JP2010238726A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受光部周辺の画素間で配線領域からの反射光で生じるフレアと、受光部周辺でマイクロレンズ間の入射光が隣接画素へ漏れ込むクロストークにより発生の混色を抑制し、入射角特性を低下させることなくフレア防止と色再現性を向上する。
【解決手段】受光部２間の配線上に光吸収膜となる黒フィルタ層１０（反射防止層）が設けられ、固体撮像素子に強い光が入射し、その一部がＣｕ配線膜で反射されても、反射光が低減される。この反射光が固体撮像素子のシールガラス等で再び反射され、固体撮像素子へ入射することで引き起こされるフレアが防止できる。この黒フィルタ層１０により、カラーフィルタ１２間の隙間を通過して隣接受光部２に入射することを防ぎ、さらに、カラーフィルタ１２間を重なることなく配置でき、膜厚を薄くしてマイクロレンズ１４の高さを低くでき、斜めの入射光で生じるカラーフィルタ１２のけられが少なく、入射角特性を向上できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、レンズにより被写体の画像を受光部に結像して光電変化を行うＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。

従来のＣＭＯＳイメージセンサは、半導体基板上に、受光部を有するセンサ部が形成され、このセンサ部の上に前記受光部により発生した信号などを伝送する配線部を含む層間絶縁膜が複数形成され、その上にオンチップレンズが形成されて構成されている。図１０（ａ）は従来の固体撮像素子における受光部周辺の積層構造の一例を示す断面図である。

シリコン基板１の上層には光電変換を行うフォトダイオード（受光部２）が２次元アレイ状に複数形成されており、このシリコン基板１の上面に、トランスファーゲート３が配置され、その上にＣｕの第１配線４および第１の層間絶縁膜１８が配置されている。

そして、その上に１番目の拡散防止膜５、第２の層間絶縁膜１９およびＣｕの第２配線６が配置され、さらに、その上に２番目の拡散防止膜７、第３の層間絶縁膜２０およびＣｕの第３配線８が配置され、多層配線層を構成している。そして、さらにその上に、保護膜９および平坦化膜１１が配置され、その上にカラーフィルタ１２、平坦化膜１３およびマイクロレンズ１４が配置されている。

なお、各層間絶縁膜１８，１９，２０にはＳiＯ_２が用いられ、各拡散防止膜５，７にはＳiＣ膜またはＳiＮ膜が用いられる。

また最近、ＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子の微細化により、受光部の面積が減少して入射光率が低下し、感度特性が悪化するために、図１０（ｂ）に示すように受光部２上に光導波路１７を配置することで入射光率を向上させ、感度特性を改善する方法がある。この受光部２上の光導波路１７はクラッド部とコア部からなり、クラッド部はシリコン酸化膜（ＳiＯ_２）で、コア部が高屈折率無機膜（Ｓi_３Ｎ_４、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon）あるいはポリイミド樹脂）で形成されている。
特開２００６−２２２２７０号公報

しかしながら、高画素化に伴い画素サイズが小さくなると、受光部に対して画素間の配線領域の割合が多くなり、図１０（ａ）または図１０（ｂ）に示したＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子に強い光が入射すると、その一部がＣｕの配線４，６，８の表面で反射され、この反射光が固体撮像素子のシールガラス（図示せず）等で再び反射されて、固体撮像素子へ入射することで引き起こされるフレアが発生し、画像の品質が著しく損なわれる場合がある。

また一方、マイクロレンズ１４間に入射した光はカラーフィルタ１２の繋ぎ領域を通過して隣接画素へ漏れ込むため混色が発生し、色再現性が劣化するという問題があった。

本発明は、前記従来技術の問題を解決することに指向するものであり、入射角特性を低下させることなくフレア防止と色再現性を向上することができる構造を備えた固体撮像素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は前記の目的を達成するため、光電変換を行う受光部と、受光部周辺上に積層される複数層の配線膜、およびその上層で配線膜の拡散を防止する拡散防止膜、および層間絶縁膜を含む複層配線層と、複層配線層の上に設けられたカラーフィルタと、カラーフィルタの上に設けられた集光用レンズで構成された固体撮像装置において、受光部周辺の配線層の上に光を吸収する膜を設ける。

また、光電変換を行う受光部と、受光部周辺上に積層される複数層の配線膜、およびその上層で配線膜の拡散を防止する拡散防止膜、および層間絶縁膜を含む複層配線層と、最上層の層間絶縁膜からその下の複数の層間絶縁膜を通過し光電変換部の表面方向に設けられ、光を光電変換部に導く光導波路と、光導波路の上に設けられたカラーフィルタと、カラーフィルタの上に設けられた集光用の光学素子とを備えた固体撮像装置において、受光部周辺の配線層の上に光を吸収する膜を光導波路構造内に設ける。

本発明によれば、半導体基板上に形成された光電変換部の周辺上に積層される複数層の配線膜上に光吸収膜を形成するため、固体撮像装置に強い光が入射しても、配線からの反射光が固体撮像素子のシールガラス等で再び反射されて固体撮像素子へ入射することがなく、また、マイクロレンズ間に入射した光はカラーフィルタの繋ぎ領域を通過しても光吸収膜で吸収されるため、隣接画素へ漏れ込むことがなく、その結果、配線からの反射光によるフレアが低減されると同時に隣接画素へ漏れ込むことで生じる混色が低減されるため、従来構造のイメージセンサに比べて画像の品質低下を抑制することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１における固体撮像素子の受光部周辺の積層構造を示す断面図であり、図１（ｂ）は受光部上の配線および拡散防止膜上の開口部のレイアウトである。

図１（ａ）に示すように、固体撮像素子であるＣＭＯＳイメージセンサは、半導体基板（シリコン基板１）上に光を光電変換する受光部（フォトダイオード）２と、これを覆うシリコン酸化膜（ＳiＯ_２）を有するセンサ部が形成され、このセンサ部（受光部２）の上にシリコン酸化膜からなる第１，第２，第３の層間絶縁膜１８，１９，２０が形成されている。これら第１，第２，第３の層間絶縁膜内には、それぞれＣｕからなる第１配線４，第２配線６，第３配線８が形成され、各配線はコンタクトプラグ(図示せず)で電気的に接続され、第１配線４は受光部２にコンタクトプラグ(図示せず)により電気的に接続されている。また、第１，第２，第３の層間絶縁膜１８，１９，２０の間にはシリコンカーバイト（ＳiＣ）膜（拡散防止膜５，７）が形成され、第２配線６，第３配線８を形成するＣｕの拡散を防止している。

なお、前述した受光部２の表面にはシリコン酸化膜が形成されており、信号電荷はトランスファーゲート３により読み出される。第３の層間絶縁膜２０の上には、保護膜９であるシリコンナイトライド（Ｓi_３Ｎ_４）膜を介して平坦化膜１１が形成されている。この平坦化膜１１上には密着性を良くするアクリル系熱硬化樹脂(図示せず)を介してカラーフィルタ１２が形成され、このカラーフィルタ１２の上に入射光を集光する光学素子であるオンチップのマイクロレンズ１４が形成されている。

本発明では、受光部２間の配線上に光吸収膜となる黒フィルタ層１０が設けられており、この黒フィルタ層１０が反射防止層になっている。それゆえに、固体撮像素子に強い光が入射して、その一部がＣｕ配線膜で反射されても、その反射光が低減される。この反射光が固体撮像素子のシールガラス（図示せず）等で再び反射され、固体撮像素子へ入射することによって引き起こされるフレアが防止できる。

また、図１（ｃ）は図１（ａ）の画素構造において、カラーフィルタ１２を受光部２毎に重ならないように配置した事例である。図１（ａ）のカラーフィルタ１２の配置では、カラーフィルタ１２間に隙間を形成しないよう重なって配置されていたが、このようなカラーフィルタ１２の配置では カラーフィルタ１２端部の重なり部分が高くなり、その上の平坦化膜１３の厚みを薄くできず、その結果、マイクロレンズ１４の位置が高くなり、光入射角特性が低下するという課題があった。

それに対して、本発明では、受光部２間に黒フィルタ層１０が配置されているので、カラーフィルタ１２間に隙間があってもカラーフィルタ１２間の隙間を通過して隣接する受光部２に入射することはない。さらに、カラーフィルタ１２間には重なりがないので、カラーフィルタ１２上の平坦化膜１３の膜厚も薄くすることが可能となり、その結果、マイクロレンズ１４高さ位置を低くすることができ、斜めの入射光に対するカラーフィルタ１２によって生じるけられが少なくなり、入射角特性が向上する。

本実施の形態１の固体撮像素子における、有効画素部とオプティカルブラック部の全体的な配置と画素構造の断面図を図２に示す。図２（ａ）は、入射光の光軸方向から撮像領域を臨んだ平面図であって、略矩形状の有効画素部２３は、その周囲をオプティカルブラック部２４に囲まれている。このオプティカルブラック部２４は、黒レベルの基準を得るための領域であり、水平方向の前後部や垂直方向の前後部に、例えば２，３画素〜数十画素程度形成される。

次に、図２（ｂ）に示す（ａ）のＡ−Ａ’線の要部断面図における、すなわち、有効画素部２３では、各受光部２の間の領域上に形成された配線上に黒フィルタ層１０がそれぞれ形成され、オプティカルブラック部２４では、このオプティカルブラック部２４の全面を覆う最上層配線２１上に黒フィルタ層２２が形成され、その上にカラーフィルタ１２とマイクロレンズ１４が形成される。

最上層のＣｕで形成される遮光層は、配線として使用しているため、完全遮光を行うだけのＣｕの厚膜化ができない。本発明の黒フィルタ層２２を画素間だけでなく、オプティカルブラック部２４に配置することで最上層のＣｕ配線による遮光を高めて黒レベルの基準を得ると同時に、オプティカルブラック部２４の配線からのフレアも防止することが可能となる。

（実施の形態２）
図３（ａ）は本発明の実施の形態２における固体撮像素子の受光部周辺の積層構造を示す断面図であり、図３（ｂ）は受光部上の配線および拡散防止膜上の開口部のレイアウトである。

図３（ａ）に示すように、固体撮像素子であるＣＭＯＳイメージセンサは、半導体基板（シリコン基板１）上に光を光電変換する受光部２と、これを覆うシリコン酸化膜（ＳiＯ_２）を有するセンサ部が形成され、このセンサ部（受光部２）の上にシリコン酸化膜からなる第１，第２，第３の層間絶縁膜１８，１９，２０が形成されている。これら第１，第２，第３の層間絶縁膜内には、それぞれＣｕからなる第１配線４，第２配線６，第３配線８が形成され、各配線はコンタクトプラグ(図示せず)で電気的に接続され、第１配線４は受光部２にコンタクトプラグ(図示せず)により電気的に接続されている。また、第１，第２，第３の層間絶縁膜１８，１９，２０の間にはシリコンカーバイト（ＳiＣ）膜（拡散防止膜５，７）が形成されて、第２配線６，第３配線８を形成するＣｕの拡散を防止している。

なお、前述の受光部２はシリコン酸化膜，トランスファーゲート３により形成されている。第３の層間絶縁膜２０の上には、保護膜９であるシリコンナイトライド（Ｓi_３Ｎ_４）膜を介してシリコン酸化膜の層間絶縁膜１５およびオーバーキャップの保護膜１６が形成されている。受光部２の直上の複数の第１，第２，第３の層間絶縁膜１８，１９，２０、層間絶縁膜１５、保護膜１６、およびこれら層間絶縁膜の間にあるシリコンナイトライド膜（保護膜９）、シリコンカーバイト膜（拡散防止膜５，７）を通して光導波路１７が形成され、そのコア部はＴiＯ分散ポリイミドにより形成されている。

このＴiＯ分散ポリイミドの上には密着性を良くするアクリル系熱硬化樹脂（図示せず）を介してカラーフィルタ１２が形成され、このカラーフィルタ１２の上に入射光を集光する光学素子であるオンチップのマイクロレンズ１４が形成されている。

また、図３（ｃ）は図３（ａ）の画素構造において、カラーフィルタ１２ を受光部２毎に重ならないように配置した事例である。図３（ａ）のカラーフィルタ１２の配置では、カラーフィルタ１２間に隙間を形成しないよう重なって配置されていたが、このようなカラーフィルタ１２の配置は、カラーフィルタ１２端部の重なり部分でカラーフィルタ厚が厚くなり、その上の平坦化膜１３の厚みを薄くできず、その結果、マイクロレンズ１４の位置が高くなり、光入射角特性が低下するという課題があった。

それに対して、本発明では、受光部２間に光吸収膜（黒フィルタ層１０）が配置されているので、カラーフィルタ１２の間に隙間があってもカラーフィルタ１２の隙間を通過して隣接する受光部２に入射することはない。カラーフィルタ間には重なりがないので、カラーフィルタ１２上の平坦化膜１３厚も薄くすることが可能となり、その結果、マイクロレンズ１４の高さ位置を低くすることが可能となり入射角特性が向上する。

そして、本実施の形態２の固体撮像素子では、図３（ｂ）に示すようにフォトダイオード（受光部２）の受光領域の周辺のＣｕ配線上に黒フィルタ層１０がレイアウトされている。本発明では、受光部２間の配線上に黒フィルタ層１０が設けられており、この黒フィルタ層１０が反射防止層になっている。それゆえに、固体撮像素子に強い光が入射して、その一部がＣｕ配線膜で反射されても、その反射光が低減される。この反射光が固体撮像素子のシールガラス（図示せず）等で再び反射され、固体撮像素子へ入射することによって引き起こされるフレアが防止できる。

また、本発明の黒フィルタ層を画素間だけでなく、オプティカルブラック部に配置することで遮光と同時に、オプティカルブラック部の配線からのフレアも防止することが可能となる。

さらに、受光部２間に埋め込んだ黒フィルタ層１０の屈折率を光導波路１７材料の屈折率より小さくすることで、斜め方向から入射した光は、マイクロレンズ１４，カラーフィルタ１２を通過後、光導波路内に形成した黒フィルタ層１０の表面で反射することで、隣接画素へ漏れ込むことがないため、クロストークも低減し、色再現性が向上する。本実施の形態２では、受光部２間に埋め込んだ黒フィルタ層１０の黒フィルタ形状は垂直な断面であるが、図４（ａ）に示す黒フィルタ層１０ａのようなテーパ形状にすることで、入射光の開口面積が広がるので入射光損失が少なくなり感度低下も防止できる。

本実施の形態２では、受光部２間の配線上に黒フィルタ層１０が設けられており、この黒フィルタ層１０が反射防止層になっているが、図４（ｂ）のように光導波路１７材料の表面に微小凹凸部１０ｂを形成することで、固体撮像素子に強い光が入射しても、微小凹凸部１０ｂで反射光が低減されて、Ｃｕ配線層に強い光が入射しない。その結果、Ｃｕ配線から反射した光が固体撮像素子のシールガラス（図示せず）等で反射されて再び固体撮像素子へ入射することによって引き起こされるフレアが防止できる。この光導波路１７表面の微小凹凸部１０ｂは受光部２間の配線のみならず、図２で示したようにオプティカルブラック部２４やイメージセンサ周辺回路上にも形成することで、配線からの反射を低減しフレアを防止することが可能となる。

（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３における固体撮像素子の第１製造方法について説明する。本実施の形態３は、前述した実施の形態１で説明した構成の固体撮像装置に係る製造方法である。まず、シリコン基板１上に受光部２と、これを覆うシリコン酸化膜を有するセンサ部を形成し、このセンサ部（受光部２）の上に第１配線４，第２配線６，第３配線８を有する第１，第２，第３の層間絶縁膜１８，１９，２０を拡散防止膜５，７ を介して形成し、さらに第３の層間絶縁膜２０の上に保護膜９を形成する。

その後、図５（ａ）に示すように、平坦化膜１１となる平坦化材料を塗布し、リソグラフィーで受光部２間の位置に格子状の溝パターンを形成する（図５（ｂ）参照）。そして、図５（ｃ）に示すように、黒色のカラーレジストを塗布、露光現像することで、受光部２間の溝パターン内に黒フィルタ層１０を埋め込む。

図５（ｄ）に示すように、アクリル系熱硬化樹脂を介してカラーフィルタ１２を形成し、さらにカラーフィルタ１２の上の平坦化膜１３を介して、オンチップのマイクロレンズ１４を形成する（図５（ｅ）参照）。

なお、図示してはいないが、シリコン基板１上の受光部２はマトリックス状に多数配置されており、カラーフィルタ１２は対応する受光部２に応じた色（３原色のひとつ）となっている。本実施の形態３の第１製造方法では、黒フィルタ層１０を平坦化膜１１の溝パターン内に埋め込むため、マイクロレンズ１４の高さが高くならないので、入射光角度が大きくても黒フィルタ層１０による入射光のけられが少ないため、入射角特性の低下は起こらない。

本実施の形態３における固体撮像素子の第２製造方法について説明する。前述の第１製造方法と同様に、シリコン基板１上に受光部２と、これを覆うシリコン酸化膜を有するセンサ部を形成し、このセンサ部の上に第１配線４，第２配線６，第３配線８を有する第１，第２，第３の層間絶縁膜１８，１９，２０を拡散防止膜５，７を介して形成し、さらに第３の層間絶縁膜２０の上に保護膜９を形成する（図６（ａ）参照）。

その後、図６（ｂ）に示すように、リソグラフィーにより受光部２間に格子状の黒フィルタ層１０を形成する。そして、図６（ｃ）に示すように、黒フィルタ層１０上にアクリル樹脂を塗布し、リソグラフィーにより黒フィルタ層１０の格子パターン内にアクリル樹脂（平坦化膜１１）を残し平坦化する。そして、図６（ｄ）に示すように、格子状の黒フィルタ層１０と、黒フィルタ層１０内に埋め込まれたアクリル樹脂との上に、第２のアクリル系熱硬化樹脂を塗布してカラーフィルタ１２を形成し、さらに、このカラーフィルタ１２の上の平坦化膜１３を介して、オンチップのマイクロレンズ１４を形成する（図６（ｅ）参照）。

なお、図示してはいないが、シリコン基板１上の受光部２はマトリックス状に多数配置されており、カラーフィルタ１２は対応する受光部２ に応じた色（３原色のひとつ）となっている。本実施の形態３の第２製造方法では、リソグラフィーで受光部２間に格子状の黒フィルタ層１０を形成後、黒フィルタ層１０上からアクリル樹脂を塗布し、リソグラフィーにより黒フィルタ層１０の格子パターン内にアクリル樹脂（平坦化膜１１）を残すので、平坦化膜１１内に黒フィルタ層１０用の溝を形成する前述の第１製造方法よりも工程短縮化ができ製造コストを削減できる。

（実施の形態４）
また、本発明の実施の形態４における固体撮像素子の第１製造方法について説明する。本実施の形態４は、前述した実施の形態２で説明した構成の固体撮像装置に係る製造方法である。まず、シリコン基板１上に受光部２と、これを覆うシリコン酸化膜を有するセンサ部を形成し、このセンサ部（受光部２）の上に第１配線４，第２配線６，第３配線８を有する第１，第２，第３の層間絶縁膜１８，１９，２０を拡散防止膜５，７を介して形成し、さらに第３の層間絶縁膜２０の上にシリコンナイトライド膜（保護膜９）を介して層間絶縁膜１５，保護膜１６を形成する。

その後、図７（ａ）に示すように、光導波路の溝パターンを形成する。この光導波路はリソグラフィーでレジストを光導波路パターンになるように形成し、それをマスクにして保護膜１６、層間絶縁膜１５、第３，第２，第１の層間絶縁膜２０，１９，１８を形成するシリコン酸化膜をドライエッチングでエッチングして形成する。

次に、図７（ｂ）に示すように、前記で形成された光導波路１７の溝パターンにＴiＯ分散型ポリイミドを埋め込んで光導波路１７構造を完成させる。その後、リソグラフィーで受光部２間に格子状の溝パターンを形成し、ドライエッチングにより格子内の光導波路材料を除去する。そして、図７（ｃ）に示すように、黒色のカラーレジストを塗布、露光現像することで受光部２間の溝パターン内に黒フィルタ層１０を埋め込む。

図７（ｄ）に示すように、ＴiＯ分散型ポリイミドの光導波路１７の上にアクリル系熱硬化樹脂（図示せず）を介してカラーフィルタ１２を形成し、さらにカラーフィルタ１２の上の平坦化膜１３を介して、オンチップのマイクロレンズ１４を形成する（図７（ｅ）参照）。

なお、図示してはいないが、シリコン基板１上の受光部２はマトリックス状に多数配置されており、カラーフィルタ１２は対応する受光部２に応じた色（３原色のひとつ）となっている。本実施の形態４の第１製造方法では、黒フィルタ層１０を光導波路材料膜の溝パターン内に埋め込むため、マイクロレンズ１４の高さが高くならないので、入射光角度が大きくても黒フィルタ層１０による入射光のけられが少ないため、入射角特性は低下しない。

また、光導波路材料の屈折率（１．７〜１．９）よりも低い黒フィルタ層１０を埋め込むことにより、斜め方向から入射した光は、マイクロレンズ１４，カラーフィルタ１２を通過後、光導波路１７内に形成した黒フィルタ層１０表面で反射することで隣接画素へ漏れ込むことがないため、クロストークも低減し、色再現性が向上する。

本発明での光導波路１７の材料としてＴiＯ分散型ポリイミドを用いているが、光導波路１７の埋め込み材料として 高屈折率無機膜（Ｓi_３Ｎ_４、ＤＬＣ（Diamond Like Carbon））やベース樹脂はポリイミド以外の高屈折無機微粒子を分散させた樹脂でもよい。また、本実施の形態４の第１製造方法では、ドライエッチングにより格子状の溝パターンを形成しているが、感光性の光導波路材料を用いることで、リソグラフィーのみで格子状の溝パターンを形成することができる。

本実施の形態４における固体撮像素子の第２製造方法について説明する。図８（ａ）に示すように、光導波路１７の溝パターンまで形成し、その後に、図８（ｂ）に示すように、リソグラフィーにより受光部２間に格子状の黒フィルタ層１０を形成する。次に、図８（ｃ）に示すように、光導波路１７の溝パターンにＴiＯ分散型ポリイミドを埋め込んで、光導波路１７構造を完成させる。

本実施の形態４の第２製造方法では、受光部２間に形成した格子状の黒フィルタ層１０上に、光導波路１７の溝パターンに埋め込んだＴiＯ分散型ポリイミド膜が残っているが、リソグラフィー工程で格子状の溝パターンを形成し、光導波路材料を除去してもよい。

そして、図８（ｄ）に示すように、光導波路材料上にアクリル系熱硬化樹脂(図示せず)を介してカラーフィルタ１２を形成し、さらに、このカラーフィルタ１２の上の平坦化膜１３を介して、オンチップのマイクロレンズ１４を形成する（図８（ｅ）参照）。

なお、図示してはいないが、シリコン基板１上の受光部２はマトリックス状に多数配置されており、カラーフィルタ１２は対応する受光部２に応じた色（３原色のひとつ）となっている。本実施の形態４の第２製造方法では、光導波路材料を埋め込む前に、図８（ｂ）に示す工程で、格子状の黒フィルタ層１０を形成することから、黒フィルタ層１０の形状をテーパ形状（図４（ａ）の黒フィルタ層１０ａを参照）に加工することができ、これにより入射光の開口面積が広がるので入射光損失が少なくなり感度低下も防止できる。

また、光導波路１７の形成膜厚とは独立して黒フィルタ層１０の膜厚を決定できるので、黒フィルタ層１０の膜厚を厚くすることにより光吸収を高めることができる。さらに、本第２製造方法では格子状の溝パターン形成が不要なので、工程的にも短縮化でき製造コストが削減できる。

本実施の形態４における固体撮像素子の第３製造方法について説明する。図９（ａ）に示す光導波路１７の溝パターンに、ＴiＯ分散型ポリイミドを埋め込んで、光導波路１７構造を完成させる（図９（ｂ）参照）。光導波路１７まで形成した後、受光部２間にリソグラフィー工程により格子状のレジストパターンを形成する。

そして、図９（ｃ）に示すように、形成した格子状のレジストパターンをマスクとしてプラズマ処理によって、光導波路材料であるＴiＯ分散型ポリイミドに、黒フィルタ層に代えて微小凹凸部１０ｂを形成する。微小凹凸部１０ｂの形成後に、リソグラフィーで形成したレジストパターンを有機溶剤で除去する。

その後、図９（ｄ）に示すように、光導波路材料上にアクリル系熱硬化樹脂を介してカラーフィルタ１２を形成し、さらにカラーフィルタ１２の上の平坦化膜１３を介して、オンチップのマイクロレンズ１４を形成する（図９（ｅ）参照）。

なお、図示してはいないが、シリコン基板１上の受光部２はマトリックス状に多数配置されており、カラーフィルタ１２は対応する受光部２に応じた色（３原色のひとつ）となっている。本実施の形態４の第３製造方法では、光導波路材料表面に酸素プラズマで微小凹凸部１０ｂを形成するので、黒フィルタ層１０を追加する方法に比較してカラーフィルタ１２下の光導波路１７上に段差ができないので、カラーフィルタ１２の塗布むらなどによるシミが発生しない。

以上のように、本発明によれば、半導体基板（シリコン基板）上に形成された光電変換部の周辺上に積層される複数層の配線膜上に光吸収膜（黒フィルタ層）を形成するため、固体撮像装置に強い光が入射しても、配線からの反射光が固体撮像素子のシールガラス等で再び反射されて固体撮像素子へ入射することがない。また、マイクロレンズ間に入射した光はカラーフィルタの繋ぎ領域を通過しても光吸収膜（黒フィルタ層）で吸収されるので、隣接画素へ漏れ込むことがない。その結果、配線からの反射光によるフレアが低減されると同時に 隣接画素へ漏れ込むことによる混色が低減されるため、従来構造の固体撮像装置に比べて画像の品質低下を抑制することができる。

なお、本発明は前述した各実施の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲において、具体的な構成、機能、作用、効果において、他の種々の形態によっても実施可能なことは言うまでもない。

本発明に係る固体撮像装置およびその製造方法は、半導体基板上に形成された光電変換部の周辺上に光吸収膜を形成したことで、強い光入射においても、配線からの反射光が固体撮像素子へ入射することなく、また、マイクロレンズ間から入射した光がカラーフィルタの繋ぎ領域を通過して、隣接画素へ漏れ込むことなく、配線の反射光によるフレアが低減され、また、隣接画素へ漏れ込むことによる混色が低減されて、画像品質の低下を抑制でき、レンズにより被写体の画像を受光部に結像して光電変化を行う装置として有用である。

本発明の実施の形態１における固体撮像素子を示す（ａ）は受光部周辺の積層構造の断面図、（ｂ）は受光部上の開口部レイアウト、（ｃ）は（ａ）の受光部を別配置とした断面図 本実施の形態１における固体撮像素子の有効画素領域，オプティカルブラック領域を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’の構造断面図 本発明の実施の形態２における固体撮像素子を示す（ａ）は受光部周辺の積層構造の断面図、（ｂ）は受光部上の開口部レイアウト、（ｃ）は（ａ）の受光部を別配置とした断面図 本実施の形態２における固体撮像素子の光吸収膜構造で（ａ）はテーパ形状、（ｂ）は微小凹凸形状を示す断面図 本実施の形態１の固体撮像素子の第１製造方法（ａ）〜（ｅ）を示す断面図 本実施の形態１の固体撮像素子の第２製造方法（ａ）〜（ｅ）を示す断面図 本実施の形態２の固体撮像素子の第１製造方法（ａ）〜（ｅ）を示す断面図 本実施の形態２の固体撮像素子の第２製造方法（ａ）〜（ｅ）を示す断面図 本実施の形態２の固体撮像素子の第３製造方法（ａ）〜（ｅ）を示す断面図 従来の固体撮像素子における受光部周辺の積層構造を示す断面図

１ シリコン基板
２ 受光部
３ トランスファーゲート
４ 第１配線
５，７ 拡散防止膜
６ 第２配線
８ 第３配線
９，１６ 保護膜
１０，１０ａ，２２ 黒フィルタ層
１０ｂ 微小凹凸部
１１，１３ 平坦化膜
１２ カラーフィルタ
１４ マイクロレンズ
１５ 層間絶縁膜
１７ 光導波路
１８ 第１の層間絶縁膜
１９ 第２の層間絶縁膜
２０ 第３の層間絶縁膜
２１ 最上層配線
２３ 有効画素部
２４ オプティカルブラック部

Claims (10)

1. 複数の受光部を備えた受光領域および信号処理を行う周辺領域からなる半導体基板と、前記半導体基板の上に形成された積層配線構造と、前記積層配線構造の上に形成された透明膜と、前記透明膜の上に形成され、前記複数の受光部のそれぞれに対応した複数のカラーフィルタと、前記複数のカラーフィルタの上に形成され、前記複数の受光部のそれぞれに対応した集光用レンズとを備え、
   前記積層配線構造の上に形成され、かつ前記複数の受光部の間に光吸収膜を設けたことを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記複数のカラーフィルタはそれぞれの端部を互いに重なることなく形成したことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 前記半導体基板において、受光領域および周辺領域からなる有効画素領域の周りを囲むオプティカルブラック部が形成され、前記オプティカルブラック部の形成領域には光吸収膜を設けた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。
4. 前記複数の受光部の上に形成され、前記複数の受光部のそれぞれに対応した複数の光導波路を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
5. 前記光吸収膜の屈折率は、光導波路の屈折率より小さいことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子。
6. 前記光吸収膜は、断面形状がテーパ形状であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
7. 前記光導波路の上部に形成され、かつ前記複数の受光部の間に微小凹凸部を設けたことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像素子。
8. 半導体基板の受光領域に複数の受光部を形成する工程と、前記半導体基板の上に積層配線構造を形成する工程と、前記積層配線構造の上に透明膜および光吸収膜を形成する工程と、前記透明膜の上に前記複数の受光部のそれぞれに対応した複数のカラーフィルタを形成する工程と、前記複数のカラーフィルタの上に前記複数の受光部のそれぞれに対応した複数の集光用レンズを形成する工程とからなることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
9. 前記複数の受光部の上で、前記複数の受光部のそれぞれに対応した複数の光導波路を形成する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項８記載の固体撮像素子の製造方法。
10. 前記光導波路の上部で、かつ前記複数の受光部の間に微小凹凸部を形成する工程をさらに備えたことを特徴とする請求項９記載の固体撮像素子の製造方法。

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