JP2009194361A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

固体撮像装置およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】次世代以降のＬＳＩの配線膜厚に対応し、かつディッシング等の影響を受けにくい遮光膜の提供を可能とする。
【解決手段】固体撮像装置１の黒レベル基準画素部１３上に形成される遮光膜は、第１金属配線層２１で形成される複数の第１金属配線３１の一部を所定間隔かつ複数列に配設した第１遮光膜７１と、第１金属配線層２１の上方の第２金属配線層２２で形成される複数の第２金属配線３２の一部を、各第１金属配線３１間の上方に配設した第２遮光膜７２と、第２金属配線層２２の上方の第３金属配線層２３で形成される複数の第３金属配線３３の一部を、第２遮光膜７２と直交する方向に所定間隔かつ複数列に配設した第３遮光膜７３と、第３金属配線層２３の上方の第４金属配線層２４で形成される複数の第４金属配線３４の一部を、各第３金属配線３３間の上方に配設した第４遮光膜７４とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。
イメージセンサの一つであるＣＭＯＳ型の固体撮像装置において、光を入射したくない領域、例えば、カラー基準となる黒色を定める黒レベル基準画素部や周辺回路の領域では、通常、金属配線や光学フィルターを用いて遮光を行う。例えば、金属配線による遮光膜として、黒レベル基準画素部上に数１０μｍ〜１００μｍの配線幅が太い配線を最上層に配置させて、遮光機能を果たしている。
黒レベル基準画素部の遮光膜を多層配線部の銅配線もしくはアルミニウム配線工程で形成した場合の例を、図１５の従来のＣＭＯＳイメージセンサの概略断面図、図１６の遮光膜の要部斜視図および断面図によって説明する。
図１５および図１６に示すように、従来のＣＭＯＳイメージセンサは、半導体基板１１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１１２および黒レベル基準画素部１１３と、これら受光画素部１１２および黒レベル基準画素部１１３の上面に形成された多層配線部１１４とを備える（例えば、特許文献１参照）。
上記多層配線部１１４は、半導体基板１１１側から多層配線部１１４の厚さ方向に複数重ねて形成された複数の金属配線１３０（例えば金属配線１３１、１３２、１３３、１３４）と、各金属配線１３０の間を絶縁する層間絶縁膜１４０とを有している。
また、例えば、金属配線１３０（１３４）とその下層の金属配線１３０（１３３）との間の層間絶縁膜１４０（１４３）には、その層間絶縁膜１４３を貫通して金属配線１３４とその下層の金属配線１３３とを接続するコンタクトプラグ１５１が形成されている。
さらに、最上位に位置する金属配線１３０（１３４）上面を覆うように形成された層間絶縁膜１４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド１６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド１６１とその直下に位置する金属配線１３４（１３４ｃ）との間の層間絶縁膜１４５には、この層間絶縁膜１４５を貫通して上記パッド１６１と上記金属配線１３４ｃとを接続する、コンタクトプラグ１５２が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、黒レベル基準画素部１１３のフォトダイオードと対向する金属配線１３４（１３４ａ）は、黒レベル基準画素部１１３のフォトダイオード領域への光の入射を遮断する遮光膜として形成されている。
従来の遮光膜では、配線層の最上層にのみ数１０μｍ〜１００μｍの太い配線（金属配線１３４ａ）を配置させ、その他の配線層には配線パターンを配置させない構造をとっている。
ＬＳＩの高集積化による配線の微細化に伴い、配線膜厚においても薄膜化が進んでおり、２００５年度ＩＴＲＳロードマップでの提唱では、９０ｎｍ世代のＬＳＩにおける中間（Intermediate）層の配線膜厚が２２５ｎｍに対して、６５ｎｍ世代のＬＳＩにおける中間層の配線膜厚が１７０ｎｍとなる。
ＬＳＩの高集積化に伴って遮光膜自体も薄膜化が進む。例えば、２００５年度ＩＴＲＳロードマップ提唱の９０ｎｍ世代のＬＳＩにおける中間層の配線膜厚が２２５ｎｍの遮光膜ではトランスミッタンス＝約−１３０ｄＢであるのに対し、６５ｎｍ世代のＬＳＩにおける中間層の配線膜厚が１７０ｎｍの遮光膜ではトランスミッタンス＝約−９０ｄＢと、遮光性能が劣化することがわかっている。
また、配線抵抗の低減を目的として、９０ｎｍ世代から銅（Ｃｕ）配線が採用されてきている。銅配線加工では、化学機械的研磨法（ＣＭＰ）による銅配線平坦化工程がある。このＣＭＰでは、一般に太幅銅（Ｃｕ）配線はディッシングやエロージョンにより膜厚が薄くなるため、そのような配線を遮光膜として用いた場合、遮光性能が劣化することになる。
特開２００６−２９４９９１号公報
解決しようとする問題点は、ＬＳＩの高集積化に伴って遮光膜自体も薄膜化が進み、遮光性能が劣化する点であり、また配線加工に用いるＣＭＰのディッシングやエロージョンにより遮光膜の膜厚が薄くなるために遮光性能が劣化する点である。
本発明は、次世代以降のＬＳＩに対応したディッシングやエロージョンの影響を受けにくい遮光膜を提供することを可能にする。
本発明の固体撮像装置（第１固体撮像装置）は、半導体基板に形成された受光画素部と、前記半導体基板に形成された前記黒レベル基準画素部と、前記受光画素部および黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、前記多層配線部は、前記半導体基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなり、前記金属配線層のうちの第１金属配線層で形成される複数の第１金属配線の一部を、前記黒レベル基準画素部の上方に所定間隔かつ複数列に配設した第１遮光膜と、前記第１金属配線層の上方の第２金属配線層で形成される複数の第２金属配線の一部を、前記黒レベル基準画素部の上方の前記各第１金属配線間の上方に配設した第２遮光膜と、前記黒レベル基準画素部の上方に、前記第２金属配線層の上方の第３金属配線層で形成される複数の第３金属配線の一部を、前記第２遮光膜と直交する方向に所定間隔かつ複数列に配設した第３遮光膜と、前記第３金属配線層の上方の第４金属配線層で形成される複数の第４金属配線の一部を、前記黒レベル基準画素部の上方の前記各第３金属配線間の上方に配設した第４遮光膜とを有することを特徴とする。
本発明の固体撮像装置（第１固体撮像装置）では、金属配線層のうちの第１金属配線層で形成される複数の第１金属配線の一部を、黒レベル基準画素部の上方に所定間隔かつ複数列に配設した第１遮光膜と、第１金属配線層上の第２金属配線層で形成される複数の第２金属配線の一部を、黒レベル基準画素部の上方の各第１金属配線間の上方に配設した第２遮光膜とを有することから、平面視、黒レベル基準画素部上は、第１遮光膜と第２遮光膜で覆われる。かつ、黒レベル基準画素部の上方に、第２金属配線層の上方の第３金属配線層で形成される複数の第３金属配線の一部を、第２遮光膜と直交する方向に所定間隔かつ複数列に配設した第３遮光膜と、第３金属配線層の上方の第４金属配線層で形成される複数の第４金属配線の一部を、黒レベル基準画素部の上方の各第３金属配線間の上方に配設した第４遮光膜とを有することから、平面視、黒レベル基準画素部上は、第３遮光膜と第４遮光膜で覆われる。
しかも、第１遮光膜と第２遮光膜に対して第３遮光膜と第４遮光膜とが直交する方向に配設されていることから、斜め入射光に対する遮光性が高められ、実質的に２層の金属配線層で遮光膜が形成されていることになる。したがって、従来の１層の金属配線層で形成されていた遮光膜と比較して、遮光膜の総膜厚を厚くすることができる。
これによって、金属配線層が薄膜化しても次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜となる。
さらに、第１遮光膜は所定間隔かつ複数列に配設されていることから、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になる。同様に、第２遮光膜、第３遮光膜、第４遮光膜についてもディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になる。
したがって、各遮光膜は所定の膜厚を確保することができるので、遮光性能の劣化が防げる。
本発明の固体撮像装置（第２固体撮像装置）は、半導体基板に形成された受光画素部と、前記半導体基板に形成された黒レベル基準画素部と、前記受光画素部および前記黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、前記多層配線部は、前記半導体基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなり、前記金属配線層のうちの第１金属配線層で形成される複数の第１金属配線の一部を、前記黒レベル基準画素部の上方に所定間隔かつ複数列に配設した第１遮光膜と、前記第１金属配線層の上方の第２金属配線層で形成される複数の第２金属配線の一部を、前記黒レベル基準画素部の上方の前記各第１金属配線間の上方を含む領域に配設した第２遮光膜とを有し、前記第１遮光膜と前記第２遮光膜の組を前記黒レベル基準画素部の上方に複数組に設けたことを特徴とする。
本発明の固体撮像装置（第２固体撮像装置）では、金属配線層のうちの第１金属配線層で形成される複数の第１金属配線の一部を、黒レベル基準画素部の上方に所定間隔かつ複数列に配設した第１遮光膜と、第１金属配線層上の第２金属配線層で形成される複数の第２金属配線の一部を、黒レベル基準画素部の上方の各第１金属配線間の上方に配設した第２遮光膜とを有することから、平面視、黒レベル基準画素部上は、第１遮光膜と第２遮光膜で覆われる。
しかも、第１遮光膜と第２遮光膜の組を黒レベル基準画素部の上方に複数組に設けたことから、斜め入射光に対する遮光性が高められ、少なくとも、第１遮光膜と第２遮光膜の組を二組設けたものでは、実質的に２層の金属配線層で遮光膜が形成されていることになる。したがって、従来の１層の金属配線層で形成されていた遮光膜と比較して、遮光膜の総膜厚を厚くすることができる。当然のことながら、第１遮光膜と第２遮光膜の組を３組以上設けたものでは、その組数に応じて、遮光性能が高められる。
これによって、金属配線層が薄膜化しても次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜となる。
さらに、第１遮光膜は所定間隔かつ複数列に配設されていることから、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になる。同様に、第２遮光膜についても各第１金属配線間の上方に配設されているので、所定間隔かつ複数列に形成されている。このため、第１遮光膜と同様に、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になる。
したがって、各遮光膜は所定の膜厚を確保することができるので、遮光性能の劣化が防げる。
本発明の固体撮像装置の製造方法（第１製造方法）は、半導体基板に形成された受光画素部と、前記半導体基板に形成された黒レベル基準画素部と、前記受光画素部および前記黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、前記多層配線部が、前記半導体基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなる固体撮像装置を製造するとき、前記金属配線層のうちの第１金属配線層で複数の第１金属配線を形成するときに、前記黒レベル基準画素部の上方に、前記第１金属配線の一部を所定間隔かつ複数列に配設して第１遮光膜を形成する工程と、前記第１金属配線層上の第２金属配線層で複数の第２金属配線を形成するときに、前記黒レベル基準画素部の上方の前記各第１金属配線間の上方に前記第２金属配線の一部を配設して第２遮光膜を形成する工程と、前記第２金属配線層上の第３金属配線層で複数の第３金属配線を形成するときに、前記黒レベル基準画素部上方に、前記第３金属配線の一部を前記第２遮光膜と直交する方向に所定間隔かつ複数列に配設して第３遮光膜を形成する工程と、前記第３金属配線層上の第４金属配線層で複数の第４金属配線を形成するときに、前記黒レベル基準画素部の上方の前記第３金属配線間の上方に前記第４金属配線の一部を配設して第４遮光膜を形成する工程とを有することを特徴とする。
本発明の固体撮像装置の製造方法（第１製造方法）では、金属配線層のうちの第１金属配線層で複数の第１金属配線を形成するときに、黒レベル基準画素部の上方に、第１金属配線の一部を所定間隔かつ複数列に配設して第１遮光膜を形成し、第１金属配線層上の第２金属配線層で複数の第２金属配線を形成するときに、黒レベル基準画素部の上方の各第１金属配線間の上方に第２金属配線の一部を配設して第２遮光膜を形成することから、平面視、黒レベル基準画素部上は、第１遮光膜と第２遮光膜で覆われる。
かつ、第２金属配線層上の第３金属配線層で複数の第３金属配線を形成するときに、黒レベル基準画素部上方に、第３金属配線の一部を第２遮光膜と直交する方向に所定間隔かつ複数列に配設して第３遮光膜を形成し、さらに、第３金属配線層上の第４金属配線層で複数の第４金属配線を形成するときに、黒レベル基準画素部の上方の第３金属配線間の上方に第４金属配線の一部を配設して第４遮光膜を形成することから、平面視、黒レベル基準画素部上は、第３遮光膜と第４遮光膜で覆われる。
しかも、第１遮光膜と第２遮光膜に対して第３遮光膜と第４遮光膜とが直交する方向に形成されることから、斜め入射光に対する遮光性が高められ、かつ実質的に２層の金属配線層で遮光膜が形成されていることになる。したがって、従来の１層の金属配線層で形成する遮光膜と比較して、遮光膜の総膜厚を厚く形成することができる。
これによって、金属配線層が薄膜化しても次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜を形成することができる。
さらに、第１遮光膜は所定間隔かつ複数列に配設されていることから、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になる。同様に、第２遮光膜についてもディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になる。
したがって、各遮光膜は所定の膜厚を確保することができるので、遮光性能の劣化が防げる。
本発明の固体撮像装置の製造方法（第２製造方法）は、半導体基板に形成された受光画素部と、前記半導体基板に形成された黒レベル基準画素部と、前記受光画素部および黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、前記多層配線部が、前記半導体基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなる固体撮像装置を製造するとき、前記金属配線層のうちの第１金属配線層で複数の第１金属配線を形成するときに、前記黒レベル基準画素部の上方に、前記第１金属配線の一部を所定間隔かつ複数列に配設して第１遮光膜を形成する工程と、前記第１金属配線層上の第２金属配線層で複数の第２金属配線を形成するときに、前記黒レベル基準画素部の上方の前記各第１金属配線間の上方に前記第２金属配線の一部を配設して第２遮光膜を形成する工程とを有し、前記第１遮光膜を形成する工程と前記第２遮光膜を形成する工程とを一組の工程として、該一組の工程を前記黒レベル基準画素部の上方に繰り返して行うことを特徴とする。
本発明の固体撮像装置の製造方法（第２製造方法）では、金属配線層のうちの第１金属配線層で複数の第１金属配線を形成するときに、黒レベル基準画素部の上方に、第１金属配線の一部を所定間隔かつ複数列に配設して第１遮光膜を形成し、第１金属配線層上の第２金属配線層で複数の第２金属配線を形成するときに、黒レベル基準画素部の上方の各第１金属配線間の上方に第２金属配線の一部を配設して第２遮光膜を形成することから、平面視、黒レベル基準画素部上は、第１遮光膜と第２遮光膜で覆われる。
しかも、第１遮光膜を形成する工程と第２遮光膜を形成する工程とを一組の工程として、該一組の工程を黒レベル基準画素部の上方に繰り返して行うことから、実質的に２層の金属配線層で遮光膜が形成されていることになる。したがって、従来の１層の金属配線層で形成されていた遮光膜と比較して、遮光膜の総膜厚を厚くすることができる。当然のことながら、第１遮光膜と第２遮光膜の組を３組以上設けたものでは、その組数に応じて、遮光性能が高められる。
これによって、金属配線層が薄膜化しても次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜を形成することが可能になる。
さらに、第１遮光膜は所定間隔かつ複数列に形成されることから、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になる。同様に、第２遮光膜についても各第１金属配線間の上方に配設されているので、所定間隔かつ複数列に形成されている。このため、第１遮光膜と同様に、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になる。
したがって、各遮光膜は所定の膜厚を確保することができるので、遮光性能の劣化が防げる。
本発明の第１固体撮像装置は、斜め入射光に対する遮光性が高められ、かつ実質的に２層の金属配線層で遮光膜が形成されていることになるため、微細化により配線を薄膜化してもその配線と同層の膜で形成した遮光膜の遮光性を維持もしくは高めることができ、次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜となっているという利点がある。
また、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成されているため、遮光膜を形成するときに化学的機械研磨を用いても、遮光膜の膜厚を設計値通りの膜厚に確保することができるので、遮光性の劣化を防止することができる。
本発明の第２固体撮像装置は、実質的に２層の金属配線層で遮光膜が形成されていることになるため、微細化により配線を薄膜化してもその配線と同層の膜で形成した遮光膜の遮光性を維持もしくは高めることができ、次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜となっているという利点がある。
また、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成されているため、遮光膜を形成するときに化学的機械研磨を用いても、遮光膜の膜厚を設計値通りの膜厚に確保することができるので、遮光性の劣化を防止することができる。
本発明の固体撮像装置の第１製造方法は、微細化により配線を薄膜化してもその配線と同層の膜で形成した遮光膜の遮光性を維持もしくは高めることができ、次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜を形成することができるという利点がある。また、斜め入射光に対する遮光性を高めることができる。
さらに、遮光膜をディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成するため、遮光膜を形成するときに化学的機械研磨を用いても、遮光膜の膜厚を設計値通りの膜厚に確保することができるので、遮光性の劣化を防止することができる。
本発明の固体撮像装置の第２製造方法は、微細化により配線を薄膜化してもその配線と同層の膜で形成した遮光膜の遮光性を維持もしくは高めることができ、次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜を形成することができるという利点がある。
また、遮光膜をディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成するため、遮光膜を形成するときに化学的機械研磨を用いても、遮光膜の膜厚を設計値通りの膜厚に確保することができるので、遮光性の劣化を防止することができる。
本発明の第１固体撮像装置に係る一実施の形態（第１実施例）を、図１の概略構成断面図、図２の遮光膜の要部斜視図および断面図によって説明する。図１では、固体撮像装置の一例として、ＣＭＯＳイメージセンサを示した。
図１に示すように、第１固体撮像装置１は、半導体基板１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３と、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上面に形成された多層配線部１４とを備える。
上記多層配線部１４は、半導体基板１１側から多層配線部１４の厚さ方向に所定間隔で複数層に重ねて形成された複数の金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２、第３金属配線層２３、第４金属配線層２４）と、各金属配線層２０の間を絶縁する層間絶縁膜４０とを有している。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成されている。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成されている。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
また、金属配線層２０（例えば第４金属配線層２４）とその下層の金属配線層２０（第３金属配線層２３）との間の層間絶縁膜４０（４４）には、その層間絶縁膜４４を貫通して第４金属配線層２４の第４金属配線３４とその下層の第３金属配線層２３の第３金属配線３３とを接続するコンタクトプラグ５１が形成されている。当然のことながら、他の金属配線層間に金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグによって接続されている金属配線もある。
さらに、最上位に位置する金属配線層２０（第４金属配線層２４）上面を覆うように形成された層間絶縁膜４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド６１とその直下に位置する第４金属配線層２４の第４金属配線３４−５との間の層間絶縁膜４５には、この層間絶縁膜４５を貫通して上記パッド６１と上記第４金属配線３４−５に接続する、コンタクトプラグ５５が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。さらに上記パッド６１を被覆する層間絶縁膜４６が形成されている。
また、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオードと対向する位置には、遮光膜が形成されている。
具体的には、上記金属配線層２０のうちの第１金属配線層２１で形成される複数の第１金属配線３１の一部を、上記黒レベル基準画素部１３の上方に所定間隔かつ複数列に配設して、第１遮光膜７１が形成されている。
さらに、上記第１金属配線層２１の上方の第２金属配線層２２で形成される複数の第２金属配線３２の一部を、上記黒レベル基準画素部１３の上方の上記各第１金属配線３１間の上方に配設して、第２遮光膜７２が形成されている。
すなわち、第２遮光膜７２の配列は、第１遮光膜７１の配列に対して半周期ずらした状態に形成されている。
また、上記黒レベル基準画素部１３の上方に、上記第２金属配線層２２の上方の第３金属配線層２３で形成される複数の第３金属配線３３の一部を、上記第２金属配線３２で形成された第２遮光膜７２と直交する方向に所定間隔かつ複数列に配設して、第３遮光膜７３が形成されている。
さらに、上記第３金属配線層２３の上方の第４金属配線層２４で形成される複数の第４金属配線３４の一部を、前記黒レベル基準画素部１３の上方の上記各第３金属配線３３間の上方に配設して、第４遮光膜７４が形成されている。
すなわち、第４遮光膜７４の配列は、第３遮光膜７３の配列に対して半周期ずらした状態に形成されている。
図２に示すように、上記第１遮光膜７１は、例えば、ラインアンドスペースＬ／Ｓ＝１００ｎｍ／１００ｎｍの最小配線幅、最小スペースのパターンで形成することができ、第２遮光膜７２は、パターン上部から見て（平面視）隙間がないように、上記第１遮光膜７１に対して半周期ずらした配置としてある。
また、上記第３遮光膜７３は、例えば、ラインアンドスペースＬ／Ｓ＝１００ｎｍ／１００ｎｍの最小配線幅、最小スペースのパターンで形成することができ、上記第２遮光膜７２に対して、パターン上部から見て（平面視）直交する方向に配設されている。また、上記第４遮光膜７４は、パターン上部から見て（平面視）隙間がないように、上記第３遮光膜７３に対して半周期ずらした配置としてある。
このように、上記第１〜第４遮光膜７１〜７４を積層した構成とすることで、例えば６５ｎｍ世代の中間層の１層あたりの配線膜厚が１７０ｎｍであっても、多層配線構造を活用して実質的に２層分の配線膜厚３４０ｎｍ（＝１７０ｎｍ×２層）とすることができる。このように遮光膜の厚膜化が可能となり、９０ｎｍ世代のＬＳＩにおける中間層の配線膜厚の２２５ｎｍを上回る遮光膜の膜厚を得ることができる。
また、化学的機械研磨によるディッシングやエロージョンが抑制できるデザインルール範囲内の線幅である配線で形成されるため、デザインルールを逸脱した数１０μｍ〜１００μｍ線幅である従来の遮光膜と比較して、銅（Ｃｕ）配線特有に発生する配線中央部の銅（Ｃｕ）が過研磨されるディッシングを低減することができる。
上記第１実施例の説明では、一例として４層に形成された金属配線層２０を説明したが、金属配線層２０は４層以上であってもよく、この場合には、４層以上の金属配線層２０のうちの連続する４層を用いて、上記第１遮光膜７１と第２遮光膜７２と第３遮光膜７３と第４遮光膜７４を形成すればよい。
また、金属配線層２０が６層以上の場合、上記第３遮光膜７３、第４遮光膜７４に対して直交するように、上記第１遮光膜７１、第２遮光膜７２と同様な遮光膜を形成することができる。さらに、金属配線層２０が８層以上の場合、上記第１遮光膜７１〜第４遮光膜７４の組み合わせを２組もしくはそれ以上に形成することができる。すなわち、金属配線層の層数に応じて、遮光膜を形成することが可能である。
本発明の第１実施例に係る第１固体撮像装置１では、金属配線層２０のうちの第１金属配線層２１で形成される複数の第１金属配線３１の一部を、黒レベル基準画素部１３の上方に所定間隔かつ複数列に配設した第１遮光膜７１と、第１金属配線層２１上の第２金属配線層２２で形成される複数の第２金属配線３２の一部を、黒レベル基準画素部１３の上方の各第１金属配線３１間の上方に配設した第２遮光膜７２とを有することから、平面視、黒レベル基準画素部１３上は、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２で覆われる。かつ、黒レベル基準画素部１３の上方に、第２金属配線層２２の上方の第３金属配線層２３で形成される複数の第３金属配線３３の一部を、第２金属配線３２で形成された第２遮光膜７２と直交する方向に所定間隔かつ複数列に配設した第３遮光膜７３と、第３金属配線層２３の上方の第４金属配線層２４で形成される複数の第４金属配線３４の一部を、黒レベル基準画素部１３の上方の各第３金属配線３３間の上方に配設した第４遮光膜７４とを有することから、平面視、黒レベル基準画素部１３上は、第３遮光膜７３と第４遮光膜７４で覆われる。
しかも、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２に対して第３遮光膜７３と第４遮光膜７４とが直交する方向に配設されていることから、斜め入射光に対する遮光性が高められ、実質的に２層の金属配線層で遮光膜が形成されていることになる。したがって、従来の１層の金属配線層で形成されていた遮光膜と比較して、遮光膜の総膜厚を厚くすることができる。
これによって、微細化により配線を薄膜化してもその配線と同層の膜で形成した遮光膜の遮光性を維持もしくは高めることができ、次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜となっているという利点がある。
さらに、第１遮光膜７１は所定間隔かつ複数列に配設されていることから、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になる。よって、遮光膜を形成するときに化学的機械研磨を用いても、遮光膜の膜厚を設計値通りの膜厚に確保することができるので、遮光性の劣化を防止することができる。上記第２遮光膜７２、第３遮光膜７３、第４遮光膜７４についても、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になるので、上記第１遮光膜７１と同様な効果が得られる。
したがって、各遮光膜は所定の膜厚を確保することができるので、遮光性能の劣化が防げる。
よって、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２と第３遮光膜７３と第４遮光膜７４の４層の遮光膜によって、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオード領域への光の入射が遮断される。
次に、本発明の第１固体撮像装置に係る一実施の形態（第２実施例）を、図３の概略構成断面図、図４の遮光膜の要部斜視図および断面図によって説明する。図３では、固体撮像装置の一例として、ＣＭＯＳイメージセンサを示した。
図３に示すように、第１固体撮像装置２は、半導体基板１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３と、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上面に形成された多層配線部１４とを備える。
上記多層配線部１４は、半導体基板１１側から多層配線部１４の厚さ方向に所定間隔で複数層に重ねて形成された複数の金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２、第３金属配線層２３、第４金属配線層２４）と、各金属配線層２０の間を絶縁する層間絶縁膜４０とを有している。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成されている。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成されている。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
また、金属配線層２０（例えば第４金属配線層２４）とその下層の金属配線層２０（第３金属配線層２３）との間の層間絶縁膜４０（４４）には、その層間絶縁膜４４を貫通して第４金属配線層２４の第３金属配線３４とその下層の第３金属配線層２３の第３金属配線３３とを接続するコンタクトプラグ５１が形成されている。当然のことながら、他の金属配線層間に金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグによって接続されている金属配線もある。
さらに、最上位に位置する金属配線層２０（第４金属配線層２４）上面を覆うように形成された層間絶縁膜４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド６１とその直下に位置する第４金属配線層２４の第４金属配線３４−５との間の層間絶縁膜４５には、この層間絶縁膜４５を貫通して上記パッド６１と上記第４金属配線３４−５に接続する、コンタクトプラグ５５が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。さらに上記パッド６１を被覆する層間絶縁膜４６が形成されている。
また、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオードと対向する位置には、遮光膜が形成されている。
具体的には、上記金属配線層２０のうちの第１金属配線層２１で形成される複数の第１金属配線３１の一部を、上記黒レベル基準画素部１３の上方に所定間隔かつ複数列に配設して、第１遮光膜７１が形成されている。
さらに、上記第１金属配線層２１の上方の第２金属配線層２２で形成される複数の第２金属配線３２の一部を、上記黒レベル基準画素部１３の上方の上記各第１金属配線３１間の上方に配設して、第２遮光膜７２が形成されている。そして、上記第２遮光膜７２は、上記第１遮光膜７１の上方の一部にオーバーラップして形成されている。例えば、上記第２遮光膜７２は、上記第１遮光膜７１の縁に、平面視、オーバーラップする状態に形成されている。
すなわち、第２遮光膜７２の配列は、第１遮光膜７１の配列に対して半周期ずらした状態に形成されている。
また、上記黒レベル基準画素部１３の上方に、上記第２金属配線層２２の上方の第３金属配線層２３で形成される複数の第３金属配線３３の一部を、上記第２金属配線３２で形成された第２遮光膜７２と直交する方向に所定間隔かつ複数列に配設して、第３遮光膜７３が形成されている。
さらに、上記第３金属配線層２３の上方の第４金属配線層２４で形成される複数の第４金属配線３４の一部を、前記黒レベル基準画素部１３の上方の上記各第３金属配線３３間の上方に配設して、第４遮光膜７４が形成されている。そして、上記第４遮光膜７４は、上記第３遮光膜７３の上方の一部にオーバーラップして形成されている。例えば、上記第４遮光膜７４は、上記第１遮光膜７３の縁に、平面視、オーバーラップする状態に形成されている。
すなわち、第４遮光膜７４の配列は、第３遮光膜７３の配列に対して半周期ずらした状態に形成されている。
図４に示すように、上記第１遮光膜７１は、例えば、ディッシングの抑制が可能なラインアンドスペースＬ／Ｓ＝３０００ｎｍ／３５０ｎｍの配線幅、スペースのパターンで形成することができ、第２遮光膜７２は、パターン上部から見て（平面視）隙間がないように、上記第１遮光膜７１に対して半周期ずらした配置としてある。
また、上記第３遮光膜７３は、例えば、ラインアンドスペースＬ／Ｓ＝３０００ｎｍ／３５０ｎｍの配線幅、スペースのパターンで形成することができ、上記第２遮光膜７２に対して、パターン上部から見て（平面視）直交する方向に配設されている。また、上記第４遮光膜７４は、パターン上部から見て（平面視）隙間がないように、上記第３遮光膜７３に対して半周期ずらした配置としてある。
上記例は一例であり、化学的機械研磨条件によっては、遮光膜の幅をさらに広くすることも可能である。例えば、上記第１遮光膜７１〜第４遮光膜７４のそれぞれの線幅は５μｍ以下にすることが好ましい。より好ましくは３μｍ以下にする。
また、スペースも、３５０ｎｍに限定されず、例えばスペースの加工性を考慮してスペースの幅を決定することができる。例えば、２００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲で設定することができる。
このように、上記第１〜第４遮光膜７１〜７４を積層した構成とすることで、例えば６５ｎｍ世代の中間層の１層あたりの配線膜厚が１７０ｎｍであっても、多層配線構造を活用して実質的に２層分の配線膜厚３４０ｎｍ（＝１７０ｎｍ×２層）とすることができ、厚い部分では、実質的に３層分の配線膜厚５１０ｎｍ（＝１７０ｎｍ×３層）とすることができる。このように遮光膜の厚膜化が可能となり、９０ｎｍ世代のＬＳＩにおける中間層の配線膜厚の２２５ｎｍを上回る遮光膜の膜厚を得ることができる。
また、化学的機械研磨によるディッシングやエロージョンが抑制できるデザインルール範囲内の線幅である配線で形成されるため、デザインルールを逸脱した数１０μｍ〜１００μｍ線幅である従来の遮光膜と比較して、銅（Ｃｕ）配線特有に発生する配線中央部の銅（Ｃｕ）が過研磨されるディッシングを低減することができる。
上記第２実施例の説明では、第１遮光膜７１、第２遮光膜７２、第３遮光膜７３および第４遮光膜７４を同一の線幅のラインパターンとしたが、例えば、下層の遮光膜間のスペースの幅以上の幅のラインパターンを用いるならば、各遮光膜の線幅を異なるものとしてもよい。例えば、一部の遮光膜を配線として用いる場合、配線抵抗を少なくするために、他の層の遮光膜より幅広のラインパターンとして形成することもできる。
上記第２実施例の説明では、一例として４層に形成された金属配線層２０を説明したが、金属配線層２０は４層以上であってもよく、この場合には、４層以上の金属配線層２０のうちの連続する４層を用いて、上記第１遮光膜７１と第２遮光膜７２と第３遮光膜７３と第４遮光膜７４を形成すればよい。
また、金属配線層２０が６層以上の場合、上記第３遮光膜７３、第４遮光膜７４に対して直交するように、上記第１遮光膜７１、第２遮光膜７２と同様な遮光膜を形成することができる。さらに、金属配線層２０が８層以上の場合、上記第１遮光膜７１〜第４遮光膜７４の組み合わせを２組もしくはそれ以上に形成することができる。すなわち、金属配線層の層数に応じて、遮光膜を形成することが可能である。
本発明の第２実施例に係る第１固体撮像装置２では、金属配線層２０のうちの第１金属配線層２１で形成される複数の第１金属配線３１の一部を、黒レベル基準画素部１３の上方に所定間隔かつ複数列に配設した第１遮光膜７１と、第１金属配線層２１上の第２金属配線層２２で形成される複数の第２金属配線３２の一部を、黒レベル基準画素部１３の上方の各第１金属配線３１間の上方に配設した第２遮光膜７２とを有することから、平面視、黒レベル基準画素部１３上は、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２で覆われる。かつ、黒レベル基準画素部１３の上方に、第２金属配線層２２の上方の第３金属配線層２３で形成される複数の第３金属配線３３の一部を、第２金属配線３２で形成された第２遮光膜７２と直交する方向に所定間隔かつ複数列に配設した第３遮光膜７３と、第３金属配線層２３の上方の第４金属配線層２４で形成される複数の第４金属配線３４の一部を、黒レベル基準画素部１３の上方の各第３金属配線３３間の上方に配設した第４遮光膜７４とを有することから、平面視、黒レベル基準画素部１３上は、第３遮光膜７３と第４遮光膜７４で覆われる。
しかも、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２に対して第３遮光膜７３と第４遮光膜７４とが直交する方向に配設されていることから、斜め入射光に対する遮光性が高められ、実質的に２層の金属配線層で遮光膜が形成されていることになる。したがって、従来の１層の金属配線層で形成されていた遮光膜と比較して、遮光膜の総膜厚を厚くすることができる。
さらに、図５に示すように、上記第２遮光膜７２は、上記第１遮光膜７１の上方の一部にオーバーラップして形成されていることから、垂直入射光Ｌｖはもとより斜め入射光Ｌｓを確実に遮光することができる。
一方、図６に示すように、上記第２遮光膜７２が上記第１遮光膜７１の上方の一部にオーバーラップしていない状態に形成されている場合、垂直入射光Ｌｖは確実に遮光できるが、斜め入射光Ｌｓの一部が遮光膜（例えば、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２）間を通り抜ける可能性があり、遮光性が低下する場合がある。
これによって、微細化により配線を薄膜化してもその配線と同層の膜で形成した遮光膜の遮光性を維持もしくは高めることができ、次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜となっているという利点がある。
さらに、第１遮光膜７１は所定間隔かつ複数列に配設されていることから、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になる。よって、遮光膜を形成するときに化学的機械研磨を用いても、遮光膜の膜厚を設計値通りの膜厚に確保することができるので、遮光性の劣化を防止することができる。上記第２遮光膜７２、第３遮光膜７３、第４遮光膜７４についても、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になるので、上記第１遮光膜７１と同様な効果が得られる。
したがって、各遮光膜は所定の膜厚を確保することができるので、遮光性能の劣化が防げる。
次に、本発明の第２固体撮像装置に係る一実施の形態（第３実施例）を、図７の概略構成断面図、図８の遮光膜の要部斜視図および断面図によって説明する。図７では、固体撮像装置の一例として、ＣＭＯＳイメージセンサを示した。
図７に示すように、第２固体撮像装置３は、半導体基板１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３と、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上面に形成された多層配線部１４とを備える。
上記多層配線部１４は、半導体基板１１側から多層配線部１４の厚さ方向に所定間隔で複数層に重ねて形成された複数の金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２、第３金属配線層２３、第４金属配線層２４）と、各金属配線層２０の間を絶縁する層間絶縁膜４０とを有している。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成されている。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成されている。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
また、金属配線層２０（例えば第４金属配線層２４）とその下層の金属配線層２０（第３金属配線層２３）との間の層間絶縁膜４０（４４）には、その層間絶縁膜４４を貫通して第４金属配線層２４の第３金属配線３４とその下層の第３金属配線層２３の第３金属配線３３とを接続するコンタクトプラグ５１が形成されている。当然のことながら、他の金属配線層間に金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグによって接続されている金属配線もある。
さらに、最上位に位置する金属配線層２０（第４金属配線層２４）上面を覆うように形成された層間絶縁膜４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド６１とその直下に位置する第４金属配線層２４の第４金属配線３４−５との間の層間絶縁膜４５には、この層間絶縁膜４５を貫通して上記パッド６１と上記第３金属配線３４−５に接続する、コンタクトプラグ５５が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。さらに上記パッド６１を被覆する層間絶縁膜４６が形成されている。
また、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオードと対向する位置には、遮光膜が形成されている。
具体的には、上記金属配線層２０のうちの第１金属配線層２１で形成される複数の第１金属配線３１の一部を、上記黒レベル基準画素部１３の上方に所定間隔かつ複数列に配設して、第１遮光膜７１が形成されている。
さらに、上記第１金属配線層２１の上方の第２金属配線層２２で形成される複数の第２金属配線３２の一部を、上記黒レベル基準画素部１３の上方の上記各第１金属配線３１間の上方に配設して、第２遮光膜７２が形成されている。
すなわち、第２遮光膜７２の配列は、第１遮光膜７１の配列に対して半周期ずらした状態に形成されている。
そして、上記黒レベル基準画素部１３の上方に、上記第１遮光膜７１と上記第２遮光膜７２の組が複数層に設けられている。
例えば、上記第２金属配線層２２の上方の第３金属配線層２３で形成される複数の第３金属配線３３の一部を、上記黒レベル基準画素部１３の上方の上記各第２金属配線３２間の上方に配設して、第３遮光膜７３が形成されている。
さらに、上記第３金属配線層２３の上方の第４金属配線層２４で形成される複数の第４金属配線３４の一部を、前記黒レベル基準画素部１３の上方の上記各第３金属配線３３間の上方に配設して、第４遮光膜７４が形成されている。
例えば、第４遮光膜７４の配列は、第３遮光膜７３の配列に対して半周期ずらした状態に形成されている。
また、第３遮光膜７３の配列は、第２遮光膜７２の配列に対して半周期ずらした状態に形成されている。
図８に示すように、上記第１遮光膜７１は、例えば、ラインアンドスペースＬ／Ｓ＝１００ｎｍ／１００ｎｍの最小配線幅、最小スペースのパターンで形成することができ、第２遮光膜７２は、パターン上部から見て（平面視）隙間がないように、上記第１遮光膜７１に対して半周期ずらした配置としてある。
また、上記第３遮光膜７３は、例えば、ラインアンドスペースＬ／Ｓ＝１００ｎｍ／１００ｎｍの最小配線幅、最小スペースのパターンで形成することができ、上記第２遮光膜７２に対して、パターン上部から見て（平面視）直交する方向に配設されている。また、上記第４遮光膜７４は、パターン上部から見て（平面視）隙間がないように、上記第３遮光膜７３に対して半周期ずらした配置としてある。
このように、上記第１〜第４遮光膜７１〜７４を積層した構成とすることで、例えば６５ｎｍ世代の中間層の１層あたりの配線膜厚が１７０ｎｍであっても、多層配線構造を活用して実質的に２層分の配線膜厚３４０ｎｍ（＝１７０ｎｍ×２層）とすることができる。このように遮光膜の厚膜化が可能となり、９０ｎｍ世代のＬＳＩにおける中間層の配線膜厚の２２５ｎｍを上回る遮光膜の膜厚を得ることができる。
また、化学的機械研磨によるディッシングやエロージョンが抑制できるデザインルール範囲内の線幅である配線で形成されるため、デザインルールを逸脱した数１０μｍ〜１００μｍ線幅である従来の遮光膜と比較して、銅（Ｃｕ）配線特有に発生する配線中央部の銅（Ｃｕ）が過研磨されるディッシングを低減することができる。
上記第３実施例の説明では、一例として４層に形成された金属配線層２０を説明したが、金属配線層２０は４層以上であってもよく、この場合には、４層以上の金属配線層２０のうちの連続する４層を用いて、上記第１遮光膜７１と第２遮光膜７２と第３遮光膜７３と第４遮光膜７４を形成すればよい。
また、金属配線層２０がｎ層（ｎは６以上の自然数）以上の場合、上記第１遮光膜７１と第２遮光膜７２との組を一組として、ｎが偶数の場合はｎ／２組に、ｎが奇数の場合は（ｎ−１）／２組を形成することができる。すなわち、金属配線層の層数に応じて、遮光膜を形成することが可能である。
本発明の第３実施例に係る第２固体撮像装置３では、金属配線層２０のうちの第１金属配線層２１で複数の第１金属配線３１を形成するときに、黒レベル基準画素部１３の上方に、第１金属配線３１の一部を所定間隔かつ複数列に配設して第１遮光膜７１を形成し、第１金属配線層２１上の第２金属配線層２２で複数の第２金属配線３２を形成するときに、黒レベル基準画素部１３の上方の各第１金属配線３１間の上方に第２金属配線３２の一部を配設して第２遮光膜７２を形成することから、平面視、黒レベル基準画素部１３上は、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２で覆われる。
しかも、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２の組を黒レベル基準画素部１３の上方に複数組に設けたことから、斜め入射光に対する遮光性が高められ、少なくとも、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２の組を二組設けたものでは、実質的に２層の金属配線層で遮光膜が形成されていることになる。
したがって、従来の１層の金属配線層で形成されていた遮光膜と比較して、遮光膜の総膜厚を厚くすることができる。当然のことながら、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２の組を３組以上設けたものでは、その組数に応じて、遮光性能が高められる。
これによって、金属配線層２０が薄膜化しても次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜となるという利点がある。
さらに、第１遮光膜７１は所定間隔かつ複数列に配設されていることから、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になる。よって、遮光膜を形成するときに化学的機械研磨を用いても、遮光膜の膜厚を設計値通りの膜厚に確保することができるので、遮光性の劣化を防止することができる。上記第２遮光膜７２、第３遮光膜７３、第４遮光膜７４についても、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になるので、上記第１遮光膜７１と同様な効果が得られる。
したがって、各遮光膜は、所定の膜厚を確保することができるので、遮光性能の劣化が防げる。
よって、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２と第３遮光膜７３と第４遮光膜７４の４層の遮光膜によって、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオード領域への光の入射が遮断される。
また、上記第３実施例では、黒レベル基準画素部１３上方に、例えば複数層の配線を同一方向に配設しなければならない場合に用いることに有効である。
次に、本発明の第２固体撮像装置に係る一実施の形態（第４実施例）を、図９の概略構成断面図、図１０の遮光膜の要部斜視図および断面図によって説明する。図９では、固体撮像装置の一例として、ＣＭＯＳイメージセンサを示した。
図９に示すように、第２固体撮像装置４は、半導体基板１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３と、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上面に形成された多層配線部１４とを備える。
上記多層配線部１４は、半導体基板１１側から多層配線部１４の厚さ方向に所定間隔で複数層に重ねて形成された複数の金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２、第３金属配線層２３、第４金属配線層２４）と、各金属配線層２０の間を絶縁する層間絶縁膜４０とを有している。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成されている。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成されている。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
また、金属配線層２０（例えば第４金属配線層２４）とその下層の金属配線層２０（第３金属配線層２３）との間の層間絶縁膜４０（４４）には、その層間絶縁膜４４を貫通して第４金属配線層２４の第４金属配線３４とその下層の第３金属配線層２３の第３金属配線３３とを接続するコンタクトプラグ５１が形成されている。当然のことながら、他の金属配線層間に金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグによって接続されている金属配線もある。
さらに、最上位に位置する金属配線層２０（第４金属配線層２４）上面を覆うように形成された層間絶縁膜４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド６１とその直下に位置する第４金属配線層２４の第４金属配線３４−５との間の層間絶縁膜４５には、この層間絶縁膜４５を貫通して上記パッド６１と上記第３金属配線３４−５に接続する、コンタクトプラグ５５が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。さらに上記パッド６１を被覆する層間絶縁膜４６が形成されている。
また、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオードと対向する位置には、遮光膜が形成されている。
具体的には、上記金属配線層２０のうちの第１金属配線層２１で形成される複数の第１金属配線３１の一部を、上記黒レベル基準画素部１３の上方に所定間隔かつ複数列に配設して、第１遮光膜７１が形成されている。
さらに、上記第１金属配線層２１の上方の第２金属配線層２２で形成される複数の第２金属配線３２の一部を、上記黒レベル基準画素部１３の上方の上記各第１金属配線３１間の上方に配設して、第２遮光膜７２が形成されている。そして、上記第２遮光膜７２は、上記第１遮光膜７１の上方の一部にオーバーラップして形成されている。例えば、上記第２遮光膜７２は、上記第１遮光膜７１の縁に、平面視、オーバーラップする状態に形成されている。
すなわち、第２遮光膜７２の配列は、第１遮光膜７１の配列に対して半周期ずらした状態に形成されている。
また、上記第２金属配線層２２の上方の第３金属配線層２３で形成される複数の第３金属配線３３の一部を、上記黒レベル基準画素部１３の上方の上記各第２金属配線３２間の上方に配設して、第３遮光膜７３が形成されている。そして、上記第３遮光膜７３は、上記第２遮光膜７２の上方の一部にオーバーラップして形成されている。例えば、上記第３遮光膜７３は、上記第２遮光膜７２の縁に、平面視、オーバーラップする状態に形成されている。
すなわち、第３遮光膜７３の配列は、第２遮光膜７２の配列に対して半周期ずらした状態に形成されている。
さらに、上記第３金属配線層２３の上方の第４金属配線層２４で形成される複数の第４金属配線３４の一部を、前記黒レベル基準画素部１３の上方の上記各第３金属配線３３間の上方に配設して、第４遮光膜７４が形成されている。そして、上記第４遮光膜７４は、上記第３遮光膜７３の上方の一部にオーバーラップして形成されている。例えば、上記第４遮光膜７４は、上記第１遮光膜７３の縁に、平面視、オーバーラップする状態に形成されている。
すなわち、第４遮光膜７４の配列は、第３遮光膜７３の配列に対して半周期ずらした状態に形成されている。
図１０に示すように、上記第１遮光膜７１は、例えば、ディッシングの抑制が可能なラインアンドスペースＬ／Ｓ＝３０００ｎｍ／３５０ｎｍの配線幅、スペースのパターンで形成することができ、第２遮光膜７２は、パターン上部から見て（平面視）第１遮光膜７１と第２遮光膜７２との間に隙間がないように、上記第１遮光膜７１に対して半周期ずらした配置としてある。
また、上記第３遮光膜７３は、例えば、ラインアンドスペースＬ／Ｓ＝３０００ｎｍ／３５０ｎｍの配線幅、スペースのパターンで形成することができ、上記第２遮光膜７２に対して、パターン上部から見て（平面視）第２遮光膜７２と第３遮光膜７３との間に隙間がないように、上記第２遮光膜７２に対して半周期ずらした配置としてある。また、上記第４遮光膜７４は、例えば、ラインアンドスペースＬ／Ｓ＝３０００ｎｍ／３５０ｎｍの配線幅、スペースのパターンで形成することができ、上記第３遮光膜７３に対して、パターン上部から見て（平面視）第３遮光膜７３と第４遮光膜７４との間に隙間がないように、上記第３遮光膜７３に対して半周期ずらした配置としてある。
上記例は一例であり、化学的機械研磨条件によっては、遮光膜の幅をさらに広くすることも可能である。例えば、上記第１遮光膜７１〜第４遮光膜７４のそれぞれの線幅は５μｍ以下にすることが好ましい。より好ましくは３μｍ以下にする。
また、スペースも、３５０ｎｍに限定されず、例えばスペースの加工性を考慮してスペースの幅を決定することができる。例えば、２００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲で設定することができる。
このように、上記第１〜第４遮光膜７１〜７４を積層した構成とすることで、例えば６５ｎｍ世代の中間層の１層あたりの配線膜厚が１７０ｎｍであっても、多層配線構造を活用して実質的に２層分の配線膜厚３４０ｎｍ（＝１７０ｎｍ×２層）とすることができ、厚い部分では、実質的に３層分の配線膜厚５１０ｎｍ（＝１７０ｎｍ×３層）とすることができる。このように遮光膜の厚膜化が可能となり、９０ｎｍ世代のＬＳＩにおける中間層の配線膜厚の２２５ｎｍを上回る遮光膜の膜厚を得ることができる。
また、化学的機械研磨によるディッシングやエロージョンが抑制できるデザインルール範囲内の線幅である配線で形成されるため、デザインルールを逸脱した数１０μｍ〜１００μｍ線幅である従来の遮光膜と比較して、銅（Ｃｕ）配線特有に発生する配線中央部の銅（Ｃｕ）が過研磨されるディッシングを低減することができる。
上記第４実施例の説明では、第１遮光膜７１、第２遮光膜７２、第３遮光膜７３および第４遮光膜７４を同一の線幅のラインパターンとしたが、例えば、下層の遮光膜間のスペースの幅以上の幅のラインパターンを用いるならば、各遮光膜の線幅を異なるものとしてもよい。例えば、一部の遮光膜を配線として用いる場合、配線抵抗を少なくするために、他の層の遮光膜より幅広のラインパターンとして形成することもできる。
上記第４実施例の説明では、一例として４層に形成された金属配線層２０を説明したが、金属配線層２０は４層以上であってもよく、この場合には、４層以上の金属配線層２０のうちの連続する４層を用いて、上記第１遮光膜７１と第２遮光膜７２と第３遮光膜７３と第４遮光膜７４を形成すればよい。
また、金属配線層２０がｎ層（ｎは６以上の自然数）以上の場合、上記第１遮光膜７１と第２遮光膜７２との組を一組として、ｎが偶数の場合はｎ／２組に、ｎが奇数の場合は（ｎ−１）／２組を形成することができる。すなわち、金属配線層の層数に応じて、遮光膜を形成することが可能である。
本発明の第４実施例に係る第２固体撮像装置４では、金属配線層２０のうちの第１金属配線層２１で複数の第１金属配線３１を形成するときに、黒レベル基準画素部１３の上方に、第１金属配線３１の一部を所定間隔かつ複数列に配設して第１遮光膜７１を形成し、第１金属配線層２１上の第２金属配線層２２で複数の第２金属配線３２を形成するときに、黒レベル基準画素部１３の上方の各第１金属配線３１間の上方に第２金属配線３２の一部を配設して第２遮光膜７２を形成することから、平面視、黒レベル基準画素部１３上は、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２で覆われる。
しかも、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２の組を黒レベル基準画素部１３の上方に複数組に設けたことから、斜め入射光に対する遮光性が高められ、少なくとも、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２の組を二組設けたものでは、実質的に２層の金属配線層で遮光膜が形成されていることになる。したがって、従来の１層の金属配線層で形成されていた遮光膜と比較して、遮光膜の総膜厚を厚くすることができる。当然のことながら、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２の組を３組以上設けたものでは、その組数に応じて、遮光性能が高められる。
これによって、金属配線層２０が薄膜化しても次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜となる。
さらに、第１遮光膜７１は所定間隔かつ複数列に配設されていることから、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になる。同様に、第２遮光膜７２についても各第１金属配線７１間の上方に配設されているので、所定間隔かつ複数列に形成されていることになる。このため、第１遮光膜７１と同様に、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になる。
したがって、各遮光膜は所定の膜厚を確保することができるので、遮光性能の劣化が防げる。
さらに、前記図５に示したように、上記第２遮光膜７２は、上記第１遮光膜７１の上方の一部にオーバーラップして形成されていることから、斜め入射光Ｌを確実に遮光することができる。上記第３遮光膜７３、第４遮光膜７４についても、上記第２遮光膜７２と同様である。
これによって、微細化により配線を薄膜化してもその配線と同層の膜で形成した遮光膜の遮光性を維持もしくは高めることができ、次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜となっているという利点がある。
さらに、上記第１遮光膜７１は所定間隔かつ複数列に配設されていることから、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になる。よって、遮光膜を形成するときに化学的機械研磨を用いても、遮光膜の膜厚を設計値通りの膜厚に確保することができるので、遮光性の劣化を防止することができる。上記第２遮光膜７２、第３遮光膜７３、第４遮光膜７４についても、ディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成することが可能になるので、上記第１遮光膜７１と同様な効果が得られる。
したがって、各遮光膜は所定の膜厚を確保することができるので、遮光性能の劣化が防げる。
上記実施例１〜４で用いる金属配線の材料、および金属配線間を接続するコンタクトプラグの材料は、例えば、銅やアルミニウムの他に、タングステン、アルミニウム合金、銅合金等の金属配線に用いられる金属材料を挙げることができる。
また、金属配線のバリアメタルとして使われる材料は、チタン、タンタル、タングステン、ルテニウム等、もしくはこれら金属の窒化物、またはこれら金属を主成分とした合金、上記金属、上記金属の窒化物、上記金属の合金等から選択された積層膜等を挙げることができる。
また、上記実施例１〜４では、上記第１遮光膜７１〜第４遮光膜７４のうちの少なくとも一つ（１本）の遮光膜は、電気的接続を兼ねることができる。すなわち、配線として用いることができる。
その場合、通常の配線としての使用の他にも分流配線とすることもできる。例えば、電源供給配線など高い電流密度で流す用途で使用する際、配線薄膜化による配線抵抗の上昇対策として有効である。特に配線距離が長くなるような大面積固体撮像装置などで低消費電力化に有効である。
また、上層の遮光膜の一部と下層の遮光膜の一部とがオーバーラップして形成されている構成では、複数層間の遮光膜をコンタクトプラグで接続して１本の配線とすることもできる。
例えば、図１１に示すように、第３金属配線層２３の第３金属配線３３で形成される第３遮光膜７３（７３−１）と第４金属配線層２４の第４金属配線３４で形成される第４遮光膜７４（７４−１）および第４遮光膜７４（７４−２）とをコンタクトプラグ５２、５３で接続して３本の遮光膜を一本の配線として用いることもできる。
また、上記とは別に、第３金属配線層２３の第３金属配線３３で形成される第３遮光膜７３（７３−２）および第３遮光膜７３（７３−３）と第４金属配線層２４の第４金属配線３４で形成される第４遮光膜７４（７４−３）とをコンタクトプラグ５４、５５で接続して３本の遮光膜を一本の配線として用いることもできる。
上記説明では、３本の遮光膜を１本の配線に用いたが、遮光膜の本数は１本でも、複数本でもよい。上層の遮光膜の一部と下層の遮光膜の一部とがオーバーラップして形成されている構成であればよい。
このように、一つの遮光膜群７０において、二つ以上の配線を遮光膜膜で兼ねることもできる。
また、上記第１遮光膜７１〜第４遮光膜７４のうちの少なくとも１本の遮光膜が電気的接続を兼ねる配線としては、例えば、電源線がある。一例として、図１２にＣＭＯＳイメージセンサの回路図を示す。
図１２に示すように、固体撮像装置（ＣＭＯＳ型イメージセンサ）２０１は、光電変換素子を含む画素２１１が行列状に２次元配置されてなる画素部２１０と、その周辺回路として、制御信号線を独立に制御する駆動回路２２１、画素用垂直走査回路２２３、タイミング発生回路２２５、水平走査回路２２７等のロジック部２２０を有する構成となっている。
画素２１１の行列状配列に対して、列毎に出力信号線２４１が配線され、画素２１１の各行毎に制御信号線が配線されている。これらの制御信号線は、例えば、転送制御線２４２、リセット制御線２４３および選択制御線２４４が配線されている。さらに、画素２１１の各々に、リセット電圧を供給するリセット線２４５が配線されている。
画素２１１の回路構成の一例が示されている。本回路例に係る単位画素は、受光部２３１に光電変換素子として例えばフォトダイオードを備え、例えば転送トランジスタ２３２、リセットトランジスタ２３３、増幅トランジスタ２３４および選択トランジスタ２３５の４つのトランジスタを有する画素回路となっている。ここでは、転送トランジスタ２３２、リセットトランジスタ２３３、増幅トランジスタ２３４および選択トランジスタ２３５として、例えばＮチャネルのＭＯＳトランジスタを用いている。
転送トランジスタ２３２は、受光部２３１のフォトダイオードのカソード電極と電荷電圧変換部であるフローティングディフュージョン部２３６との間に接続され、受光部２３１で光電変換され、ここに蓄積された信号電荷（ここでは、電子）を、ゲート電極（制御電極）に転送パルスが与えられることによってフローティングディフュージョン部２３６に転送する。
リセットトランジスタ２３３は、リセット線２４５にドレイン電極が、フローティングディフュージョン部２３６にソース電極がそれぞれ接続され、受光部２３１からフローティングディフュージョン部２３６への信号電荷の転送に先立って、ゲート電極にリセットパルスが与えられることによってフローティングディフュージョン部２３６の電位をリセット電圧にリセットする。
増幅トランジスタ２３４は、フローティングディフュージョン部２３６にゲート電極が、画素電源Ｖｄｄにドレイン電極がそれぞれ接続され、リセットトランジスタ２３３によってリセットされた後のフローティングディフュージョン部２３６の電位をリセットレベルとして出力し、さらに転送トランジスタ２３２によって信号電荷が転送された後のフローティングディフュージョン部２３６の電位を信号レベルとして出力する。
選択トランジスタ２３５は、例えば、ドレイン電極が増幅トランジスタ２３４のソース電極に接続され、ソース電極が出力信号線２４１に接続されている。そしてゲート電極に選択パルスが与えられることによってオン状態となり、画素２１１を選択状態として増幅トランジスタ２３４から出力される信号を出力信号線２４１に出力する。なお、選択トランジスタ２３５については、画素電源Ｖｄｄと増幅トランジスタ２３４のドレイン電極との間に接続した構成を採ることも可能である。
駆動回路２２１は、画素部２１０の読み出し行の各画素２１１の信号を読み出す読み出し動作を行う構成となっている。
画素用垂直走査回路２２３は、シフトレジスタもしくはアドレスデコーダ等によって構成され、リセットパルス、転送パルスおよび選択パルス等を適宜発生することで、画素部２１０の各画素２１１を電子シャッタ行と読み出し行それぞれについて行単位で垂直方向（上下方向）に走査しつつ、電子シャッタ行に対してはその行の画素２１１の信号掃き捨てを行うための電子シャッタ動作を行う。そして、駆動回路２２１による読み出し走査よりもシャッタ速度に対応した時間分だけ前に同じ行（電子シャッタ行）に対して電子シャッタ動作を行う。
水平走査回路２２７は、シフトレジスタあるいはアドレスデコーダ等によって構成され、画素部２１０の画素列ごとに順に水平走査する。
タイミング発生回路２２５は、駆動回路２２１、画素用垂直走査回路２２３等の動作の基準となるタイミング信号や制御信号が生成される。
上記固体撮像装置（ＣＭＯＳ型イメージセンサ）２０１の構成は一例であって、上記構成に限定されるものではない。
上記のようなＣＭＯＳイメージセンサにおいて、例えば画素電源Ｖｄｄに接続されるリセット電圧を供給するリセット線２４５の一部を遮光膜で兼ねる、もしくは遮光膜を分流配線とすることができる。また、その他の、転送制御線２４２、リセット制御線２４３、選択制御線２４４、画素部２１０とロジック部２２０を接続する配線等の一部を兼ねることもできる。
このように、配線の一部を遮光膜で兼ねることができるので、配線を配設していなかった遮光膜の形成領域に配線をレイアウトできるようになり、配線レイアウトの自由度が高められる。よって、セル面積の縮小、配線抵抗の低減等の効果を得ることができる。
次に、上記各実施例の多層配線部１４の金属配線と遮光膜を兼ねる場合における、遮光膜に必要な膜厚について説明する。
通常、固体撮像装置は照度が強い環境においてもコントラストを得るため黒レベル基準画素部１３では照度に依らず光を十分減衰させることが求められる。
自然環境下において強い照度となる太陽光は、場所にもよるが、およそ１０００００ｌｘ（単位：ルクス）以上であり、これを０．１ｌｘ以下まで減衰させようとする場合を考える。
光の遮光性能は物質表面での反射と物質内での吸収によって表される。例えば、材料膜への入射光の透過率Ｔ、入射光の反射率Ｒ、入射光の吸収係数α、材料膜の膜厚ｄとすると、下記（１）式が得られる。
Ｔ＝（１−Ｒ）ｅｘｐ（−αｄ） …（１）
ここで材料膜の膜厚ｄ1における透過率をＴ1、材料膜の膜厚ｄ2における透過率をＴ2とすると、上記（１）式からＴ1，Ｔ2は、（２）式のように表される。
ｌｏｇ（Ｔ1／Ｔ2）＝−α（ｄ1−ｄ2） …（２）
ここで、吸収係数αは消衰係数Ｋを用いて（３）式のように表せる。
α＝（４π／λ）Ｋ …（３）
よって、透過率Ｔ、材料膜の膜厚をｄ、消衰係数Ｋの間には（４）式のような関係が得られる。
ｌｏｇ（Ｔ1／Ｔ2）＝−（４π／λ）Ｋ（ｄ1−ｄ2） …（４）
つまり、縦軸を透過率Ｔの対数、横軸を遮光膜の膜厚をｄとした時、その傾きが大きいほど消衰係数Ｋが大きい、つまり遮光性が高いことを示す。
以上のように透過率Ｔの対数を取ったグラフで表すと各材料膜の遮光性を比較しやすいため、今回は全ての透過率をｄＢ換算して示した。なお、ｄＢ換算式を以下に示す。
ｄＢ＝２０ｌｏｇＴ …（５）
銅とタンタルの可視光域での透過率と入射光の波長との関係を、図１３の可視光域での透過率の波長依存の実測データによって示す。
また、銅とタンタルの可視光域で透過し易い波長での透過率と膜厚との関係を、図１４の透過しやすい波長における透過率の膜厚依存の実測データによって示す。
光の強度を１０００００ｌｘ（ルクス）から０．１ｌｘ（ルクス）まで減衰させるのには、−１２０ｄＢ以上の遮光性能が必要となる。例えば、銅配線のバリアメタルにタンタルを用い、その膜厚を１５ｎｍとした場合、−１２０ｄＢの遮光性能を得るには、銅配線は２１６ｎｍの膜厚が必要となる。
したがって、１層当りの銅配線の膜厚が２１６ｎｍを下回る場合に、上記説明した本発明の実施例を適応することが有効である。
次に、本発明の第１固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態（実施例）を、前記図１の概略構成断面図によって説明する。
前記図１に示すように、通常の固体撮像装置の製造方法によって、半導体基板１１上にフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３を形成し、さらに、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上面に多層配線部１４を形成する。
上記多層配線部１４は、半導体基板１１側から順に層間絶縁膜４０と金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２、第３金属配線層２３、第４金属配線層２４）とを交互に形成することで形成される。また、必要に応じて、金属配線層２０間の層間絶縁膜４０を貫通するコンタクトプラグが形成される。例えば、金属配線層２０（第４金属配線層２４）とその下層の金属配線層２０（第３金属配線層２３）との間の層間絶縁膜４０（４４）に、その層間絶縁膜４４を貫通して第４金属配線層２４の第４金属配線３４とその下層の第３金属配線層２３の第３金属配線３３とを接続するコンタクトプラグ５１を形成する。当然のことながら、他の金属配線層間に金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグが形成される。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成される。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成される。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
上記第１金属配線層２１で複数の第１金属配線３１を形成するときに、上記黒レベル基準画素部１３の上方に、上記第１金属配線３１の一部を所定間隔かつ複数列に配設して第１遮光膜７１を形成する。
また、上記第１金属配線層２１上の第２金属配線層２２で複数の第２金属配線３２を形成するときに、上記黒レベル基準画素部１３の上方の上記各第１金属配線３１間の上方に上記第２金属配線３２の一部を配設して第２遮光膜７２を形成する。
さらに、上記第２金属配線層２２上の第３金属配線層２３で複数の第３金属配線３３を形成するときに、上記黒レベル基準画素部１３上方に、上記第３金属配線３３の一部を上記第２遮光膜７２と直交する方向に所定間隔かつ複数列に配設して第３遮光膜７３を形成する。
またさらに、上記第３金属配線層２３上の第４金属配線層２４で複数の第４金属配線３４を形成するときに、上記黒レベル基準画素部１３の上方の上記第３金属配線３３間の上方に上記第４金属配線３４の一部を配設して第４遮光膜７４を形成する。
その後、最上位に位置する金属配線層２０（第４金属配線層２４）上面を覆うように層間絶縁膜４５を形成し、その層間絶縁膜４５に第４金属配線層２４の第４金属配線３４−５に達する接続孔を形成する。そして、接続孔の内部に上記第４金属配線３４−５に接続するコンタクトプラグ５５を、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成する。さらに層間絶縁膜４５の上面に、コンタクトプラグ５５に接合し、かつ周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１を、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成する。上記パッド６１と上記コンタクトプラグ５５とは、同一層で形成することもできる。
上記説明では、一例として４層に形成された金属配線層２０を説明したが、金属配線層２０は４層以上であってもよく、この場合には、４層以上の金属配線層２０のうちの連続する４層を用いて、上記第１遮光膜７１と第２遮光膜７２と第３遮光膜７３と第４遮光膜７４を形成すればよい。
また、金属配線層２０が６層以上の場合、上記第３遮光膜７３、第４遮光膜７４に対して直交するように、上記第１遮光膜７１、第２遮光膜７２と同様な遮光膜を形成することができる。さらに、金属配線層２０が８層以上の場合、上記第１遮光膜７１〜第４遮光膜７４の組み合わせを２組もしくはそれ以上に形成することができる。すなわち、金属配線層の層数に応じて、遮光膜を形成することが可能である。
また、上記第１固体撮像装置の第２実施例で説明したような構成を形成することができる。その場合、各遮光膜のパターンの幅、パターン間隔を変えればよい。
上記製造方法では、微細化により配線を薄膜化してもその配線と同層の膜で形成した遮光膜の遮光性を維持もしくは高めることができ、次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜を形成することができるという利点がある。また、斜め入射光に対する遮光性を高めることができる。
さらに、遮光膜をディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成するため、遮光膜を形成するときに化学的機械研磨を用いても、遮光膜の膜厚を設計値通りの膜厚に確保することができるので、遮光性の劣化を防止することができる。
次に、本発明の第２固体撮像装置の製造方法に係る一実施の形態（実施例）を、前記図７の概略構成断面図によって説明する。
前記図７に示すように、通常の固体撮像装置の製造方法によって、半導体基板１１上にフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３を形成し、さらに、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上面に多層配線部１４を形成する。
上記多層配線部１４は、半導体基板１１側から順に層間絶縁膜４０と金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２、第３金属配線層２３、第４金属配線層２４）とを交互に形成することで形成される。また、必要に応じて、金属配線層２０間の層間絶縁膜４０を貫通するコンタクトプラグが形成される。例えば、金属配線層２０（第４金属配線層２４）とその下層の金属配線層２０（第３金属配線層２３）との間の層間絶縁膜４０（４４）に、その層間絶縁膜４４を貫通して第４金属配線層２４の第４金属配線３４とその下層の第３金属配線層２３の第３金属配線３３とを接続するコンタクトプラグ５１を形成する。当然のことながら、他の金属配線層間に金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグが形成される。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成される。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成される。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
上記第１金属配線層２１で複数の第１金属配線３１を形成するときに、上記黒レベル基準画素部１３の上方に、上記第１金属配線３１の一部を所定間隔かつ複数列に配設して第１遮光膜７１を形成する。
また、上記第１金属配線層２１上の第２金属配線層２２で複数の第２金属配線３２を形成するときに、上記黒レベル基準画素部１３の上方の上記各第１金属配線３１間の上方に上記第２金属配線３２の一部を配設して第２遮光膜７２を形成する。
さらに、上記第２金属配線層２２上の第３金属配線層２３で複数の第３金属配線３３を形成するときに、上記黒レベル基準画素部１３の上方の上記各第２金属配線３２間の上方に上記第３金属配線３３の一部を配設して第３遮光膜７３を形成する。
またさらに、上記第３金属配線層２３上の第４金属配線層２４で複数の第４金属配線３４を形成するときに、上記黒レベル基準画素部１３の上方の上記第３金属配線３３間の上方に上記第４金属配線３４の一部を配設して第４遮光膜７４を形成する。
その後、最上位に位置する金属配線層２０（第４金属配線層２４）上面を覆うように層間絶縁膜４５を形成し、その層間絶縁膜４５に第４金属配線層２４の第４金属配線３４−５に達する接続孔を形成する。そして、接続孔の内部に上記第４金属配線３４−５に接続するコンタクトプラグ５５を、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成する。さらに層間絶縁膜４５の上面に、コンタクトプラグ５５に接合し、かつ周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１を、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成する。上記パッド６１と上記コンタクトプラグ５５とは、同一層で形成することもできる。
上記説明では、一例として４層に形成された金属配線層２０を説明したが、金属配線層２０は４層以上であってもよく、この場合には、４層以上の金属配線層２０のうちの連続する４層を用いて、上記第１遮光膜７１と第２遮光膜７２と第３遮光膜７３と第４遮光膜７４を形成すればよい。
また、上記第２固体撮像装置４の第４実施例で説明したような構成を形成することができる。その場合、各遮光膜のパターンの幅、パターン間隔を変えればよい。
上記製造方法では、微細化により配線を薄膜化してもその配線と同層の膜で形成した遮光膜の遮光性を維持もしくは高めることができ、次世代以降のＬＳＩに対応した遮光性を有する遮光膜を形成することができるという利点がある。また、斜め入射光に対する遮光性を高めることができる。
さらに、遮光膜をディッシングやエロージョンを起こさない線幅に形成するため、遮光膜を形成するときに化学的機械研磨を用いても、遮光膜の膜厚を設計値通りの膜厚に確保することができるので、遮光性の劣化を防止することができる。
上記実施例１〜４の構造例は一例であり、各半導体デバイス、および世代毎に定められたデザインルールの配線幅であれば、パターン形状、配線材料、層間膜材料について適宜変更することが可能である。
また、本発明の固体撮像装置は、種々の電子機器に搭載される固体撮像装置に適用できる。例えば、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、携帯端末のデジタルカメラ、自動現金支払い装置（ＡＴＭ）やパーソナルコンピュータ、各種セキュリティー装置等の指紋、静脈、顔等の認証装置等に搭載される固体撮像装置に適用することができる。特に薄型の固体撮像装置に有用である。
本発明の第１固体撮像装置に係る一実施の形態（第１実施例）を示した概略構成断面図である。 遮光膜の要部斜視図および断面図である。 本発明の第１固体撮像装置に係る一実施の形態（第２実施例）を示した概略構成断面図である。 遮光膜の要部斜視図および断面図である。 斜め入射光に対する遮光膜の遮光状態を説明する断面図である。 斜め入射光に対する遮光膜の遮光状態を説明する断面図である。 本発明の第２固体撮像装置に係る一実施の形態（第３実施例）を示した概略構成断面図である。 遮光膜の要部斜視図および断面図である。 本発明の第２固体撮像装置に係る一実施の形態（第４実施例）を示した概略構成断面図である。 遮光膜の要部斜視図および断面図である。 遮光膜が配線を兼ねる一例を示した概略構成断面図である。 ＣＭＯＳイメージセンサの一例を示した回路図である。 可視光域での透過率の波長依存の実測データを示した図である。 透過しやすい波長における透過率の膜厚依存の実測データを示した図である。 従来の固体撮像装置に係る一例を示した概略構成断面図である。 遮光膜の要部斜視図および断面図である。
符号の説明
１…固体撮像装置、１１…半導体基板、１２…受光画素部、１３…黒レベル基準画素部、１４…多層配線部、２０…金属配線層、２１…第１金属配線層、２２…第２金属配線層、２３…第３金属配線層、２４…第４金属配線層、３０…金属配線、３１…第１金属配線、３２…第２金属配線、３３…第３金属配線、３４…第４金属配線、７１…第１遮光膜、７２…第２遮光膜、７３…第３遮光膜、７４…第４遮光膜

Claims (9)

  1. 半導体基板に形成された受光画素部と、
    前記半導体基板に形成された黒レベル基準画素部と、
    前記受光画素部および前記黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、
    前記多層配線部は、
    前記半導体基板上に形成された絶縁層と、
    前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなり、
    前記金属配線層のうちの第１金属配線層で形成される複数の第１金属配線の一部を、前記黒レベル基準画素部の上方に所定間隔かつ複数列に配設した第１遮光膜と、
    前記第１金属配線層の上方の第２金属配線層で形成される複数の第２金属配線の一部を、前記黒レベル基準画素部の上方の前記各第１金属配線間の上方に配設した第２遮光膜と、
    前記黒レベル基準画素部の上方に、前記第２金属配線層の上方の第３金属配線層で形成される複数の第３金属配線の一部を、前記第２遮光膜と直交する方向に所定間隔かつ複数列に配設した第３遮光膜と、
    前記第３金属配線層の上方の第４金属配線層で形成される複数の第４金属配線の一部を、前記黒レベル基準画素部の上方の前記各第３金属配線間の上方に配設した第４遮光膜と
    を有する固体撮像装置。
  2. 前記第２遮光膜は、前記第１遮光膜の上方の一部にオーバーラップして形成されている
    請求項１記載の固体撮像装置。
  3. 前記第４遮光膜は、前記第３遮光膜の上方の一部にオーバーラップして形成されている
    請求項１記載の固体撮像装置。
  4. 前記第１遮光膜ないし前記第４遮光膜の少なくとも一本の遮光膜は、電気的接続に用いられる配線に用いられている
    請求項１記載の固体撮像装置。
  5. 半導体基板に形成された受光画素部と、
    前記半導体基板に形成された黒レベル基準画素部と、
    前記受光画素部および黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、
    前記多層配線部は、
    前記半導体基板上に形成された絶縁層と、
    前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなり、
    前記金属配線層のうちの第１金属配線層で形成される複数の第１金属配線の一部を、前記黒レベル基準画素部の上方に所定間隔かつ複数列に配設した第１遮光膜と、
    前記第１金属配線層の上方の第２金属配線層で形成される複数の第２金属配線の一部を、前記黒レベル基準画素部の上方の前記各第１金属配線間の上方を含む領域に配設した第２遮光膜とを有し、
    前記第１遮光膜と前記第２遮光膜の組を前記黒レベル基準画素部の上方に複数層に設けた
    固体撮像装置。
  6. 前記第１遮光膜と前記第２遮光膜とは、平面レイアウト上、一部分がオーバーラップして形成されている
    請求項１記載の固体撮像装置。
  7. 前記第１遮光膜ないし前記第２遮光膜の少なくとも一本の遮光膜は、電気的接続に用いられる配線に用いられている
    請求項１記載の固体撮像装置。
  8. 半導体基板に形成された受光画素部と、
    前記半導体基板に形成された黒レベル基準画素部と、
    前記受光画素部および黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、
    前記多層配線部が、
    前記半導体基板上に形成された絶縁層と、
    前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなる固体撮像装置を製造するとき、
    前記金属配線層のうちの第１金属配線層で複数の第１金属配線を形成するときに、前記黒レベル基準画素部の上方に、前記第１金属配線の一部を所定間隔かつ複数列に配設して第１遮光膜を形成する工程と、
    前記第１金属配線層上の第２金属配線層で複数の第２金属配線を形成するときに、前記黒レベル基準画素部の上方の前記各第１金属配線間の上方に前記第２金属配線の一部を配設して第２遮光膜を形成する工程と、
    前記第２金属配線層上の第３金属配線層で複数の第３金属配線を形成するときに、前記黒レベル基準画素部上方に、前記第３金属配線の一部を前記第２遮光膜と直交する方向に所定間隔かつ複数列に配設して第３遮光膜を形成する工程と、
    前記第３金属配線層上の第４金属配線層で複数の第４金属配線を形成するときに、前記黒レベル基準画素部の上方の前記第３金属配線間の上方に前記第４金属配線の一部を配設して第４遮光膜を形成する工程と
    を有する固体撮像装置の製造方法。
  9. 半導体基板に形成された受光画素部と、
    前記半導体基板に形成された黒レベル基準画素部と、
    前記受光画素部および前記黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、
    前記多層配線部が、
    前記半導体基板上に形成された絶縁層と、
    前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなる固体撮像装置を製造するとき、
    前記金属配線層のうちの第１金属配線層で複数の第１金属配線を形成するときに、前記黒レベル基準画素部の上方に、前記第１金属配線の一部を所定間隔かつ複数列に配設して第１遮光膜を形成する工程と、
    前記第１金属配線層上の第２金属配線層で複数の第２金属配線を形成するときに、前記黒レベル基準画素部の上方の前記各第１金属配線間の上方に前記第２金属配線の一部を配設して第２遮光膜を形成する工程とを有し、
    前記第１遮光膜を形成する工程と前記第２遮光膜を形成する工程とを一組の工程として、該一組の工程を前記黒レベル基準画素部の上方に繰り返して行う
    固体撮像装置の製造方法。
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