カラーフィルタ７１やオンチップレンズ７２の中心は一致する。

【0046】

一方、画素アレイ部３の周辺部（外周部）では、光学レンズからの入射光の主光線の入射角がレンズの設計に応じて所定の角度となるので、瞳補正が行われる。すなわち、図２に示されるように、カラーフィルタ７１やオンチップレンズ７２の中心が、フォトダイオードPDの中心より、画素アレイ部３の中心側にずらして配置される。このカラーフィルタ７１やオンチップレンズ７２の中心位置とフォトダイオードPDの中心位置のずれ量は、画素アレイ部３の外周へ行くほど大きくなる。

【0047】

そして、カラーフィルタ７１やオンチップレンズ７２のずれに合わせて、第１の遮光壁６１Aと第２の遮光壁６１Bの位置も、画素アレイ部３の外周へ行くほど、中心側にずれている。

【0048】

なお、図２に示される画素構造は、遮光壁６１が、第１の遮光壁６１Aと第２の遮光壁６１Bの２段で形成されている例であるが、任意の段数（Q段（Q＞２）で形成することができる。以下、遮光壁６１が形成されている層を遮光壁レイヤともいう。

【0049】

遮光壁６１の瞳補正については、ある任意の像高において、それぞれの遮光壁６１の高さで最適な補正量を適用することにより、画素アレイ部３の周辺部（画角端）での感度ロスを最小限に抑えることが可能である。

【0050】

瞳補正量は、ある任意の像高において、遮光壁６１の段数が上がるほど、換言すれば、カラーフィルタ７１に近くなるほど大きくなるが、最上段の遮光壁６１の瞳補正量は、カラーフィルタ７１の瞳補正量以下となる。

【0051】

また、カラーフィルタ７１の瞳補正量については、補正量が大きいと隣接画素の遮光壁６１で囲まれた領域へ自画素のカラーフィルタ７１が入ることによる混色の影響が懸念される。そのため、カラーフィルタ７１の瞳補正量は、カラーフィルタ７１に最も距離が近い最上段の遮光壁６１と同じ補正量から、最上段の遮光壁６１の瞳補正量に最上段の遮光壁６１の幅の半分を加えた補正量の範囲とされる。具体的には、最上段の遮光壁６１の瞳補正量及び幅を、C及びXとすると、カラーフィルタ７１の瞳補正量DがC≦D≦C＋X/2となるように、カラーフィルタ７１が形成される。

【0052】

また、瞳補正量は、画素間遮光膜５０≦一段目の遮光壁６１≦二段目の遮光壁６１≦・・・・≦最上段の遮光壁６１≦カラーフィルタ７１≦オンチップレンズ７２の順に大きくなる。

【0053】

また、一段分の遮光壁６１の高さが同じで、かつ、平坦化膜６２の材料が同じ場合には、遮光壁６１の瞳補正量は、遮光壁６１のあるレイヤの高さに応じて比例関係になることが望ましい。

【0054】

また、画角端に太陽などの強い光が入った時に、カメラ筐体内部での反射光により、レンズから入ってくる通常の光とは異なる方向（瞳補正の方向とは逆方向もあり得る）から入射してくる光により、フレアなどの混色の影響が懸念されるため、様々な方向からの入射光に対応するため、カラーフィルタ７１の瞳補正は、カラーフィルタ７１下の最上段の遮光壁６１と同じ補正量であることが望ましい。

【0055】

画角端では瞳補正量が大きくなるため、上段の遮光壁６１と、そのすぐ下の段の遮光壁６１とが全く重ならず、上段の遮光壁６１がすぐ下の段の遮光壁６１を踏み外した状態となる。このような場合、遮光壁６１をパターン加工する時の平坦化膜６２エッチング時のアーキングが懸念されるかもしれない。しかし、像高中央では、各段の遮光壁６１の瞳補正量は同程度となり、下段の壁と必ず接続されており、接続されている上下の遮光壁６１は電気的には同電位となっている。そのためアーキングの懸念はない。

【0056】

また、遮光壁６１をパターン加工する時の平坦化膜６２エッチングにおいて、遮光壁６１の平面方向の面積が、底面から上方に行くほど大きくなる順テーパー加工をすることにより、上段の遮光壁６１の小さい底面を、それより広い下段の遮光壁６１の上面で支えることができる。その結果、上段の遮光壁６１が、その下の遮光壁６１を踏み外すリスクを低減することが可能であり、さらにメタルの埋め込み性を改善し、プロセスマージンを確保することも可能になる。

【0057】

固体撮像素子１の画素構造は以上のように構成されており、固体撮像素子１は、画素トランジスタTrが形成される半導体基板１２の表面側と反対側の裏面側から光が入射される裏面照射型のMOS型固体撮像素子である。

【0058】

また、固体撮像素子１は、画素間遮光膜５０とは別に、隣接画素からの斜め光の入射を防止する遮光壁６１を少なくとも二段有する構成とされている。

【0059】

＜３．第１の実施の形態に係る画素の製造方法＞
次に、図４乃至図６を参照して、上述した第１の実施の形態に係る画素２の製造方法について説明する。

【0060】

まず、図４のAに示されるように、半導体基板１２の、ｐ型の半導体領域４１にｎ型の半導体領域４２を画素２ごとに形成することにより、フォトダイオードPDが、画素単位に形成される。半導体基板１２の表面側（図中下側）に、フォトダイオードPDに蓄積された電荷の読み出し等を行う複数の画素トランジスタTrと、複数の配線層４３と層間絶縁膜４４とからなる多層配線層４５が形成される。さらに、半導体基板１２の裏面側（図中上側）に、絶縁層４６及び平坦化膜４９が形成される。この工程までは、一般的な裏面照射型の固体撮像素子を形成する場合と同様の方法で作成することができる。

【0061】

次に、図４のBに示されるように、平坦化膜４９上の画素境界部分に、アルミニウム（Al）、タングステン（Ｗ）、または銅（Cu）などの金属材料により、画素間遮光膜５０が形成される。

【0062】

次に、平坦化膜６２Aとなる無機材料、例えばSiO2を成膜後、CMP（Chemical Mechanical Polishing）などで平坦化することで、画素間遮光膜５０の上面に平坦化層を形成し、その後、画素間遮光膜５０上の所定部分をエッチング加工することにより、図４のCに示されるように、平坦化膜６２Aに対して第１の遮光壁６１Aを形成する部分が開口された開口部１０１が形成される。

【0063】

そして、開口部１０１にタングステンや銅などの金属材料を埋め込んだ後、表面全体をCMP（Chemical Mechanical Polishing）することにより、図４のDに示されるように、第１の遮光壁６１Aが形成される。

【0064】

なお、開口部１０１に金属材料を埋め込む際には、密着層として、例えばTiNが内周面に形成されるが、この密着層により、反射低減による不要光低減効果が期待できる。

【0065】

また、第１の遮光壁６１Aの金属材料としてアルミニウムを用いる場合には、最初に第１の遮光壁６１Aを形成してから、平坦化膜６２Aを形成することができる。具体的には、まず初めに、所望の高さまで第１の遮光壁６１Aとなるアルミニウムを全面に成膜し、リソグラフィでパターニングを行うことにより第１の遮光壁６１Aが形成される。その後、平坦化膜６２Aとなる無機材料、例えばSiO2を、形成した第１の遮光壁６１Aの間に埋め込んで、表面全体をCMPで平坦化することにより、図４のDの状態となる。

【0066】

第１の遮光壁６１Aは、画素間遮光膜５０をエッチング加工時の台座としても使用しているが、感度を優先して画素間遮光膜５０を形成しない場合であっても、第１の遮光壁６１Aをパターニングする際のエッチング加工を時間固定にしたり、フォトダイオードPD上の絶縁層、例えばSiNをストッパーとして用いエッチングストップすることにより、第１の遮光壁６１Aを形成することは可能である。

【0067】

図４のC及び図４のDを参照して説明した工程を繰り返すことにより、図５のAに示されるように、二段目の第２の遮光壁６１Bと第２の平坦化膜６２Bが形成される。遮光壁６１と平坦化膜６２を三段以上に形成する場合には、同様の工程が繰り返される。なお、バリアメタルのカバレッジ、レジスト膜厚の制約から、一段の遮光壁６１の高さは2um以下とすることが望ましい。

【0068】

次に、図５のBに示されるように、二段目の第２の遮光壁６１Bと第２の平坦化膜６２Bの上に、例えば顔料や染料などの色素を含んだ感光性樹脂を回転塗布することによってカラーフィルタ７１が形成される。カラーフィルタ７１と最上段の第２の遮光壁６１Bとの間の隙間は、高入射角時の混色耐性の観点から、可能な限り小さくすることが望ましい。

【0069】

隣り合うカラーフィルタ７１間を遮光する目的で、最上段となる第２の遮光壁６１Bを、第２の平坦化膜６２Bからカラーフィルタ７１の層へ突き出すような形とする場合には、第２の遮光壁６１Bとなる金属材料を埋め込む成膜の後、画素間の遮光壁の上方に金属材料が残るように、リソグラフィにより画素開口部のみエッチング除去することにより第２の遮光壁６１Bの突き出し部を形成し、第２の遮光壁６１Bどうしの間に、カラーフィルタ７１が埋め込まれる。

【0070】

次に、図５のCに示されるように、カラーフィルタ７１の上に、オンチップレンズ材料１０２とフォトレジスト１０３が形成される。オンチップレンズ材料１０２には、上述したように、樹脂系の有機材料やSiNなどの無機材料、有機無機ハイブリッド材料などを用いることができる。また、フォトレジスト１０３には、ノボラック樹脂を主成分とする感光性材料を用いることができる。

【0071】

図６のAに示されるように、フォトレジスト１０３を熱軟化点より高い温度で熱処理を行うことにより、フォトレジスト１０３がレンズ形状に形成される。そして、レンズ形状のフォトレジスト１０３をマスクとして、ドライエッチング法を用いて、レンズ形状を下地のオンチップレンズ材料１０２にパターン転写させることにより、図６のBに示されるように、オンチップレンズ７２が形成される。

【0072】

ただし、オンチップレンズ７２の形成方法は、上述した方法に限定されるものではない。例えば、感光性樹脂からなるレンズ材の成膜と、プリベーク、露光、現像、ブリーチング露光処理を順次行った後に、感光性樹脂の熱軟化点以上の温度で熱処理を行う方法を用いてもよい。

【0073】

以上のようにして、図２に示した断面構成を有する画素２を製造することができる。

【0074】

＜一段遮光壁との比較＞
図７は、遮光壁６１を一段で形成した場合と、本開示の画素構造のように、遮光壁６１を複数段（二段）で形成した場合との受光特性分布を示している。

【0075】

本開示の画素構造は、複数段の遮光壁６１を有し、それぞれの遮光壁６１に対して、異なる瞳補正が設定されている。即ち、画素アレイ部３の中心付近（画角中央）では、複数段の遮光壁６１は積み重なる構造とされ、画素アレイ部３の外周付近（画角端）になるほど、上段の遮光壁６１は、下段の遮光壁６１よりも画素アレイ部３の中心側にずれていく。瞳補正量は、段数が上がるほど大きくなり、かつ、最上段の瞳補正量は、カラーフィルタの瞳補正量以下となる。

【0076】

図７に示されるように、遮光壁６１を一段で形成した場合には、画角端において入射光のケラレや漏れが発生し、受光特性分布に示されるように感度が低下し、画角端でシェーディングが発生する。

【0077】

これに対して、本開示の画素構造のように、遮光壁６１を複数段（少なくとも二段）で形成した場合には、各段の遮光壁６１で瞳補正量を変えられることから、光を漏れなくフォトダイオードPDに入射させることができるので、画角端でも感度は低下しない。

【0078】

従って、図２に示した第１の実施の形態に係る画素２の画素構造によれば、隣接画素への混色を解消し、かつ、画角端でのシェーディングを抑制することができる。

【0079】

また、各段の遮光壁６１で瞳補正量を変えられることから、集光設計の自由度を向上させることができる。

【0080】

さらに、遮光壁６１を複数段形成することにより、各遮光壁６１のアスペクト比（平面方向の幅と深さの比）を低減することができ、遮光壁６１を形成する際に、金属材料の埋め込み性や加工マージンを確保することが可能となり、プロセスマージンを拡大し、プロセス構築を容易にすることができる。

【0081】

＜４．画素の第２の実施の形態＞
図８は、第２の実施の形態に係る画素２の断面構成図である。

【0082】

第２の実施の形態に係る画素２は、遮光壁６１の段数が三段で構成され、かつ、そのうちの一段にインナーレンズ１２１が形成された構成とされている。

【0083】

具体的には、第１の遮光壁レイヤとしての第１の遮光壁６１Aと第１の平坦化膜６２Aの上に、第２の遮光壁レイヤとしての第２の遮光壁６１Bと第２の平坦化膜６２Bが形成され、第２の遮光壁６１Bと第２の平坦化膜６２Bの上に、第３の遮光壁レイヤとしての第３の遮光壁６１Cと第３の平坦化膜６２Cが形成されている。

【0084】

そして、図８のAの画素構造では、３段の遮光壁レイヤのうちの中間層（第２の遮光壁レイヤ）にインナーレンズ１２１が形成されている。

【0085】

これに対して、図８のBの画素構造では、３段の遮光壁レイヤのうちの最上層（第３の遮光壁レイヤ）にインナーレンズ１２１が形成されている。

【0086】

また、図８のCの画素構造では、３段の遮光壁レイヤのうちの最下層（第１の遮光壁レイヤ）にインナーレンズ１２１が形成されている。

【0087】

なお、図８のA乃至図８のCの例では、各画素２が、３段の遮光壁レイヤのどこかの遮光壁レイヤにインナーレンズ１２１を有している例であるが、インナーレンズ１２１を持たない画素２があってもよい。

【0088】

＜５．画素の第３の実施の形態＞
図９は、第３の実施の形態に係る画素２の断面構成図である。

【0089】

第３の実施の形態の画素構造は、遮光壁６１の段数が三段で構成される点は、図８に示した第２の実施の形態と同様である。

【0090】

しかし、第３の実施の形態の画素構造は、三段の遮光壁レイヤのうち、インナーレンズ１２１が形成されている遮光壁レイヤが、カラーフィルタ７１の色によって違う点が、第２の実施の形態と異なる。

【0091】

図９のAは、GとRのカラーフィルタ７１が交互に配置されている画素行の２画素の断面構成図を示しており、図９のBは、GとBのカラーフィルタ７１が交互に配置されている画素行の２画素の断面構成図を示している。

【0092】

図９のA及び図９のBに示されるように、Rのカラーフィルタ７１が形成されている画素２では、３段の遮光壁レイヤのうちの最上層（第３の遮光壁レイヤ）にインナーレンズ１２１が形成されており、Gのカラーフィルタ７１が形成されている画素２では、中間層（第２の遮光壁レイヤ）にインナーレンズ１２１が形成されている。そして、Bのカラーフィルタ７１が形成されている画素２では、最下層（第１の遮光壁レイヤ）にインナーレンズ１２１が形成されている。

【0093】

従って、図９のインナーレンズ１２１の配置は、波長が長くなるほど、インナーレンズ１２１の位置が上層側となっている。インナーレンズ１２１が上の遮光壁レイヤにあるほど、光を曲げる点で効果は大きくなるため、波長の長い光ほど、早めに（より上層側で）インナーレンズ１２１で集光させることにより、色収差を低減させることができる。

【0094】

＜６．画素の第４の実施の形態＞
図１０は、第４の実施の形態に係る画素２の断面構成図である。

【0095】

第４の実施の形態の画素構造は、遮光壁６１の段数が三段で構成される点は、図８に示した第２の実施の形態と同様である。

【0096】

第４の実施の形態の画素構造は、三段の遮光壁レイヤの複数の遮光壁レイヤにインナーレンズ１２１が形成されている点が、第２の実施の形態と異なる。

【0097】

図１０のAの画素構造では、３段の遮光壁レイヤのうちの中間層（第２の遮光壁レイヤ）と最下層（第１の遮光壁レイヤ）にインナーレンズ１２１が形成されている。

【0098】

図１０のBの画素構造では、３段の遮光壁レイヤのうちの全ての層（第１乃至第３の遮光壁レイヤ）にインナーレンズ１２１が形成されている。

【0099】

図１０のCの画素構造では、３段の遮光壁レイヤのうち、カラーフィルタ７１の色によって、インナーレンズ１２１が形成されている遮光壁レイヤが異なる。すなわち、Rのカラーフィルタ７１が形成された画素２では、最下層（第１の遮光壁レイヤ）と最上層（第３の遮光壁レイヤ）にインナーレンズ１２１が形成され、Gのカラーフィルタ７１が形成された画素２では、中間層（第２の遮光壁レイヤ）と最下層（第１の遮光壁レイヤ）にインナーレンズ１２１が形成されている。

【0100】

なお、図８乃至図１０に示した例に限定されず、遮光壁レイヤの段数と、どの遮光壁レイヤにインナーレンズ１２１を設けるかは、適宜選択して決定することができる。

【0101】

＜７．位相差画素の画素構造＞
図１１を参照して、位相差画素２Pの画素構造について説明する。

【0102】

図１１では、比較のため、画像生成用の画素信号を出力する通常画素２Xと、位相差信号を出力する位相差画素２Pを並べて示している。

【0103】

図１１のAは、図２に示した第１の実施の形態のように、インナーレンズ１２１がない場合における位相差画素２Pの画素構造を示している。

【0104】

図１１のBは、第２の実施の形態のように、インナーレンズ１２１がある場合における位相差画素２Pの画素構造を示している。図１１のBは、通常画素２Xと位相差画素２Pでインナーレンズ１２１がある遮光壁レイヤが同じ例であるが、通常画素２Xと位相差画素２Pでインナーレンズ１２１がある遮光壁レイヤが異なっていてもよい。

【0105】

図１１のCは、通常画素２Xにはインナーレンズ１２１を設け、位相差画素２Pでは、インナーレンズ１２１を設けない画素構造を示している。図１１のCでは、位相差画素２Pにおいて、インナーレンズ１２１の材料を平坦に形成して残しているが、インナーレンズ１２１の材料はなくしてもよい。

【0106】

位相差画素２Pでは、図３を参照して説明したように、画素間遮光膜５０と同一平面上に、瞳分割遮光膜５２が形成されている。図１１の例では、瞳分割遮光膜５２は、フォトダイオードPDの右側半分を遮光している。

【0107】

また、位相差画素２Pでは、通常画素２Xのカラーフィルタ７１部分に、異なる材料１４１が埋め込まれている。位相差画素２Pのカラーフィルタ７１部分の材料１４１は、例えば、位相差画素２Pの感度を向上し低輝度性能を改善するため、シアン色のカラーフィルタ材料とすることができる。あるいはまた、位相差画素２Pのカラーフィルタ７１部分の材料１４１は、上層のオンチップレンズ７２と同じ材料を埋め込んでもよい。

【0108】

位相差画素２Pは、通常画素２Xと比較して瞳分割遮光膜５２が追加的に設けられていることにより、瞳分割遮光膜５２による遮光や反射の影響を受け、位相差画素２Pの周辺部分が浮いたような出力画像となってしまう問題がある。

【0109】

しかしながら、本開示のように、複数段の遮光壁６１を設けることにより、通常画素２Xは位相差画素２Pからの光による混色を防ぐことが可能となる。また、複数段の遮光壁６１を設けることにより、周辺への影響を気にすることなくフォーカスポイントを任意に設定できることから、フォーカスポイントを瞳分割遮光膜５２に合わせることができるので、分離特性も最適化することができる。

【0110】

通常画素２Xにおいては、複数段の遮光壁６１それぞれの瞳補正量を変えられることから、集光設計の自由度を向上させることができ、混色やシェーディングを悪化させることがない。したがって、斜め光特性と感度向上の両立を図ることができ、通常画素特性と位相差画素特性の両立が可能となる。

【0111】

また、図１１のB及び図１１のCのように、通常画素２Xにインナーレンズ１２１を設ける構成とした場合には、位相差画素２Pの分離特性を維持あるいはコントロールしながら、通常画素２Xの斜め光特性を向上させることが可能である。

【0112】

＜８．インナーレンズの形成方法＞
図１２を参照して、遮光壁レイヤにインナーレンズ１２１を設ける場合のインナーレンズ１２１の形成方法について説明する。

【0113】

図１２は、２段の遮光壁レイヤのうちの２段目の遮光壁レイヤにインナーレンズ１２１を設ける場合の形成方法を示している。

【0114】

初めに、図１２のAに示されるように、１段目の遮光壁レイヤ（第１の遮光壁６１Aと第１の平坦化膜６２A）を形成した状態（図４のDと同じ状態）まで製造し、形成された１段目の遮光壁レイヤの上に、インナーレンズ材料１２１Aが成膜される。インナーレンズ材料１２１Aとしては、SiNやSiONなどの無機材料が挙げられる。

【0115】

そして、図６のA及び図６のBを参照して説明したオンチップレンズ７２の形成方法と同様、フォトレジスト（図示せず）のレンズ形状をパターン転写させることにより、図１２のBに示されるように、インナーレンズ１２１が形成される。

【0116】

インナーレンズ１２１の瞳補正量については、各遮光壁レイヤで、プロセスばらつきがあった場合であっても遮光壁６１がインナーレンズ１２１上に形成されることを防止するため、インナーレンズ１２１がある遮光壁レイヤの遮光壁６１の瞳補正量と同じ補正量であることが望ましい。プロセスばらつきに余裕がある場合には、インナーレンズ１２１がある遮光壁レイヤの遮光壁６１と異なる瞳補正量をインナーレンズ１２１の瞳補正量として適用しても問題はない。

【0117】

次に、図１２のCに示されるように、形成されたインナーレンズ１２１の上に、第２の平坦化膜６２Bを成膜し、図１２のDに示されるように、成膜された第２の平坦化膜６２がCMPなどにより平坦化される。

【0118】

その後、図１２のEに示されるように、図４のC及び図４のDを参照して説明した方法と同じようにして、第２の遮光壁６１Bが形成される。

【0119】

その後は、上述した第１の実施の形態に係る画素２の製造方法と同様に、カラーフィルタ７１、オンチップレンズ７２（不図示）が、順に形成される。

【0120】

図１２は、二段目の遮光壁レイヤに遮光壁６１を形成する場合の形成方法であるが、二段目に限定するものでなく、任意の遮光壁レイヤにおいて、同様の形成方法で形成することができる。

【0121】

＜９．オンチップレンズの形状について＞
図１３を参照して、オンチップレンズ７２の形状について説明する。

【0122】

オンチップレンズ７２の形状は、任意の形状を選択することができるが、代表的な形状として、水平方向断面と斜め方向断面でオンチップレンズ７２の曲率が同じとなる丸型形状と、水平方向断面と斜め方向断面でオンチップレンズ７２の曲率が異なる四角型形状とがある。

【0123】

図１３は、丸型形状と四角型形状それぞれの場合のオンチップレンズ７２の水平方向と斜め方向の断面図と、画素間遮光膜５０や瞳分割遮光膜５２と同一の遮光膜面における集光スポット形状を示している。

【0124】

オンチップレンズ７２の形状を四角型形状とする場合、水平方向断面と斜め方向断面で曲率が異なる形状となるので、入射光が屈折する角度が変わり集光スポットは広がる。しかし、本開示の画素構造によれば、遮光壁６１を複数段にして、各遮光壁６１でそれぞれ最適な瞳補正をかけられるので、感度ロスを一段の遮光壁６１と比較して小さくさせることができる。

【0125】

画素アレイ部３内に位相差画素２Pを配置している場合、位相差特性を得るためには、集光スポットは小さく絞ることが望ましいので、オンチップレンズ７２の形状は丸型形状とすることが望ましい。

【0126】

オンチップレンズ７２の斜め方向と水平方向との曲率半径比（＝斜め方向の曲率半径/水平方向の曲率半径）を扁平率と呼ぶことにすると、図１４に示されるように、位相差オートフォーカスによる測距許容限界を低下しないレベルとするためには、扁平率は1乃至1.2の範囲であることが望ましい。画素サイズが3um以上の固体撮像素子１では、オンチップレンズ７２の曲率を水平方向と斜め方向で一致させることが困難であることが多い。そのような場合、位相差特性を維持するためには、扁平率を1乃至1.2にするのが良い。

【0127】

＜１０．OPB領域の遮光構造＞
次に、画素有効領域外のOPB領域の遮光構造について説明する。

【0128】

図１５は、画素有効領域外のOPB領域の遮光構造の第１の構成例を説明する図である。

【0129】

画素有効領域では、上述したように、第１の遮光壁６１Aと第２の遮光壁６１Bの２段の遮光壁６１が形成され、画素アレイ部３の中央部（画角中央）から周辺部（画角端）へ行くほど、瞳補正量が大きくなるように形成されていた。

【0130】

これに対して、画素有効領域外のOPB領域では、図１５に示されるように、図３に示したOPB形成膜５１のみが形成された遮光構造とすることができる。なお、図１５の例では、OPB領域には、Gのカラーフィルタ７１が形成されているが、OPB領域は受光しない領域であるので、カラーフィルタ７１の有無や色は限定されない。

【0131】

図１６は、画素有効領域外のOPB領域の遮光構造の第２の構成例を説明する図である。

【0132】

画素有効領域外のOPB領域では、図１５に示したOPB形成膜５１のみの遮光構造の他、例えば、図１６に示されるように、OPB形成膜５１の上に、画素有効領域と同様の、第１の遮光壁６１Aと第２の遮光壁６１Bの２段の遮光壁６１が形成された遮光構造とすることができる。これにより、図１５に示したOPB形成膜５１のみが形成された場合と比較して、遮光性を向上させることができる。

【0133】

OPB領域における２段の遮光壁６１それぞれの平面方向の位置が、図１６に示されるように、第１の遮光壁６１Aと第２の遮光壁６１Bとで異なるように形成することで、平面方向に対して密にパターン形成が可能となり、遮光効果をさらに向上させることができる。また、遮光壁６１の平面方向の間隔（パターンピッチ）は小さいほど、遮光効果がさらに向上する。

【0134】

図１７を参照して、図１６に示したOPB領域の遮光構造の製造方法について説明する。なお、図１７では、OPB形成膜５１、第１の遮光壁６１A、及び第２の遮光壁６１Bの形成についてのみ説明する。その他の部分については、図４乃至図６を参照して説明した製造方法と同様である。

【0135】

初めに、図１７のAに示されるように、画素有効領域に画素間遮光膜５０を形成すると同時に、OPB領域に対しても、画素間遮光膜５０と同一材料で、OPB形成膜５１が形成される。

【0136】

次に、図１７のBに示されるように、画素有効領域に第１の遮光壁６１Aを形成すると同時に、OPB領域に対しても、第１の遮光壁６１Aが形成される。

【0137】

次に、図１７のCに示されるように、画素有効領域に第２の遮光壁６１Bを形成すると同時に、OPB領域に対しても、第２の遮光壁６１Bが形成される。ここで、画素有効領域の第１の遮光壁６１A及び第２の遮光壁６１Bは、像高に応じて瞳補正がかけられた配置となっている。OPB領域の第１の遮光壁６１A及び第２の遮光壁６１Bは、一段目の第１の遮光壁６１Aと二段目の第２の遮光壁６１Bとで、平面方向の位置がずれた配置となっている。

【0138】

以上のように、OPB領域の遮光壁６１は、画素有効領域の遮光壁６１と同一工程で同時に形成することができるので、工程数の増加なく、OPB領域の遮光性を向上させることができる。また、画素有効領域とOPB領域で同様のパターンを形成することで加工均一性が向上する。

【0139】

なお、OPB領域の遮光壁６１の詳細な形成方法は、図４を参照して説明した画素有効領域の遮光壁６１の形成方法と同様である。すなわち、平坦化膜６２となる無機材料、例えばSiO2を成膜後、遮光壁６１を形成する部分をエッチング加工することで開口部１０１を形成し、開口部１０１にタングステンや銅などの金属材料を埋め込んだ後、表面全体をCMPする工程を繰り返すことにより、複数段の遮光壁６１を形成することができる。

【0140】

図１８は、OPB領域に形成可能な遮光壁６１のその他の構成例を示している。

【0141】

図１８のAは、一段目の第１の遮光壁６１Aと二段目の第２の遮光壁６１Bが上下に重なるように配置された、遮光壁６１の構成例を示している。

【0142】

図１８のBは、各段の遮光壁６１の断面形状が深さ方向に傾斜（テーパー）が付いた形状とされた、遮光壁６１の構成例を示している。図１８のBは、各段の遮光壁６１において、上面よりも下面の平面面積が大きい逆テーパー形状の遮光壁６１の構成例を示しているが、上面よりも下面の平面面積が小さい順テーパー形状とすることもできる。遮光壁６１の断面形状を傾斜（テーパー）を付けた形状とすることで、更に密なパターン形成が可能となる。また、遮光壁６１は配線として用いられないため、上下の遮光壁６１が接触しても問題はない。OPB形成膜５１のみでは成膜、加工が不可能なレベルの遮光層厚を実現することができる。

【0143】

なお、図１６乃至図１８においては、OPB領域に形成された遮光壁６１の段数が２段の例について説明したが、画素有効領域の遮光壁６１の段数が３段以上である場合には、OPB領域の遮光壁６１の段数も同様に３段以上（画素有効領域の遮光壁６１の段数と同じ段数）とされる。各段の遮光壁６１の平面方向の位置は、図１６に示したように異なるように形成してもよいし、図１８のAに示したように同じように形成してもよい。

【0144】

＜１１．固体撮像素子の基板構成例＞
図１の固体撮像素子１は、図１９のAに示されるように、１枚の半導体基板１２に、複数の画素２が配列されている画素領域２２１と、画素２を制御する制御回路２２２と、画素信号の信号処理回路を含むロジック回路２２３とが形成された構成とされている。

【0145】

しかしながら、固体撮像素子１は、図１９のBに示されるように、画素領域２２１と制御回路２２２が形成された第１の半導体基板２３１と、ロジック回路２２３が形成された第２の半導体基板２３２とを積層した構成とすることも可能である。第１の半導体基板２３１と第２の半導体基板２３２は、例えば、貫通ビアやCu-Cuの金属結合により電気的に接続される。

【0146】

あるいはまた、固体撮像素子１は、図１９のCに示されるように、画素領域２２１のみが形成された第１の半導体基板２４１と、制御回路２２２とロジック回路２２３が形成された第２の半導体基板２４２とを積層した構成とすることも可能である。第１の半導体基板２４１と第２の半導体基板２４２は、例えば、貫通ビアやCu-Cuの金属結合により電気的に接続される。

【0147】

＜１２．電子機器への適用例＞
本開示は、固体撮像素子への適用に限られるものではない。即ち、本開示は、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、撮像機能を有する携帯端末装置や、画像読取部に固体撮像素子を用いる複写機など、画像取込部（光電変換部）に固体撮像素子を用いる電子機器全般に対して適用可能である。固体撮像素子は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。

【0148】

図２０は、本開示に係る電子機器としての、撮像装置の構成例を示すブロック図である。

【0149】

図２０の撮像装置３００は、レンズ群などからなる光学部３０１、図１の固体撮像素子１の構成が採用される固体撮像素子（撮像デバイス）３０２、およびカメラ信号処理回路であるDSP(Digital Signal Processor)回路３０３を備える。また、撮像装置３００は、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６、操作部３０７、および電源部３０８も備える。DSP回路３０３、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６、操作部３０７および電源部３０８は、バスライン３０９を介して相互に接続されている。

【0150】

光学部３０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像素子３０２の撮像面上に結像する。固体撮像素子３０２は、光学部３０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この固体撮像素子３０２として、図１の固体撮像素子１、即ち、複数段の遮光壁レイヤを備え、各段の遮光壁レイヤで最適に瞳補正を行った固体撮像素子を用いることができる。

【0151】

表示部３０５は、例えば、液晶パネルや有機EL(Electro Luminescence)パネル等のパネル型表示装置からなり、固体撮像素子３０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録部３０６は、固体撮像素子３０２で撮像された動画または静止画を、ハードディスクや半導体メモリ等の記録媒体に記録する。

【0152】

操作部３０７は、ユーザによる操作の下に、撮像装置３００が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源部３０８は、DSP回路３０３、フレームメモリ３０４、表示部３０５、記録部３０６および操作部３０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。

【0153】

上述したように、固体撮像素子３０２として、上述した各実施の形態に係る固体撮像素子１を用いることで、通常画素特性と位相差画素特性を両立させ、高感度を実現することができる。従って、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置３００においても、撮像画像の高画質化を図ることができる。

【0154】

上述した例では、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型として、電子を信号電荷とした固体撮像素子について説明したが、本開示は正孔を信号電荷とする固体撮像素子にも適用することができる。すなわち、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型として、前述の各半導体領域を逆の導電型の半導体領域で構成することができる。

【0155】

また、本開示は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像素子への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像素子や、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像素子（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。

【0156】

本開示の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

【0157】

例えば、上述した複数の実施の形態の全てまたは一部を組み合わせた形態を採用することができる。

【0158】

なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、本明細書に記載されたもの以外の効果があってもよい。

【0159】

なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）
複数の画素が行列状に２次元配置されており、画素間に複数段の遮光壁を有する画素アレイ部を備える固体撮像素子。
（２）
裏面照射型である
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記複数段の遮光壁それぞれは、瞳補正がされた位置に形成されている
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
カラーフィルタに最も近い遮光壁レイヤの前記遮光壁の瞳補正量C及び幅Xとして、前記カラーフィルタの瞳補正量Dは、C≦D≦C＋X/2の条件を満たす
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
前記カラーフィルタの瞳補正量Dは、前記カラーフィルタに最も近い遮光壁レイヤの前記遮光壁の瞳補正量Cと同じである
前記（４）に記載の固体撮像素子。
（６）
前記複数段の遮光壁のうち、第Q段目（Q＞２）の瞳補正量は、その下の第Q－１段目の瞳補正量以上の補正量である
前記（３）に記載の固体撮像素子。
（７）
前記複数段の遮光壁のうち、第Q段目（Q＞２）の遮光壁は、その下の第Q－１段目の遮光壁と前記画素アレイ部内の少なくとも一部で接続されており、前記第Q段目の遮光壁と前記第Q－１段目の遮光壁は、電気的に同電位である
前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（８）
前記遮光壁は、平面方向の面積が底面から上方に行くほど大きくなる順テーパー形状である
前記（１）乃至（７）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（９）
前記画素のオンチップレンズの斜め方向と水平方向との曲率半径比は、1乃至1.2の範囲である
前記（１）乃至（８）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１０）
前記複数段の遮光壁の形成層である複数段の遮光壁レイヤのうち、少なくとも１つの遮光壁レイヤの所定の画素にインナーレンズが形成されている
前記（１）乃至（９）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１１）
所定のカラーフィルタの色の画素に前記インナーレンズが形成されている
前記（１０）に記載の固体撮像素子。
（１２）
カラーフィルタの色によって、前記インナーレンズが形成されている前記遮光壁レイヤが異なる
前記（１０）に記載の固体撮像素子。
（１３）
通常画素と位相差画素で前記インナーレンズの有無が異なる
前記（１０）に記載の固体撮像素子。
（１４）
通常画素と位相差画素で前記インナーレンズが形成されている前記遮光壁レイヤが異なる
前記（１０）に記載の固体撮像素子。
（１５）
前記複数の画素の一部は、位相差画素である
前記（１）乃至（１４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１６）
前記画素アレイ部内の画素有効領域外のOPB領域にも、前記複数段の遮光壁が形成されている
前記（１）乃至（１５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（１７）
前記OPB領域の前記複数段の遮光壁の断面形状は、テーパー形状に形成されている
前記（１６）に記載の固体撮像素子。
（１８）
前記OPB領域の前記複数段の遮光壁の平面方向の位置は、各段の遮光壁で異なる
前記（１６）または（１７）に記載の固体撮像素子。
（１９）
複数の画素が行列状に２次元配置される画素アレイ部を形成する際に、画素間に複数段の遮光壁を形成する
固体撮像素子の製造方法。
（２０）
複数の画素が行列状に２次元配置されており、画素間に複数段の遮光壁を有する画素アレイ部を有する固体撮像素子
を備える電子機器。

【符号の説明】

【0160】

１ 固体撮像素子， ２ 画素， ２P 位相差画素， ２X 通常画素， ３ 画素アレイ部， ５１ OPB形成膜， ６１（６１A,６１B,６１C） 遮光壁， ７１ カラーフィルタ， ７２ オンチップレンズ， ２３１ 第１の半導体基板， ２３２ 第２の半導体基板， ２４１ 第１の半導体基板， ２４２ 第２の半導体基板， ３００ 撮像装置， ３０２ 固体撮像素子

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】