JP2011135100A - Solid-state imaging device and electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、固体撮像装置、及び固体撮像装置を備えたカメラ等の電子機器に関する。 The present invention relates to a solid-state imaging device and an electronic apparatus such as a camera including the solid-state imaging device.
民生用のデジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラでは、主に、被写体の細部まで映しだす高い解像力や携帯性を重視した機器の小型化が求められてきた。また、これらの要求を実現するため、固体撮像装置（イメージセンサ）では、撮像特性を維持しつつ、画素サイズの小型化に向けた開発が行われきた。しかし、近年、高解像度や小型化の継続的要求に加えて、最低被写体照度の向上や高速度撮像などへの要求が高まり、その実現のために、固体撮像装置にはＳＮ比をはじめとした総合的な画質向上への期待が高まっている。 In consumer digital video cameras and digital still cameras, there has been a demand for miniaturization of equipment that emphasizes high resolving power and portability to project even the details of subjects. In order to realize these requirements, solid-state imaging devices (image sensors) have been developed to reduce the pixel size while maintaining imaging characteristics. However, in recent years, in addition to continuous demands for high resolution and miniaturization, there has been an increasing demand for improvements in minimum subject illuminance, high-speed imaging, and so on. Expectations for improving overall image quality are increasing.
ＣＭＯＳ固体撮像装置には、図３０に示す表面照射型と、図３１に示す裏面照射型が知られている。表面照射型固体撮像装置１１１は、図３０の模式的構成図で示すように、半導体基板１１２に光電変換部となるフォトダイオードＰＤと複数の画素トランジスタからなる単位画素１１６が複数、形成された画素領域１１３を有して構成される。画素トランジスタは、図示しないが、図３０ではゲート電極１１４を示して、模式的に画素トランジスタの存在を示している。各フォトダイオードＰＤは不純物拡散層による素子分離領域１１５で分離される。半導体基板１１２の画素トランジスタが形成された表面側に層間絶縁膜１１７を介して複数の配線１１８を配置した多層配線層１１９が形成される。配線１１８は、フォトダイオードＰＤの位置に対応する部分を除いて形成される。多層配線層１１９上には、平坦化膜１２０を介して、順次オンチップカラーフィルタ１２１及びオンチップマイクロレンズ１２２が形成される。オンチップカラーフィルタ１２１は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色フルタを配列して構成される。表面照射型の固体撮像装置１１１では、多層配線層１１９が形成された基板表面を受光面１２３として、光Ｌがこの基板表面側から入射される。 As the CMOS solid-state imaging device, a front side irradiation type shown in FIG. 30 and a back side irradiation type shown in FIG. 31 are known. In the front-illuminated solid-state imaging device 111, as shown in the schematic configuration diagram of FIG. 30, a pixel in which a plurality of unit pixels 116 each including a photodiode PD serving as a photoelectric conversion unit and a plurality of pixel transistors are formed on a semiconductor substrate 112. The region 113 is configured. Although the pixel transistor is not illustrated, the gate electrode 114 is shown in FIG. 30 to schematically indicate the presence of the pixel transistor. Each photodiode PD is isolated by an element isolation region 115 by an impurity diffusion layer. A multilayer wiring layer 119 in which a plurality of wirings 118 are arranged via an interlayer insulating film 117 is formed on the surface side of the semiconductor substrate 112 where the pixel transistors are formed. The wiring 118 is formed except for a portion corresponding to the position of the photodiode PD. An on-chip color filter 121 and an on-chip microlens 122 are sequentially formed on the multilayer wiring layer 119 via a planarizing film 120. The on-chip color filter 121 is configured by arranging, for example, red (R), green (G), and blue (B) color filters. In the front-illuminated solid-state imaging device 111, the substrate surface on which the multilayer wiring layer 119 is formed is the light receiving surface 123, and light L is incident from the substrate surface side.
裏面照射型固体撮像装置１３１は、図３１の模式的構成図で示すように、半導体基板１１２に光電変換部となるフォトダイオードＰＤと複数の画素トランジスタからなる単位画素１１６が複数、形成された画素領域１１３を有して構成される。画素トランジスタは、図示しないが、基板表面側に形成され、図３１ではゲート電極１１４を示して、模式的に画素トランジスタの存在を示している。各フォトダイオードＰＤは不純物拡散層による素子分離領域１１５で分離される。半導体基板１１２の画素トランジスタが形成された表面側に層間絶縁膜１１７を介して複数の配線１１８を形成した多層配線層１１９が形成される。裏面照射型では、配線１１８はフォトダイオードＰＤの位置に関係なく形成することができる。一方、半導体基板１１２のフォトダイオードＰＤが臨む裏面上に、順次絶縁層１２８、オンチップカラーフィルタ１２１及びオンチップマイクロレンズ１２２が形成される。裏面照射型の固体撮像装置１３１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１３２として、光Ｌがこの基板裏面側から入射される。光Ｌは多層配線層１１９の制約を受けることなく、フォトダイオードＰＤに入射されるので、フォトダイオードＰＤの開口を広く取ることができ、高感度化が図れる。 As shown in the schematic configuration diagram of FIG. 31, the back-illuminated solid-state imaging device 131 is a pixel in which a plurality of unit pixels 116 including a photodiode PD serving as a photoelectric conversion unit and a plurality of pixel transistors are formed on a semiconductor substrate 112. The region 113 is configured. Although not shown, the pixel transistor is formed on the surface side of the substrate. In FIG. 31, the gate electrode 114 is shown to schematically indicate the presence of the pixel transistor. Each photodiode PD is isolated by an element isolation region 115 by an impurity diffusion layer. A multilayer wiring layer 119 in which a plurality of wirings 118 are formed through an interlayer insulating film 117 is formed on the surface side of the semiconductor substrate 112 where the pixel transistors are formed. In the back-illuminated type, the wiring 118 can be formed regardless of the position of the photodiode PD. On the other hand, an insulating layer 128, an on-chip color filter 121, and an on-chip micro lens 122 are sequentially formed on the back surface of the semiconductor substrate 112 facing the photodiode PD. In the back-illuminated solid-state imaging device 131, light L is incident from the back side of the substrate with the back surface of the substrate opposite to the substrate surface on which the multilayer wiring layer and the pixel transistor are formed as the light receiving surface 132. Since the light L is incident on the photodiode PD without being restricted by the multilayer wiring layer 119, the opening of the photodiode PD can be widened, and high sensitivity can be achieved.
本出願人の開発チームは、ＣＭＯＳ固体撮像装置の持つ低消費電力や高速性の利点を活かしつつ、画素の基本構造を裏面照射型に変えて、高画質化への重要な要素である感度向上やノイズ低減を実現した裏面照射型ＣＭＯＳ固体撮像装置の試作開発に成功した。この開発した裏面照射型ＣＭＯＳ固体撮像装置は、画素サイズ１，７５μｍ角、有効画素数５００万画素、６０フレーム／秒である。 The development team of the present applicants takes advantage of the low power consumption and high speed that the CMOS solid-state imaging device has, and changes the basic structure of the pixel to the back-illuminated type to improve sensitivity, which is an important factor for improving image quality. And succeeded in the development of a back-illuminated CMOS solid-state imaging device with reduced noise. This developed back-illuminated CMOS solid-state imaging device has a pixel size of 1,75 μm square, 5 million effective pixels, and 60 frames / second.
従来の表面照射型では、フォトダイオードＰＤを形成した基板表面側の上の配線１１８や画素トランジスタがオンチップマイクロレンズで集光した入射光の妨げになり、画素の小型化や入射角変化に課題を有していた。これに対し、裏面照射型では、シリコン基板を反転させた裏面側から光を照射させることで、配線１１８や画素トランジスタの影響を受けることなく単位画素に入る光の量を増大させると共に、光の入射角変化に対する感度低下を抑えることができる。 In the conventional surface irradiation type, the wiring 118 on the substrate surface side where the photodiode PD is formed and the pixel transistor hinder the incident light collected by the on-chip microlens, and there is a problem in downsizing the pixel and changing the incident angle. Had. On the other hand, in the backside illumination type, the amount of light entering the unit pixel is increased without being affected by the wiring 118 or the pixel transistor by irradiating light from the backside where the silicon substrate is inverted. It is possible to suppress a decrease in sensitivity to changes in incident angle.
裏面照射型ＣＭＯＳ固体撮像装置は、例えば特許文献１〜特許文献４等に開示されている。また、裏面照射型ＣＭＯＳ固体撮像装置に使用する反射防止膜として、ハフニウムオキサイド（ＨｆＯ２）を用いた技術も特許文献５に開示されている。 Backside illumination type CMOS solid-state imaging devices are disclosed in, for example, Patent Literature 1 to Patent Literature 4 and the like. Further, Patent Document 5 discloses a technique using hafnium oxide (HfO 2) as an antireflection film used in a backside illumination type CMOS solid-state imaging device.
ところで、裏面照射型ＣＭＯＳ固体撮像装置において、オンチップマイクロレンズ１２２のみによる集光構造では、次のような問題が顕著に発生することが判明した。
（１）隣接画素への光学混色を完全に抑えることが極めて困難である。監視、携帯電話などの用途には問題ないが、オーディオ・ビデオ（ＡＶ））［カムコーダ、デジタルスチルカメラなど］用途には更なる混色低減が必要である。
（２）周辺回路領域へのノイズ防止と、光学的黒レベル決定のため、有効画素周辺部に遮光膜が設けられているが、遮光膜の段差により有効画素の周辺部で集光状態が変わり、均一な光学特性が実現できない。すなわち、図２９に示すように、有効画素領域１３Ａの外側の光学的黒レベル領域（いわゆるオプティカルブラック領域）１１３Ｂから周辺回路部１２５にわたって絶縁膜１２７を介して遮光膜１２６が形成される。この上に、オンチップカラーフィルタ１２１及びオンチップマイクロレンズ１２２が形成される。このとき、遮光膜１２６の有無による段差により、有効画素領域１１３Ａの周辺部とその内側の中央部において、オンチップマイクロレンズ１２２のレンズ面の高さの差ｄが生じる。この高さの差ｄに起因して集光状態が変わり、有効画素領域の中央部の明るさに対して周辺部で暗くなり、均一な光学特性が得られない。いわゆる感度むらが発生する。
（３）高輝度光源撮影時に、オンチップマイクロレンズ１２２、オンチップカラーフィルタ１２１による反射、回折光が固体撮像装置のパッケージ上のシールガラス等に反射して、再び固体撮像装置に入射し、ＲＧＢ画素に均一に混色する。この混色により、裏面照射型固体撮像装置に特有の高輝度光源から放射状にＭｇ色の筋状画像欠陥（以降Ｍｇ色のフレアと表記）が発生する。
By the way, in the backside illumination type CMOS solid-state imaging device, it has been found that the following problem is remarkably generated in the condensing structure using only the on-chip microlens 122.
(1) It is extremely difficult to completely suppress optical color mixing to adjacent pixels. Although there is no problem in applications such as surveillance and mobile phones, further reduction of color mixing is required for audio / video (AV) [camcorder, digital still camera, etc.] applications.
(2) A light shielding film is provided around the effective pixel to prevent noise in the peripheral circuit area and determine the optical black level. However, the light condensing state changes around the effective pixel due to the step of the light shielding film. Uniform optical characteristics cannot be realized. That is, as shown in FIG. 29, the light shielding film 126 is formed from the optical black level region (so-called optical black region) 113B outside the effective pixel region 13A to the peripheral circuit portion 125 via the insulating film 127. On top of this, an on-chip color filter 121 and an on-chip microlens 122 are formed. At this time, a difference in height d between the lens surfaces of the on-chip microlens 122 occurs between the peripheral portion of the effective pixel region 113 </ b> A and the inner central portion thereof due to a step due to the presence or absence of the light shielding film 126. The condensing state changes due to the difference d in height, and it becomes darker in the peripheral portion with respect to the brightness in the central portion of the effective pixel region, and uniform optical characteristics cannot be obtained. So-called sensitivity unevenness occurs.
(3) During high-intensity light source photography, reflection and diffracted light reflected by the on-chip microlens 122 and the on-chip color filter 121 are reflected on a seal glass or the like on the package of the solid-state imaging device, and enter the solid-state imaging device again. Uniform color mixing in pixels. Due to this color mixture, Mg-colored streak image defects (hereinafter referred to as Mg flare) are generated radially from a high-intensity light source unique to the back-illuminated solid-state imaging device.
すなわち、図２８Ａの緑画素１５１Ｇと赤画素１５１Ｒを用いて説明する。緑画素１５１Ｇのオンチップマイクロレンズ１２２に入射した光Ｌは、緑フィルタ１２１Ｇを通って緑画素のフォトダイオードＰＤに入射するが、一部に斜め光Ｌａが画素境界付近で隣接する赤画素１５１ＲのフォトダイオードＰＤに入射される。この様子を図２８Ｂの緑画素と赤画素の２画素に波長５５０ｎｍの光を入射した時の光強度のシミュレーションで示す。図２８Ｂにおいて、領域部分Ａは光強度が強い部分、色の薄い領域部分Ｂは光強度が弱い部分、濃い色の領域部分（筋状部分）Ｃは光強度が殆んど無い部分である。細かい周期的な縞模様は光の波面の進行を示している。今、受光面１５３より下のフォトダイオードＰＤに入射した光をみると、画素境界付近の円形で示す領域Ｄでは、赤画素１５１ＲのフォトダイオードＰＤに弱い光が入射し、混色しているのが分かる。 That is, description will be made using the green pixel 151G and the red pixel 151R in FIG. 28A. The light L incident on the on-chip microlens 122 of the green pixel 151G passes through the green filter 121G and enters the photodiode PD of the green pixel, but the oblique light La is partially reflected by the adjacent red pixel 151R near the pixel boundary. The light enters the photodiode PD. This situation is shown by a simulation of light intensity when light having a wavelength of 550 nm is incident on the two pixels of green and red in FIG. 28B. In FIG. 28B, a region portion A is a portion with high light intensity, a light-colored region portion B is a portion with low light intensity, and a dark-colored region portion (striated portion) C is a portion with almost no light intensity. The fine periodic stripe pattern indicates the progress of the wavefront of light. Now, looking at the light incident on the photodiode PD below the light receiving surface 153, in the region D indicated by a circle near the pixel boundary, weak light is incident on the photodiode PD of the red pixel 151R and is mixed. I understand.
一方、図２６に示すように、裏面照射型ＣＭＯＳ固体撮像装置１３１が収納されたパッケージ（図示せず）の入射光側の窓に空間１３４を介してシールガラス１３５が配置される。さらにこのシールガラス１３５上に空間１３４を介して光学ローパスフィルタ１３６、その上に空間１３４を介して赤外カットフィルタ１３７が配置される。さらに上方にカメラレンズ１３８が配置される。カメラレンズ１３８を透過して固体撮像装置１３１に入射された入射光Ｌ１は、一部が固体撮像素子１３１の各媒質界面で反射される。主としてオンチップマイクロレンズ１２２のレンズ表面と、受光面となるシリコン表面で反射する。オンチップマイクロレンズ１２２は周期的に配列されているので、回折現象が起こる。固体撮像装置１３１で反射した反射、回折光Ｌ２は、垂直に近い反射から遠い方向への反射等、いろんな角度で反射し、シールガラス１３５、光学ローパスフィルタ１３６、赤外カットフィルタ１３７で反射して再入射光Ｌ３として再び固体撮像装置１３１に入射する。中でも、大きな角度で回折した光は、シールガラス１３５で反射し再び固体撮像装置１３１に入射され、これが図２７で示す放射状のＭｇフレア１４１（円枠Ｅ参照）となる。放射状の白い筋（白フレア）１４２は、カメラレンズ側の絞りが原因で起こるものであり、表面照射型固体撮像装置でも起こる現象であり、それほど違和感がない。しかし、裏面照射型固体撮像装置に特有のＭｇフレア１４１は、例えば木漏れ日を撮影したような場合、バックの緑色に対して目立ち、問題視される。 On the other hand, as shown in FIG. 26, a seal glass 135 is arranged through a space 134 in a window on the incident light side of a package (not shown) in which a backside illumination type CMOS solid-state imaging device 131 is housed. Further, an optical low-pass filter 136 is disposed on the seal glass 135 via a space 134, and an infrared cut filter 137 is disposed thereon via the space 134. Further, a camera lens 138 is disposed above. A part of the incident light L <b> 1 that has passed through the camera lens 138 and entered the solid-state imaging device 131 is reflected at each medium interface of the solid-state imaging device 131. The light is reflected mainly from the lens surface of the on-chip microlens 122 and the silicon surface serving as the light receiving surface. Since the on-chip microlenses 122 are periodically arranged, a diffraction phenomenon occurs. Reflection reflected by the solid-state imaging device 131 and diffracted light L2 are reflected at various angles such as reflection from near perpendicular to far away, and reflected by the seal glass 135, the optical low-pass filter 136, and the infrared cut filter 137. It enters the solid-state imaging device 131 again as the re-incident light L3. In particular, the light diffracted at a large angle is reflected by the seal glass 135 and is incident on the solid-state imaging device 131 again, and this becomes the radial Mg flare 141 (see circle E) shown in FIG. The radial white streaks (white flare) 142 are caused by the diaphragm on the camera lens side, and are also a phenomenon that occurs in the surface irradiation type solid-state imaging device, and are not so uncomfortable. However, the Mg flare 141 unique to the back-illuminated solid-state imaging device is conspicuous with respect to the green color of the back when, for example, taking a picture of a sunlight through a tree.
このＭｇフレア１４１の発生は、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の分光特性を揃えるための信号処理過程でのホワイトバランスの処理が原因する。回折光の再入射で各画素は同じように混色するが、ホワイトバランスの処理で赤（Ｒ）、青（Ｂ）の信号が緑（Ｇ）に対してゲインが大きくなって強調されるために、Ｍｇフレアが発生する。 The occurrence of the Mg flare 141 is caused by white balance processing in the signal processing process for aligning the spectral characteristics of red (R), green (G), and blue (B). Each pixel is similarly mixed by re-incidence of diffracted light, but the white balance process emphasizes the red (R) and blue (B) signals with a larger gain than green (G). Mg flare is generated.
裏面照射型固体撮像装置では、上述した隣接画素への入射光の漏れによる光学混色、反射光によるＭｇフレアが起こり得るが、表面照射型固体撮像装置においても、隣接画素への光学混色が起こり得る。 In the back-illuminated solid-state imaging device, optical color mixing due to leakage of incident light to adjacent pixels and Mg flare due to reflected light may occur, but in front-illuminated solid-state imaging devices, optical color mixing to adjacent pixels may occur. .
一方、固体撮像装置において、遮光膜及び遮光膜の下に反射防止膜を設ける構成としたときには、膜減り、ダメージ等の影響を受けずに最適化された反射防止膜が求められる。 On the other hand, when the solid-state imaging device has a configuration in which a light-shielding film and an anti-reflection film are provided under the light-shielding film, an optimized anti-reflection film is required without being affected by film reduction or damage.
本発明は、上述の点に鑑み、遮光膜の下の反射防止膜を最適化して画質の向上を図った固体撮像装置、及び電子機器を提供するものである。
本発明は、さらに加えて、光学混色の低減及び／又はＭｇフレアの低減により、画質の向上を図った固体撮像装置、及び電子機器を提供するものである。
In view of the above-described points, the present invention provides a solid-state imaging device and an electronic apparatus in which an antireflection film under a light shielding film is optimized to improve image quality.
The present invention further provides a solid-state imaging device and an electronic apparatus that improve image quality by reducing optical color mixing and / or reducing Mg flare.
本発明に係る固体撮像装置は、光電変換部と画素トランジスタからなる複数の画素が配列された画素領域と、画素領域の光学的黒レベル領域に対応した遮光膜を有する。さらに、この固体撮像装置は、遮光膜の下地となる平坦化膜と、平坦化膜の下地となる反射防止膜を有し、受光面と反対側に層間絶縁膜を介して複数層の配線を形成してなる多層配線層が形成された裏面照射型固体撮像装置として構成されている。 The solid-state imaging device according to the present invention includes a pixel region in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit and a pixel transistor are arranged, and a light shielding film corresponding to the optical black level region of the pixel region. Further, this solid-state imaging device has a planarizing film as a base of the light shielding film and an antireflection film as a base of the flattening film, and a plurality of layers of wiring are provided on the opposite side of the light receiving surface via an interlayer insulating film. The back-illuminated solid-state imaging device is formed with a multilayer wiring layer formed.
本発明の固体撮像装置では、光学的黒レベル領域に対応した遮光膜を有し、遮光膜の下地に平坦か膜を有するので、遮光膜が選択エッチングによりパターニングされるときに、エッチングダメージは平坦化膜で受け、平坦化膜の下の反射防止膜に及ばない。遮光膜の加工時に反射防止膜の膜減りが発生しないので、感度や分光特性が安定する。 The solid-state imaging device of the present invention has a light-shielding film corresponding to the optical black level region and is flat or has a film on the base of the light-shielding film, so that etching damage is flat when the light-shielding film is patterned by selective etching. It is received by the conversion film and does not reach the antireflection film below the planarization film. Since the film thickness of the antireflection film does not occur when the light shielding film is processed, the sensitivity and spectral characteristics are stabilized.
本発明に係る電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備える。固体撮像装置は、光電変換部と画素トランジスタからなる複数の画素が配列された画素領域と、画素領域の光学的黒レベル領域に対応した遮光膜を有する。さらに、この固体撮像装置は、遮光膜の下地となる平坦化膜と、平坦化膜の下地となる反射防止膜を有し、受光面と反対側に層間絶縁膜を介して複数層の配線を形成してなる多層配線層が形成された裏面照射型固体撮像装置として構成されている。 An electronic apparatus according to the present invention includes a solid-state imaging device, an optical system that guides incident light to the solid-state imaging device, and a signal processing circuit that processes an output signal of the solid-state imaging device. The solid-state imaging device includes a pixel region in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit and a pixel transistor are arranged, and a light shielding film corresponding to the optical black level region of the pixel region. Further, this solid-state imaging device has a planarizing film as a base of the light shielding film and an antireflection film as a base of the flattening film, and a plurality of layers of wiring are provided on the opposite side of the light receiving surface via an interlayer insulating film. The back-illuminated solid-state imaging device is formed with a multilayer wiring layer formed.
本発明の電子機器では、上記固体撮像装置を備えるので、固体撮像装置において、反射防止膜が遮光膜の加工時のエッチングダメージを受けることがなく、また、反射防止膜の膜減りも発生せず感度や分光特性が安定する。 Since the electronic apparatus of the present invention includes the solid-state imaging device, the anti-reflection film does not suffer from etching damage during the processing of the light-shielding film in the solid-state imaging device, and the film thickness of the anti-reflection film does not occur. Sensitivity and spectral characteristics are stabilized.
本発明に係る固体撮像装置によれば、遮光膜の下に最適な反射防止膜が形成されるので、画質の向上を図ることができる。 According to the solid-state imaging device according to the present invention, since the optimum antireflection film is formed under the light shielding film, the image quality can be improved.
本発明に係る電子機器によれば、固体撮像装置において、遮光膜の下に最適な反射防止膜が形成されるので、高画質の画像が得られる。 According to the electronic apparatus of the present invention, in the solid-state imaging device, an optimum antireflection film is formed under the light shielding film, so that a high-quality image can be obtained.
以下、発明を実施するための最良の形態（以下実施の形態とする）について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．ＣＭＯＳ固体撮像装置の概略構成例
２．第１実施の形態（固体撮像装置の構成例とその製造方法の例）
３．第２実施の形態（固体撮像装置の構成例とその製造方法の例）
４．第３実施の形態（固体撮像装置の構成例）
５．第４実施の形態（固体撮像装置の構成例）
６．第５実施の形態（固体撮像装置の構成例）
７．第６実施の形態（固体撮像装置の構成例）
８．第７実施の形態（固体撮像装置の構成例）
９．第８実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１０．第９実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１１．第１０実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１２．第１１実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１３．第１２実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１４．第１３実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１５．第１４実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１６．第１５実施の形態（電子機器の構成例）
Hereinafter, the best mode for carrying out the invention (hereinafter referred to as an embodiment) will be described.
The description will be given in the following order.
1. 1. Schematic configuration example of CMOS solid-state imaging device First embodiment (example of configuration of solid-state imaging device and example of manufacturing method thereof)
3. Second embodiment (example of configuration of solid-state imaging device and example of manufacturing method thereof)
4). Third embodiment (configuration example of solid-state imaging device)
5. Fourth embodiment (configuration example of solid-state imaging device)
6). Fifth embodiment (configuration example of solid-state imaging device)
7). Sixth Embodiment (Configuration Example of Solid-State Imaging Device)
8). Seventh embodiment (configuration example of solid-state imaging device)
9. Eighth embodiment (configuration example of solid-state imaging device)
10. Ninth Embodiment (Configuration Example of Solid-State Imaging Device)
11. Tenth Embodiment (Configuration Example of Solid-State Imaging Device)
12 Eleventh embodiment (configuration example of solid-state imaging device)
13. Twelfth embodiment (configuration example of solid-state imaging device)
14 13th Embodiment (Configuration Example of Solid-State Imaging Device)
15. Fourteenth embodiment (configuration example of solid-state imaging device)
16. Fifteenth embodiment (configuration example of electronic device)
本発明の実施の形態に係る固体撮像装置では、画質の向上を図るものであるが、実施の形態の説明に先立ち、Ｍｇフレアの低減方法について述べる。
裏面照射型固体撮像装置に特有のＭｇフレア１４１の強度は、解析の結果概ね以下の関係にあることが分かった。
Ｍｇフレア強度＝入射光強度×イメージセンサ斜め反射率×シールガラス等反射率×イメージセンサ斜め感度。
従ってＭｇフレア低減方法としては、主に３通り考えられる。Ａ：画素構造に工夫して回折光Ｌ２の発生を抑える。Ｂ：シールガラス等の界面に反射防止膜を形成する。Ｃ：シールガラス等で再反射して戻ってくる回折光Ｌ３を画素構造に工夫して低減する。
In the solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention, image quality is improved. Prior to the description of the embodiment, a method for reducing Mg flare will be described.
As a result of the analysis, it was found that the strength of the Mg flare 141 unique to the back-illuminated solid-state imaging device has the following relationship.
Mg flare intensity = incident light intensity × image sensor oblique reflectance × sticker glass reflectivity × image sensor oblique sensitivity.
Therefore, there are mainly three ways to reduce Mg flare. A: The generation of the diffracted light L2 is suppressed by devising the pixel structure. B: An antireflection film is formed on the interface of seal glass or the like. C: The diffracted light L3 that is re-reflected and returned by a seal glass or the like is reduced by devising the pixel structure.
対策Ｂは、イメージセンサのウェハ製造工程ではなく、パッケージ側での対策となるため、イメージセンサの単価が顕著に上昇するが、これは近年進む民生用のデジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラでの販売価格低減傾向に対して大きなデメリットとなる。
対策Ａはイメージセンサのウェハ製造工程での対策となり、単価上昇は比較的軽微である。対策Ａは、回折光の発生源を抑える意味で本質的であり、成膜条件を適切に設定することで感度向上のメリットもあるが、民生用のデジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ向けの裏面照射型固体撮像装置で問題となる光学混色に対しては低減効果がない。
対策Ｃは、対策Ａ同様イメージセンサのウェハ製造工程での対策であり、本発明の実施の形態では単価上昇はないことが大きなメリットとなる。対策Ｃは、回折光の発生量、シールガラス反射率は共に変わらないが、裏面照射型固体撮像装置で大きく取れるイメージセンサ斜め感度を抑制することによりＭｇフレア対策として有効である。また、同時に民生用のデジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ向けの裏面照射型固体撮像装置で問題となる光学混色に対しても有効である。遮光膜は、開口デザインを適切に設定することで、光学裏面照射型固体撮像装置として期待される光学特性（高感度、低シェーディング）の優位性は維持しつつ、Ｍｇフレアと光学混色を十分抑制できることが分かった。
以下に説明する裏面照射型固体撮像装置の実施の形態では、Ｍｇフレア低減に関して、対策Ａ及び／又は対策Ｂ、Ｃに基いて構成される。
Measure B is not a wafer manufacturing process of the image sensor, but a measure on the package side, so the unit price of the image sensor will rise significantly. This is due to the recent progress in consumer digital video cameras and digital still cameras. This is a major demerit against price reduction.
Measure A is a measure in the wafer manufacturing process of the image sensor, and the unit price increase is relatively small. Measure A is essential in terms of suppressing the source of diffracted light, and there is a merit in improving sensitivity by setting the film formation conditions appropriately, but backside illumination for consumer digital video cameras and digital still cameras There is no reduction effect for optical color mixing which is a problem in the solid-state imaging device.
The measure C is a measure in the wafer manufacturing process of the image sensor as in the measure A, and in the embodiment of the present invention, it is a great merit that there is no increase in unit price. Measure C is effective as a measure against Mg flare by suppressing the oblique sensitivity of the image sensor that can be obtained with a back-illuminated solid-state imaging device, although the amount of diffracted light generated and the seal glass reflectivity do not change. At the same time, it is also effective for optical color mixing, which is a problem in back-illuminated solid-state imaging devices for consumer digital video cameras and digital still cameras. By properly setting the aperture design of the light-shielding film, while maintaining the superiority of optical characteristics (high sensitivity, low shading) expected as an optical back-illuminated solid-state imaging device, it sufficiently suppresses optical chromatic mixing with Mg flare I understood that I could do it.
The embodiment of the backside illumination type solid-state imaging device described below is configured based on measures A and / or measures B and C with respect to Mg flare reduction.
＜１．ＣＭＯＳ固体撮像装置の概略構成例＞
図１に、本発明の各実施の形態に適用されるＣＭＯＳ固体撮像装置の一例の概略構成を示す。本例の固体撮像装置１は、図１に示すように、半導体基板１１例えばシリコン基板に複数の光電変換素子を含む画素２が規則的に２次元的に配列された画素領域（いわゆる撮像領域）３と、周辺回路部とを有して構成される。画素２は、光電変換素子となる例えばフォトダイオードと、複数の画素トランジスタ（いわゆるＭＯＳ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、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタ追加して４つのトランジスタで構成することもできる。単位画素の等価回路は通常と同様であるので、詳細説明は省略する。画素２は、共有画素構造とすることもできる。この画素共有構造は、複数のフォトダイオードと、複数の転送トランジスタと、共有する１つのフローティングディフージョンと、共有する１つずつの他の画素トランジスタとから構成される。
<1. Schematic configuration example of CMOS solid-state imaging device>
FIG. 1 shows a schematic configuration of an example of a CMOS solid-state imaging device applied to each embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 1 of this example includes a pixel region (a so-called imaging region) in which pixels 2 including a plurality of photoelectric conversion elements are regularly arranged in a semiconductor substrate 11, for example, a silicon substrate. 3 and a peripheral circuit portion. The pixel 2 includes, for example, a photodiode serving as a photoelectric conversion element and a plurality of pixel transistors (so-called MOS transistors). The plurality of pixel transistors can be constituted by three transistors, for example, a transfer transistor, a reset transistor, and an amplification transistor. In addition, a selection transistor may be added to configure the transistor with four transistors. Since the equivalent circuit of the unit pixel is the same as usual, the detailed description is omitted. The pixel 2 can also have a shared pixel structure. This pixel sharing structure is composed of a plurality of photodiodes, a plurality of transfer transistors, one shared floating diffusion, and one other shared pixel transistor.
周辺回路部は、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８などを有して構成される。 The peripheral circuit section includes a vertical drive circuit 4, a column signal processing circuit 5, a horizontal drive circuit 6, an output circuit 7, a control circuit 8, and the like.
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、また固体撮像装置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では、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基いて、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、これらの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等に入力する。 The control circuit 8 receives an input clock and data for instructing an operation mode, and outputs data such as internal information of the solid-state imaging device. That is, the control circuit 8 generates a clock signal and a control signal that serve as a reference for operations of the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, and the horizontal drive circuit 6 based on the vertical synchronization signal, the horizontal synchronization signal, and the master clock. To do. These signals are input to the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like.
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、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。すなわち、垂直駆動回路４は、画素領域３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子となる例えばフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基く画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。 The vertical drive circuit 4 is configured by, for example, a shift register, selects a pixel drive wiring, supplies a pulse for driving the pixel to the selected pixel drive wiring, and drives the pixels in units of rows. That is, the vertical drive circuit 4 selectively scans each pixel 2 in the pixel region 3 in the vertical direction sequentially in units of rows, and the photoelectric conversion element of each pixel 2 through the vertical signal line 9 according to the amount of light received, for example. A pixel signal based on the generated signal charge is supplied to the column signal processing circuit 5.
カラム信号処理回路５は、画素２の例えば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。すなわちカラム信号処理回路５は、画素２固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳや、信号増幅、ＡＤ変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されて設けられる。 The column signal processing circuit 5 is disposed, for example, for each column of the pixels 2, and performs signal processing such as noise removal on the signal output from the pixels 2 for one row for each pixel column. That is, the column signal processing circuit 5 performs signal processing such as CDS, signal amplification, and AD conversion for removing fixed pattern noise unique to the pixel 2. A horizontal selection switch (not shown) is connected to the horizontal signal line 10 at the output stage of the column signal processing circuit 5.
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１０に出力させる。 The horizontal drive circuit 6 is constituted by, for example, a shift register, and sequentially outputs horizontal scanning pulses to select each of the column signal processing circuits 5 in order, and the pixel signal is output from each of the column signal processing circuits 5 to the horizontal signal line. 10 to output.
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１０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。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１２は、外部と信号のやりとりをする。 The output circuit 7 performs signal processing and outputs the signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 5 through the horizontal signal line 10. For example, only buffering may be performed, or black level adjustment, column variation correction, various digital signal processing, and the like may be performed. The input / output terminal 12 exchanges signals with the outside.
＜２．第１実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２に、本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。第１実施の形態に係る固体撮像装置２１は、例えばシリコンによる半導体基板２２に複数の画素が配列された画素領域（いわゆる撮像領域）２３と、図示しないが画素領域２３の周辺に配置された周辺回路部を形成して構成される。単位画素２４は、光電変換部となるフォトダイオードＰＤと複数の画素トランジスタＴｒとから構成される。フォトダイオードＰＤは、半導体基板２２の厚み方向の全域にわたるように形成され、第１導電型、本例ではｎ型半導体領域２５と基板の表裏両面に臨むように第２導電型、本例ではｐ型半導体領域２６とによるｐｎ接合型のフォトダイオードとして構成される。基板の表裏両面に臨むｐ型半導体領域は、暗電流抑制のための正孔電荷蓄積領域を兼ねている。
<2. First Embodiment>
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 2 shows a first embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device of the present embodiment is a backside illumination type CMOS solid-state imaging device. The solid-state imaging device 21 according to the first embodiment includes, for example, a pixel region (so-called imaging region) 23 in which a plurality of pixels are arranged on a semiconductor substrate 22 made of silicon, and a periphery that is arranged around the pixel region 23 (not shown). A circuit part is formed and configured. The unit pixel 24 includes a photodiode PD serving as a photoelectric conversion unit and a plurality of pixel transistors Tr. The photodiode PD is formed so as to extend over the entire thickness direction of the semiconductor substrate 22, and in the first conductivity type, in this example, the n-type semiconductor region 25 and the second conductivity type so as to face both the front and back surfaces of the substrate, in this example, p. It is configured as a pn junction type photodiode with the type semiconductor region 26. The p-type semiconductor regions facing both the front and back surfaces of the substrate also serve as hole charge accumulation regions for dark current suppression.
フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタＴｒからなる各画素２４は、素子分離領域２７により分離される。素子分離領域２７は、ｐ型半導体領域で形成され、例えば接地される。画素トランジスタＴｒは、半導体基板２２の表面２２Ａ側に形成したｐ型半導体ウェル領域２８に、図示しないがｎ型のソース領域及びドレイン領域を形成し、両領域間の基板表面にゲート絶縁膜を介してゲート電極２９を形成して構成される。同図においては、複数の画素トランジスタを１つの画素トランジスタＴｒで代表して示すとともに、ゲート電極２９で模式的に表している。 Each pixel 24 including the photodiode PD and the pixel transistor Tr is separated by an element isolation region 27. The element isolation region 27 is formed of a p-type semiconductor region and is grounded, for example. In the pixel transistor Tr, an n-type source region and drain region (not shown) are formed in a p-type semiconductor well region 28 formed on the surface 22A side of the semiconductor substrate 22, and a gate insulating film is formed on the substrate surface between both regions. The gate electrode 29 is formed. In the figure, a plurality of pixel transistors are representatively represented by one pixel transistor Tr and are schematically represented by a gate electrode 29.
半導体基板２２の表面２２Ａ上には、層間絶縁膜３１を介して複数層の配線３２を配置してなる、いわゆる多層配線層３３が形成される。多層配線層３３側は光入射されないので、配線３２のレイアウトは自由の設定することができる。 On the surface 22 </ b> A of the semiconductor substrate 22, a so-called multilayer wiring layer 33 is formed, in which a plurality of layers of wirings 32 are arranged via an interlayer insulating film 31. Since no light is incident on the multilayer wiring layer 33 side, the layout of the wiring 32 can be freely set.
フォトダイオードＰＤの受光面３４となる基板裏面２２Ｂ上には、絶縁層が形成される。この絶縁層は、本例では反射防止膜３６で形成される。反射防止膜３６は、屈折率の異なる複数層膜で形成され、本例ではハフニウム酸化（ＨｆＯ２）膜３８とシリコン酸化膜３７の２層膜で形成される。 An insulating layer is formed on the substrate back surface 22B that becomes the light receiving surface 34 of the photodiode PD. This insulating layer is formed of an antireflection film 36 in this example. The antireflection film 36 is formed of a multilayer film having different refractive indexes, and in this example, is formed of a two-layer film of a hafnium oxide (HfO 2) film 38 and a silicon oxide film 37.
そして、本実施の形態においては、この反射防止膜３６上の画素境界に、すなわち画素境界に対応する部分に遮光膜３９が形成される。この遮光膜３９は、光を遮光する材料であれば良いが、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）、あるいはタングステン（Ｗ）、あるいは銅（Ｃｕ）の膜で形成することが好ましい。 In the present embodiment, a light shielding film 39 is formed at the pixel boundary on the antireflection film 36, that is, at a portion corresponding to the pixel boundary. The light shielding film 39 may be any material that shields light, but a material such as aluminum (Al) or tungsten (W), which has a strong light shielding property and can be precisely processed by fine processing, for example, etching, is used. Or it is preferable to form with the film | membrane of copper (Cu).
遮光膜３９を含む反射防止膜３６上に、平坦化膜４１が形成され、この平坦化膜４１上に順次オンチップカラーフィルタ４２及びその上のオンチップマイクロレンズ４３が形成される。オンチップマイクロレンズ４３は、例えば、樹脂などの有機材料で形成される。平坦化膜４１は、例えば、樹脂などの有機材料で形成することができる。オンチップカラーフルタとしては、例えばベイヤー配列のカラーフィルタが用いられる。光Ｌは、基板裏面２２Ｂ側から入射され、オンチップマイクロレンズ４３で集光されて各フォトダイオードＰＤに受光される。 A planarization film 41 is formed on the antireflection film 36 including the light shielding film 39, and an on-chip color filter 42 and an on-chip microlens 43 thereon are sequentially formed on the planarization film 41. The on-chip microlens 43 is formed of an organic material such as resin, for example. The planarization film 41 can be formed of an organic material such as resin, for example. For example, a Bayer color filter is used as the on-chip color filter. The light L is incident from the substrate rear surface 22B side, condensed by the on-chip microlens 43, and received by each photodiode PD.
第１実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置２１によれば、受光面３４に極めて近い画素境界に遮光膜３９が形成されているので、オンチップマイクロレンズ４３で集光しきれないで隣接画素側に向かう光が遮光される。すなわち、画素境界の遮光膜３９により、隣接画素への光入射を防ぐことができ、光学混色を低減することができる。また、パケージ内に配置された固体撮像装置２１に光が入射され、一部反射した回折光がシールガラスで再反射して固体撮像装置２１に入射さしようとしても、画素境界の遮光膜３９で回折光の入射が防がれる。この回折光の入射が阻止されることで、特に、高輝度光源撮影時のＭｇフレアを低減することができる。 According to the back-illuminated solid-state imaging device 21 according to the first embodiment, since the light shielding film 39 is formed at the pixel boundary very close to the light receiving surface 34, the on-chip microlens 43 cannot fully collect the light. Light traveling toward the adjacent pixel is blocked. That is, the light shielding film 39 at the pixel boundary can prevent light from entering adjacent pixels and reduce optical color mixing. Further, even if light is incident on the solid-state imaging device 21 arranged in the package and the partially reflected diffracted light is re-reflected by the seal glass and enters the solid-state imaging device 21, the light shielding film 39 at the pixel boundary is used. The incidence of diffracted light is prevented. By blocking the incidence of this diffracted light, it is possible to reduce Mg flare particularly during high-intensity light source photography.
図３に示す、緑画素と赤画素の２画素に波長５５０ｎｍの光を入射した時の光強度のシミュレーションを用いて光学混色の低減について詳述する。図３Ａは、緑画素２４Ｇと赤画素２４Ｒを示す。光がオンチップマイクロレンズ４３を透過して緑画素２４Ｇに入射するとき、一部集光しきれない光Ｌ０が隣接画素である赤画素２４Ｒ側に向かうが、遮光膜３９で遮光され、反射される。すなわち、光Ｌ０の赤画素２４Ｒへの入射が阻止される。この様子を図３Ｂの光強度のシミュレーションで示す。図３Ｂにおいて、前述と同様に、領域Ａは光強度が強い部分、色の薄い部分Ｂは光強度が弱い部分、濃い色の部分は光強度が殆んど無い部分である。この図３Ｂのシミュレーションで分かるように、赤画素２４ＲのフォトダイオードＰＤの緑画素２４Ｇとの境界近傍Ｄでの光強度は殆んどゼロである。すなわち、光学混色が低減している。 The reduction of optical color mixture will be described in detail using a simulation of light intensity when light having a wavelength of 550 nm is incident on two pixels, a green pixel and a red pixel, shown in FIG. FIG. 3A shows a green pixel 24G and a red pixel 24R. When light passes through the on-chip microlens 43 and enters the green pixel 24G, the light L0 that cannot be partially condensed is directed toward the red pixel 24R that is an adjacent pixel, but is shielded and reflected by the light shielding film 39. The That is, the light L0 is prevented from entering the red pixel 24R. This is shown by the light intensity simulation in FIG. 3B. In FIG. 3B, similarly to the above, the region A is a portion having a high light intensity, the light-colored portion B is a portion having a low light intensity, and the dark-colored portion is a portion having almost no light intensity. As can be seen from the simulation of FIG. 3B, the light intensity in the vicinity of the boundary D between the photodiode PD of the red pixel 24R and the green pixel 24G is almost zero. That is, optical color mixing is reduced.
一方、Ｍｇフレアの低減について詳述する。図４に、第１実施の形態の固体撮像装置２１がパッケージ内に収納された状態での入射光の反射状態を示す。前述と同様に、裏面照射型の固体撮像装置２１が収容されたパッケージ（図示せず）の入射光側の窓に空間１３４を介してシールガラス１３５が配置される。さらにシールガラス１３５上に空間１３４を介して光学ローパスフィルタ１３６、その上に空間１３４を介して赤外（ＩＲ）カットフィルタ１３７が配置される。さらにその上方にカメラレンズ１３８が配置される。 On the other hand, reduction of Mg flare will be described in detail. FIG. 4 shows a reflection state of incident light in a state where the solid-state imaging device 21 of the first embodiment is housed in a package. Similar to the above, the seal glass 135 is disposed through the space 134 in the window on the incident light side of the package (not shown) in which the back-illuminated solid-state imaging device 21 is accommodated. Further, an optical low-pass filter 136 is disposed on the seal glass 135 via a space 134, and an infrared (IR) cut filter 137 is disposed thereon via the space 134. Further above that, a camera lens 138 is arranged.
前述したように、カメラレンズ１３８を透過して固体撮像装置２１に入射された入射光Ｌ１は、一部が固体撮像装置２１の各媒質界面で反射される。この反射光がシールガラス１３５、光学ローパスフィルタ１３６、赤外カットフィルタ１３７で反射して固体撮像装置２１側に再入射する。中でも大きな角度で反射した回折光Ｌ２は、シールガラス１３５で反射され、再入射光Ｌ３として固体撮像装置２１に再入射されるが、このとき、円枠４５で示すように、遮光膜３９により有効画素への回折光の入射が遮られ、Ｍｇフレアが生じない。図４で示すように、緑画素２４Ｇで反射し、再反射した回折光Ｌ３は、他部の緑画素２４Ｇの緑フィルタを通してして隣接の赤画素２４Ｒ側に向かうが、画素境界の遮光膜３９で反射され（実線矢印参照）、赤画素２４Ｒに入射されない。このため、図５に示すように、高輝度光源撮影において、前述の図２７でＭｇフレアが現れた同じ場所（円枠Ｅ参照）にＭｇフレアが現れない。 As described above, a part of the incident light L1 that has passed through the camera lens 138 and entered the solid-state imaging device 21 is reflected at each medium interface of the solid-state imaging device 21. The reflected light is reflected by the seal glass 135, the optical low-pass filter 136, and the infrared cut filter 137, and reenters the solid-state imaging device 21 side. In particular, the diffracted light L2 reflected at a large angle is reflected by the seal glass 135 and re-enters the solid-state imaging device 21 as re-incident light L3. At this time, as shown by a circular frame 45, the light is more effective by the light-shielding film 39. The incidence of diffracted light on the pixel is blocked, and Mg flare does not occur. As shown in FIG. 4, the diffracted light L3 reflected and re-reflected by the green pixel 24G goes to the adjacent red pixel 24R side through the green filter of the other green pixel 24G, but the light shielding film 39 at the pixel boundary. (Refer to the solid line arrow) and is not incident on the red pixel 24R. For this reason, as shown in FIG. 5, in high-intensity light source photography, Mg flare does not appear in the same place (see circle E) where Mg flare appears in FIG.
また、本実施の形態では、遮光膜３９を形成した後、平坦化膜４１を介してオンチップカラーフィルタ４２及びオンチップマイクロレンズ４３が形成される。この平坦化膜４１を介してオンチップマイクロレンズ４３が形成されるので、画素領域上のオンチップマイクロレンズ４３の全てのレンズ高さが同じになる。特に、有効画素領域のオンチップマイクロレンズ４３のレンズ高さは同じになり、前述の図２９で示した有効画素領域における周辺部と中央領域との間で段差ｄが生じることがない。従って、画面全域で同じ輝度が得られ、すなわち感度ムラの発生がなく画質の向上が図れる。 In this embodiment, after the light shielding film 39 is formed, the on-chip color filter 42 and the on-chip microlens 43 are formed through the planarization film 41. Since the on-chip microlens 43 is formed through the planarization film 41, all the lens heights of the on-chip microlens 43 on the pixel region are the same. In particular, the lens height of the on-chip microlens 43 in the effective pixel region is the same, and the step d does not occur between the peripheral portion and the central region in the effective pixel region shown in FIG. Therefore, the same luminance can be obtained over the entire screen, that is, there is no occurrence of sensitivity unevenness, and image quality can be improved.
このように、固体撮像装置２１は、受光面に近い位置の画素境界に遮光膜３９を配置したことにより、光学混色を低減し、Ｍｇフレアを低減することができ、また有効画素領域内での感度ムラの発生がなく、高画質の画像を撮像することができる。 As described above, the solid-state imaging device 21 can reduce the optical color mixture and reduce the Mg flare by arranging the light shielding film 39 at the pixel boundary close to the light receiving surface. Sensitivity unevenness does not occur and a high-quality image can be taken.
かくして第１実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置２１は、画質の向上を図ることができる。 Thus, the backside illumination type solid-state imaging device 21 according to the first embodiment can improve the image quality.
［第１実施の形態の固体撮像装置の製造方法の例］
図６及び図７に、第１実施の形態の固体撮像装置２１の製造方法を示す。同図はいずれも基板表面側の一部を省略して要部の断面構造のみを示している。省略部分の符号は図２を参照している。
[Example of Manufacturing Method of Solid-State Imaging Device of First Embodiment]
6 and 7 show a method for manufacturing the solid-state imaging device 21 according to the first embodiment. In these figures, a part of the substrate surface side is omitted and only the cross-sectional structure of the main part is shown. Reference numerals of the omitted parts refer to FIG.
先ず、例えばシリコンの半導体基板２２の画素領域を形成すべき領域に、ｐ型半導体領域による素子分離領域２７で分離した各画素に対応したフォトダイオードＰＤを形成する。フォトダイオードＰＤは、基板厚さ方向の全域にわたるようなｎ型半導体領域２５と、ｎ型半導体領域２５に接して基板の表裏両面２２Ａ、２２Ｂに臨むｐ型半導体領域２６とからなるｐｎ接合を有して形成される。基板表面２２Ａの各画素に対応する領域には、それぞれ素子分離領域２７に接するｐ型半導体ウェル領域２８を形成し、このｐ型半導体ウェル領域２８内に各複数の画素トランジスタＴｒを形成する。画素トランジスタＴｒは、それぞれソース領域及びドレイン領域と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極２９とにより形成される。さらに、基板表面２２Ａの上部には、層間絶縁膜３１を介して複数層の配線３２を配置した多層配線層３３を形成する。 First, a photodiode PD corresponding to each pixel separated by an element isolation region 27 by a p-type semiconductor region is formed in a region where a pixel region of a silicon semiconductor substrate 22, for example, is to be formed. The photodiode PD has a pn junction composed of an n-type semiconductor region 25 extending over the entire substrate thickness direction and a p-type semiconductor region 26 in contact with the n-type semiconductor region 25 and facing the front and back surfaces 22A and 22B of the substrate. Formed. In a region corresponding to each pixel on the substrate surface 22A, a p-type semiconductor well region 28 in contact with the element isolation region 27 is formed, and a plurality of pixel transistors Tr are formed in the p-type semiconductor well region 28. Each pixel transistor Tr is formed by a source region and a drain region, a gate insulating film, and a gate electrode 29. Furthermore, a multilayer wiring layer 33 in which a plurality of layers of wirings 32 are arranged via an interlayer insulating film 31 is formed on the substrate surface 22A.
次に、図６Ａに示すように、受光面となる基板裏面２２Ｂ上に、絶縁膜、本例では反射防止膜３６を形成し、この反射防止膜３６上に遮光膜材料層３９Ａを形成する。反射防止膜３６は屈折率の異なる複数の膜で形成され、本例では基板裏面２２Ｂ側からシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜３７、ハフニウム酸化（ＨｆＯ２）膜３８を積層した２層膜で形成する。シリコン酸化膜３７及びハフニウム酸化膜３８は、それぞれ反射防止に最適な膜厚で形成される。遮光膜材料層３９Ａは、アルミニウム（Ａｌ）あるいはタングステン（Ｗ）など遮光性、加工性に優れた材料で形成する。 Next, as shown in FIG. 6A, an insulating film, in this example, an antireflection film 36 is formed on the substrate back surface 22 </ b> B serving as a light receiving surface, and a light shielding film material layer 39 </ b> A is formed on the antireflection film 36. The antireflection film 36 is formed of a plurality of films having different refractive indexes. In this example, the antireflection film 36 is formed of a two-layer film in which a silicon oxide (SiO 2 ) film 37 and a hafnium oxide (HfO 2 ) film 38 are stacked from the substrate back surface 22B side. . Each of the silicon oxide film 37 and the hafnium oxide film 38 is formed with a film thickness optimum for preventing reflection. The light shielding film material layer 39A is formed of a material excellent in light shielding properties and workability, such as aluminum (Al) or tungsten (W).
次に、遮光膜材料層３９Ａ上に選択的にレジストマスク４７を形成する。レジストマスク４７は、フォトダイオードＰＤに対応する部分に開口を有し、各画素境界に対応する部分が残るように平面的にみて格子状に形成される。そして、図６Ｂに示すように、レジストマスク４７を介して遮光膜材料層３９Ａを選択的にエッチング除去して、各画素境界に遮光膜３９を形成する。エッチングは、ウェットエッチング、あるいはドライエッチングを用いることができる。ドライエッチングは、遮光膜３９の微細線幅が精度よく得られるので好ましい。 Next, a resist mask 47 is selectively formed on the light shielding film material layer 39A. The resist mask 47 has an opening in a portion corresponding to the photodiode PD, and is formed in a lattice shape in plan view so that a portion corresponding to each pixel boundary remains. Then, as shown in FIG. 6B, the light shielding film material layer 39A is selectively removed by etching through the resist mask 47 to form the light shielding film 39 at each pixel boundary. Etching can be wet etching or dry etching. Dry etching is preferable because the fine line width of the light shielding film 39 can be obtained with high accuracy.
次に、図７Ｃに示すように、遮光膜３９を含む反射防止膜上に平坦化膜４１を形成する。この平坦化膜４１は、例えば樹脂などの有機材料を塗布して形成する。 Next, as shown in FIG. 7C, a planarization film 41 is formed on the antireflection film including the light shielding film 39. The planarizing film 41 is formed by applying an organic material such as a resin.
次に、図７Ｄに示すように、平坦化膜４１上に、順次、例えばベイヤー配列のオンチップカラーフィルタ４２及びオンチップマイクロレンズ４３を形成する。このようにして、目的の第１実施の形態の固体撮像装置２１を得る。 Next, as illustrated in FIG. 7D, for example, an on-chip color filter 42 and an on-chip microlens 43 having a Bayer arrangement are sequentially formed on the planarization film 41. In this way, the solid-state imaging device 21 of the target first embodiment is obtained.
本実施の形態の固体撮像装置の製造方法によれば、半導体基板２２の受光面となる裏面２２Ｂ上に反射防止膜３６を介して画素境界に対応する部分に選択的に遮光膜３９を形成するので、遮光膜３９を受光面３４に近い位置に形成することができる。遮光膜３９が受光面に近い位置に形成されることにより、オンチップマイクロレンズ４３で集光しきれない光が隣接画素へ進入することを阻止できる。また、この遮光膜は、Ｍｇフレアの発生要因である回折光の有効画素への入射を阻止する。受光面３４上に反射防止膜３６を形成するので、基板裏面２２Ｂの受光面３４での反射を抑制し、高感度化が図れる。さらに平坦化膜４１を介してオンチップカラーフィルタ４２及びオンチップマイクロレンズ４３を形成するので、有効画面領域内でオンチップマイクロレンズ４３のレンズ高さを均一にすることができる。従って、本製造方法は、光学混色を低減し、回折光の有効画素への入射を抑制してＭｇフレアを低減し、有効画素領域内での均一かつ高感度化を図った第１実施の形態の固体撮像装置を容易かつ高精度に製造することができる。 According to the manufacturing method of the solid-state imaging device of the present embodiment, the light shielding film 39 is selectively formed on the back surface 22B which is the light receiving surface of the semiconductor substrate 22 via the antireflection film 36 at the portion corresponding to the pixel boundary. Therefore, the light shielding film 39 can be formed at a position close to the light receiving surface 34. By forming the light shielding film 39 at a position close to the light receiving surface, it is possible to prevent light that cannot be collected by the on-chip microlens 43 from entering the adjacent pixels. Further, this light shielding film prevents the diffracted light, which is a cause of Mg flare, from entering the effective pixels. Since the antireflection film 36 is formed on the light receiving surface 34, reflection on the light receiving surface 34 of the back surface 22B of the substrate can be suppressed, and high sensitivity can be achieved. Furthermore, since the on-chip color filter 42 and the on-chip microlens 43 are formed via the planarization film 41, the lens height of the on-chip microlens 43 can be made uniform within the effective screen area. Therefore, the present manufacturing method reduces the optical color mixture, suppresses the incidence of diffracted light to the effective pixel, reduces the Mg flare, and achieves a uniform and high sensitivity within the effective pixel region. Can be manufactured easily and with high accuracy.
＜３．第２実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図８に、本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。第２実施の形態に係る固体撮像装置５１は、第１実施の形態と同様に、例えばシリコンによる半導体基板２２に複数の画素が配列された画素領域２３と、図示しないが画素領域２３の周辺に配置された周辺回路部を形成して構成される。周辺回路部にはロジック回路が形成される。単位画素２４は、光電変換部となるフォトダイオードＰＤと複数の画素トランジスタＴｒとから構成される。フォトダイオードＰＤは、半導体基板２２の厚み方向の全域にわたるように形成され、第１導電型、本例ではｎ型半導体領域２５と基板の表裏両面に臨むように第２導電型、本例ではｐ型半導体領域２６とによるｐｎ接合型のフォトダイオードとして構成される。基板の表裏両面に臨むｐ型半導体領域は、暗電流抑制のための電荷蓄積領域を兼ねている。
<3. Second Embodiment>
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 8 shows a second embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device of the present embodiment is a backside illumination type CMOS solid-state imaging device. As in the first embodiment, the solid-state imaging device 51 according to the second embodiment includes, for example, a pixel region 23 in which a plurality of pixels are arranged on a semiconductor substrate 22 made of silicon, and a peripheral region of the pixel region 23 (not shown). It is configured by forming an arranged peripheral circuit portion. A logic circuit is formed in the peripheral circuit portion. The unit pixel 24 includes a photodiode PD serving as a photoelectric conversion unit and a plurality of pixel transistors Tr. The photodiode PD is formed so as to extend over the entire thickness direction of the semiconductor substrate 22, and in the first conductivity type, in this example, the n-type semiconductor region 25 and the second conductivity type so as to face both the front and back surfaces of the substrate, in this example, p. It is configured as a pn junction type photodiode with the type semiconductor region 26. The p-type semiconductor regions facing both the front and back surfaces of the substrate also serve as charge storage regions for dark current suppression.
フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタＴｒからなる各画素２４は、素子分離領域２７により分離される。素子分離領域２７は、ｐ型半導体領域で形成され、例えば接地される。画素トランジスタＴｒは、半導体基板２２の表面２２Ａ側に形成したｐ型半導体ウェル領域２８に、図示しないがｎ型のソース領域及びドレイン領域を形成し、両領域間の基板表面にゲート絶縁膜を介してゲート電極２９を形成して構成される。同図においては、複数の画素トランジスタを１つの画素トランジスタＴｒで代表して示すとともに、ゲート電極２９で模式的に表している。 Each pixel 24 including the photodiode PD and the pixel transistor Tr is separated by an element isolation region 27. The element isolation region 27 is formed of a p-type semiconductor region and is grounded, for example. In the pixel transistor Tr, an n-type source region and drain region (not shown) are formed in a p-type semiconductor well region 28 formed on the surface 22A side of the semiconductor substrate 22, and a gate insulating film is formed on the substrate surface between both regions. The gate electrode 29 is formed. In the figure, a plurality of pixel transistors are representatively represented by one pixel transistor Tr and are schematically represented by a gate electrode 29.
半導体基板２２の表面２２Ａ上には、層間絶縁膜３１を介して複数層の配線３２を配置してなる、いわゆる多層配線層３３が形成される。多層配線層３３側は光入射されないので、配線３２のレイアウトは自由の設定することができる。 On the surface 22 </ b> A of the semiconductor substrate 22, a so-called multilayer wiring layer 33 is formed, in which a plurality of layers of wirings 32 are arranged via an interlayer insulating film 31. Since no light is incident on the multilayer wiring layer 33 side, the layout of the wiring 32 can be freely set.
フォトダイオードＰＤの受光面３４となる基板裏面２２Ｂ上には、絶縁膜が形成される。この絶縁膜は、本例では反射防止膜３６で形成される。反射防止膜３６は、屈折率の異なる複数層膜で形成され、本例ではハフニウム酸化（ＨｆＯ２）膜３７とシリコン酸化膜３８の２層膜で形成される。 An insulating film is formed on the substrate back surface 22B that becomes the light receiving surface 34 of the photodiode PD. This insulating film is formed of an antireflection film 36 in this example. The antireflection film 36 is formed of a multilayer film having different refractive indexes. In this example, the antireflection film 36 is formed of a two-layer film of a hafnium oxide (HfO 2) film 37 and a silicon oxide film 38.
そして、本実施の形態においては、特に、この反射防止膜３６上に絶縁膜５２が形成され、この絶縁膜５２上の画素境界に遮光膜３９が形成される。絶縁膜５２は、図示するように平坦化膜とされ、その膜種、膜厚が光学的に適切な値に設定される。絶縁膜５２としては、例えばシリコン酸化膜で形成することが好ましく、その膜厚が少なくとも反射防止膜３６の膜厚より十分に厚く設定される。遮光膜３９は、光を遮光する材料であれば良いが、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）、あるいはタングステン（Ｗ）、あるいは銅（Ｃｕ）の膜で形成することが好ましい。 In the present embodiment, in particular, an insulating film 52 is formed on the antireflection film 36, and a light shielding film 39 is formed at the pixel boundary on the insulating film 52. The insulating film 52 is a planarizing film as shown in the figure, and the film type and film thickness are set to optically appropriate values. The insulating film 52 is preferably formed of, for example, a silicon oxide film, and the film thickness is set to be sufficiently thicker than at least the film thickness of the antireflection film 36. The light shielding film 39 may be any material that shields light, but a material such as aluminum (Al), tungsten (W), or the like that has a strong light shielding property and can be processed with high precision by fine processing, for example, etching, or It is preferable to form a copper (Cu) film.
絶縁膜５２としては、反射防止膜３６を構成する上層の高屈折率膜、本例ではハフニウム酸化（ＨｆＯ２）膜３８とは屈折率差が大きい膜が好ましく、例えばシリコン酸化膜が好ましい。例えば、絶縁膜５２をハフニウム酸化（ＨｆＯ２）膜に近い屈折率を有するシリコン窒化（ＳｉＮ）膜で形成した場合には、ハフニウム酸化膜３８の膜厚が実質的に厚くなった形になり、反射防止膜として不適切となる。 The insulating film 52 is preferably an upper high-refractive index film constituting the antireflection film 36, and in this example, a film having a large refractive index difference from the hafnium oxide (HfO 2) film 38, for example, a silicon oxide film is preferable. For example, when the insulating film 52 is formed of a silicon nitride (SiN) film having a refractive index close to that of a hafnium oxide (HfO 2 ) film, the film thickness of the hafnium oxide film 38 is substantially increased. It becomes inappropriate as an antireflection film.
遮光膜３９を含む絶縁膜５２上に、平坦化膜４１が形成され、この平坦化膜４１上に順次オンチップカラーフィルタ４２及びその上のオンチップマイクロレンズ４３が形成される。平坦化膜４１は、例えば、樹脂などの有機材料で形成することができる。オンチップカラーフルタとしては、例えばベイヤー配列のカラーフィルタが用いられる。光Ｌは、基板裏面２２Ｂ側から入射され、オンチップマイクロレンズ４３で集光されて各フォトダイオードＰＤに受光される。 A planarizing film 41 is formed on the insulating film 52 including the light shielding film 39, and an on-chip color filter 42 and an on-chip microlens 43 thereon are sequentially formed on the planarizing film 41. The planarization film 41 can be formed of an organic material such as resin, for example. For example, a Bayer color filter is used as the on-chip color filter. The light L is incident from the substrate rear surface 22B side, condensed by the on-chip microlens 43, and received by each photodiode PD.
第２実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置５１によれば、反射防止膜３９上に膜厚が反射防止膜３６より厚い絶縁膜５２を形成し、この絶縁膜５２上の画素境界に対応する部分に遮光膜３６が形成されるので、最適な反射防止膜３６が維持される。すなわち、遮光膜３６の形成は、全面に遮光膜材料層を成膜した後、選択エッチングにより、パターニングされる。この選択エッチングにおいて、下地がエッチングダメージを受けても、ダメージを受けるのは絶縁膜５２であり、反射防止膜３６は何ら影響を受けない。 According to the back-illuminated solid-state imaging device 51 according to the second embodiment, the insulating film 52 having a thickness larger than that of the antireflection film 36 is formed on the antireflection film 39, and the pixel boundary on the insulating film 52 is formed. Since the light shielding film 36 is formed in the corresponding portion, the optimum antireflection film 36 is maintained. That is, the light shielding film 36 is patterned by selective etching after a light shielding film material layer is formed on the entire surface. In this selective etching, even if the base is damaged by etching, it is the insulating film 52 that is damaged, and the antireflection film 36 is not affected at all.
裏面照射型の固体撮像装置において、感度や分光特性を安定して生産するためには、予めシリコン界面に形成する反射防止膜３６の膜厚を安定制御する必要がある。遮光膜３６の加工時に反射防止膜３６の膜減りが発生すると、感度や分光特性がばらつく原因になる。遮光膜３６の形成前に反射防止膜３６上に絶縁膜５２が形成されるので、感度や分光特性が安定になる。 In order to stably produce sensitivity and spectral characteristics in a back-illuminated solid-state imaging device, it is necessary to stably control the thickness of the antireflection film 36 formed on the silicon interface in advance. If the film thickness of the antireflection film 36 is reduced during the processing of the light shielding film 36, the sensitivity and spectral characteristics may vary. Since the insulating film 52 is formed on the antireflection film 36 before the light shielding film 36 is formed, sensitivity and spectral characteristics are stabilized.
第２実施の形態の固体撮像装置５１は、その他第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。すなわち、受光面３４に極めて近い画素境界に遮光膜３９が形成されているので、オンチップマイクロレンズ４３で集光しきれないで隣接画素側に向かう光が遮光される。すなわち、画素境界の遮光膜３９により、隣接画素への光入射を防ぐことができ、光学混色を低減することができる。また、パケージ内に配置された固体撮像装置２１に光が入射され、一部反射した回折光がシールガラスで再反射して固体撮像装置５１に入射さようとしても、画素境界の遮光膜３９で回折光の入射が防がれる。このため、特に、高輝度光源撮影において、Ｍｇフレアを低減することができる。 The solid-state imaging device 51 of the second embodiment has the same effects as those described in the first embodiment. That is, since the light shielding film 39 is formed at the pixel boundary very close to the light receiving surface 34, the light toward the adjacent pixels is shielded without being condensed by the on-chip microlens 43. That is, the light shielding film 39 at the pixel boundary can prevent light from entering adjacent pixels and reduce optical color mixing. Further, even if light is incident on the solid-state imaging device 21 disposed in the package and the partially reflected diffracted light is re-reflected by the seal glass and enters the solid-state imaging device 51, the light shielding film 39 at the pixel boundary is used. The incidence of diffracted light is prevented. For this reason, Mg flare can be reduced particularly in high-luminance light source photography.
また、平坦化膜４１を介してオンチップマイクロレンズ４３が形成されるので、画素領域上のオンチップマイクロレンズ４３の全てのレンズ高さが同じになる。特に、有効画素領域のオンチップマイクロレンズ４３のレンズ高さは同じになり、前述の図２９で示した有効画素領域における周辺部と中央領域との間で段差ｄが生じることがない。従って、画面全域で同じ輝度が得られ、すなわち感度ムラの発生がなく画質の向上が図れる。 Further, since the on-chip microlens 43 is formed through the planarization film 41, all the lens heights of the on-chip microlens 43 on the pixel region are the same. In particular, the lens height of the on-chip microlens 43 in the effective pixel region is the same, and the step d does not occur between the peripheral portion and the central region in the effective pixel region shown in FIG. Therefore, the same luminance can be obtained over the entire screen, that is, there is no occurrence of sensitivity unevenness, and image quality can be improved.
このように、固体撮像装置５１は、受光面に近い位置の画素境界に遮光膜３９を配置したことにより、光学混色を低減し、Ｍｇフレアを低減することができ、また有効画素領域内での感度ムラの発生がなく、高画質の画像を撮像することができる。かくして第２実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置５１は、画質の向上を図ることができる。 As described above, the solid-state imaging device 51 can reduce the optical color mixture and reduce the Mg flare by arranging the light shielding film 39 at the pixel boundary close to the light receiving surface. Sensitivity unevenness does not occur and a high-quality image can be taken. Thus, the backside illumination type solid-state imaging device 51 according to the second embodiment can improve the image quality.
［第２実施の形態の固体撮像装置の製造方法の例］
図９及び図１０に、第２実施の形態の固体撮像装置５１の製造方法を示す。同図はいずれも基板表面側の一部を省略して要部の断面構造のみを示している。省略部分の符号は図８を参−照している。
[Example of Manufacturing Method of Solid-State Imaging Device of Second Embodiment]
9 and 10 show a method for manufacturing the solid-state imaging device 51 of the second embodiment. In these figures, a part of the substrate surface side is omitted and only the cross-sectional structure of the main part is shown. Reference numerals of omitted parts refer to FIG.
前述と同様に、先ず、例えばシリコンの半導体基板２２の画素領域を形成すべき領域に、ｐ型半導体領域による素子分離領域２７で分離した各画素に対応したフォトダイオードＰＤを形成する。フォトダイオードＰＤは、基板厚さ方向の全域にわたるようなｎ型半導体領域２５と、ｎ型半導体領域２５に接して基板の表裏両面２２Ａ、２２Ｂに臨むｐ型半導体領域２６とからなるｐｎ接合を有して形成される。基板表面２２Ａの各画素に対応する領域には、それぞれ素子分離領域に接するｐ型半導体ウェル領域２８を形成し、このｐ型半導体ウェル領域２８内に各複数の画素トランジスタＴｒを形成する。画素トランジスタＴｒは、それぞれソース領域及びドレイン領域と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極２９とにより形成される。さらに、基板表面２２Ａの上部には、層間絶縁膜３１を介して複数層の配線３２を配置した多層配線層３３を形成する。 Similar to the above, first, photodiode PD corresponding to each pixel separated by element isolation region 27 by the p-type semiconductor region is formed in a region where a pixel region of silicon semiconductor substrate 22, for example, is to be formed. The photodiode PD has a pn junction composed of an n-type semiconductor region 25 extending over the entire substrate thickness direction and a p-type semiconductor region 26 in contact with the n-type semiconductor region 25 and facing the front and back surfaces 22A and 22B of the substrate. Formed. A p-type semiconductor well region 28 that is in contact with the element isolation region is formed in a region corresponding to each pixel on the substrate surface 22 </ b> A, and a plurality of pixel transistors Tr are formed in the p-type semiconductor well region 28. Each pixel transistor Tr is formed by a source region and a drain region, a gate insulating film, and a gate electrode 29. Furthermore, a multilayer wiring layer 33 in which a plurality of layers of wirings 32 are arranged via an interlayer insulating film 31 is formed on the substrate surface 22A.
次に、図９Ａに示すように、受光面となる基板裏面２２Ｂ上に、絶縁膜本例では反射防止膜３６を形成し、この反射防止膜３６上に絶縁膜５２を形成する。この絶縁膜５２上に遮光膜材料層３９Ａを形成する。絶縁膜５２は、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜で形成することができる。絶縁膜５２の膜厚は、反射防止膜３６の膜厚より十分に厚く選定される。反射防止膜３６は屈折率の異なる複数の膜で形成され、本例では基板裏面２２Ｂ側からシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜３７、ハフニウム酸化（ＨｆＯ２）膜３８を積層した２層膜で形成する。シリコン酸化膜３７及びハフニウム酸化膜３８は、それぞれ反射防止に最適な膜厚で形成される。遮光膜材料層３９Ａは、アルミニウム（Ａｌ）あるいはタングステン（Ｗ）など遮光性、加工性に優れた材料で形成する。 Next, as shown in FIG. 9A, an insulating film is formed on the back surface 22B of the substrate serving as a light receiving surface in this example, and an insulating film 52 is formed on the antireflective film 36. A light shielding film material layer 39 </ b> A is formed on the insulating film 52. The insulating film 52 can be formed of, for example, a silicon oxide (SiO 2 ) film. The film thickness of the insulating film 52 is selected to be sufficiently thicker than the film thickness of the antireflection film 36. The antireflection film 36 is formed of a plurality of films having different refractive indexes. In this example, the antireflection film 36 is formed of a two-layer film in which a silicon oxide (SiO 2 ) film 37 and a hafnium oxide (HfO 2 ) film 38 are stacked from the substrate back surface 22B side. . Each of the silicon oxide film 37 and the hafnium oxide film 38 is formed with a film thickness optimum for preventing reflection. The light shielding film material layer 39A is formed of a material excellent in light shielding properties and workability, such as aluminum (Al) or tungsten (W).
次に、遮光膜材料層３９Ａ上に選択的にレジストマスク４７を形成する。レジストマスク４７は、フォトダイオードＰＤに対応する部分に開口を有し、各画素境界に対応する部分が残るように平面的にみて格子状に形成される。そして、図９Ｂに示すように、レジストマスク４７を介して遮光膜材料層３９Ａを選択的にエッチング除去して、各画素境界に遮光膜３９を形成する。エッチングは、ウェットエッチング、あるいはドライエッチングを用いることができる。ドライエッチングは、遮光膜３９の微細線幅が精度よく得られるので好ましい。この遮光膜材料層３９Ａの選択エッチングの際に、下地がエッチングダメージを受けても、絶縁膜５を受けることはない。 Next, a resist mask 47 is selectively formed on the light shielding film material layer 39A. The resist mask 47 has an opening in a portion corresponding to the photodiode PD, and is formed in a lattice shape in plan view so that a portion corresponding to each pixel boundary remains. Then, as shown in FIG. 9B, the light shielding film material layer 39A is selectively removed by etching through the resist mask 47 to form the light shielding film 39 at each pixel boundary. Etching can be wet etching or dry etching. Dry etching is preferable because the fine line width of the light shielding film 39 can be obtained with high accuracy. In the selective etching of the light shielding film material layer 39A, the insulating film 5 is not received even if the base is damaged by etching.
次に、図１０Ｃに示すように、遮光膜３９を含む反射防止膜上に平坦化膜４１を形成する。この平坦化膜４１は、例えば樹脂などの有機材料を塗布して形成する。 Next, as shown in FIG. 10C, a planarizing film 41 is formed on the antireflection film including the light shielding film 39. The planarizing film 41 is formed by applying an organic material such as a resin.
次に、図１０Ｄに示すように、平坦化膜４１上に、順次、例えばベイヤー配列のオンチップカラーフィルタ４２及びオンチップマイクロレンズ４３を形成する。このようにして、目的の第２実施の形態の固体撮像装置５１を得る。 Next, as illustrated in FIG. 10D, for example, an on-chip color filter 42 and an on-chip microlens 43 having a Bayer arrangement are sequentially formed on the planarization film 41. Thus, the solid-state imaging device 51 of the target second embodiment is obtained.
本実施の形態の固体撮像装置の製造方法によれば、反射防止膜３６の上に膜厚が反射防止膜３６より十分に厚い絶縁膜５２を形成した後、この絶縁膜５２上の画素境界部分に遮光膜３９を形成している。このため、遮光膜３９のエッチングによる選択加工において、下地膜にエッチングダメージが与えられても、反射防止膜３６にエッチングダメージが及ぶことがなく、最適な膜厚の反射防止膜３６を形成することができる。 According to the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present embodiment, after forming the insulating film 52 sufficiently thicker than the antireflection film 36 on the antireflection film 36, the pixel boundary portion on the insulating film 52 is formed. A light shielding film 39 is formed. For this reason, in the selective processing by etching the light shielding film 39, even if etching damage is given to the base film, the antireflection film 36 is not damaged by etching, and the antireflection film 36 having an optimum thickness is formed. Can do.
その他、第１実施の形態の固体撮像装置の製造方法で説明したと同様の効果を奏する。すなわち、半導体基板２２の受光面となる裏面２２Ｂ上に、反射防止膜３６及び絶縁膜５２を介して画素境界に対応する部分に選択的に遮光膜３９を形成するので、遮光膜３９を受光面３４に近い位置に形成することができる。遮光膜３９が受光面に近い位置に形成されることにより、オンチップマイクロレンズ４３で集光しきれない光が隣接画素へ入射することを阻止できる。また、この遮光膜３９は、Ｍｇフレアの発生要因である回折光の有効画素への入射を阻止する。平坦化膜４１を介してオンチップカラーフィルタ４２及びオンチップマイクロレンズ４３を形成するので、有効画面領域内でオンチップマイクロレンズ４３のレンズ高さを均一にすることができる。 In addition, the same effects as described in the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment can be obtained. That is, the light shielding film 39 is selectively formed on the back surface 22B, which is the light receiving surface of the semiconductor substrate 22, via the antireflection film 36 and the insulating film 52 at a portion corresponding to the pixel boundary. 34 can be formed at a position close to 34. By forming the light shielding film 39 at a position close to the light receiving surface, it is possible to prevent light that cannot be collected by the on-chip microlens 43 from entering the adjacent pixels. In addition, the light shielding film 39 prevents the diffracted light, which is a cause of Mg flare, from entering the effective pixels. Since the on-chip color filter 42 and the on-chip microlens 43 are formed through the planarization film 41, the lens height of the on-chip microlens 43 can be made uniform within the effective screen area.
さらに、本実施の形態の製造方法では、受光面３４上に最適膜厚を維持した反射防止膜３６を形成するので、より基板裏面２２Ｂの受光面３４での反射を抑制し、高感度化が図れる。従って、本製造方法は、光学混色を低減し、回折光の有効画素への入射を抑制してＭｇフレアを低減し、有効画素領域内での均一かつ高感度化を図った、より高性能の第２実施の形態の固体撮像装置を容易かつ高精度に製造することができる。 Furthermore, in the manufacturing method of the present embodiment, since the antireflection film 36 that maintains the optimum film thickness is formed on the light receiving surface 34, the reflection on the light receiving surface 34 of the back surface 22B of the substrate is further suppressed, and high sensitivity is achieved. I can plan. Therefore, this manufacturing method reduces optical color mixing, suppresses the incidence of diffracted light to effective pixels, reduces Mg flare, and achieves higher performance with uniform and high sensitivity in the effective pixel region. The solid-state imaging device of the second embodiment can be manufactured easily and with high accuracy.
上述の実施の形態の固体撮像装置２１、５１においては、集光状態に応じて遮光膜３９の開口形状を適宜選択することができる。図１１Ａ〜Ｃに、遮光膜３９の開口形状の例を示す。図１１Ａに示す遮光膜３９は、開口形状として四角形の開口３９ａを有して構成される。したがって、フォトダイオードＰＤの受光面の形状は四角形になる。四角形状の開口３９ａを有するときは、最大の感度が得られる。 In the solid-state imaging devices 21 and 51 of the above-described embodiments, the opening shape of the light shielding film 39 can be appropriately selected according to the light collection state. 11A to 11C show examples of the opening shape of the light shielding film 39. FIG. The light shielding film 39 shown in FIG. 11A has a rectangular opening 39a as an opening shape. Therefore, the shape of the light receiving surface of the photodiode PD is a quadrangle. The maximum sensitivity is obtained when the rectangular opening 39a is provided.
図１１Ｂに示す遮光膜３９は、開口形状として多角形、本例では八角形の開口３９ｂを有して構成される。したがって、フォトダイオードＰＤの受光面の形状は八角形になる。八角形状の開口３９ｂを有するときは、四角形状と比較して、対角方向のフレアを低減することができる。 The light shielding film 39 shown in FIG. 11B is configured to have a polygonal opening shape, in this example, an octagonal opening 39b. Therefore, the shape of the light receiving surface of the photodiode PD is an octagon. When the octagonal opening 39b is provided, the flare in the diagonal direction can be reduced as compared with the quadrangular shape.
図１１Ｃに示す遮光膜３９は、開口形状として円形の開口３９ｃを有して構成される。したがて、フォトダイオードＰＤの受光面の形状は円形になる。円形（図１１Ａの四角形状の内接円）の開口３９ｃを有するときは、水平と対角の中間方向に発生するフレアも低減することができる。但し、感度に関しては、図１１Ａ〜図１１Ｃのうちで一番低い。 The light shielding film 39 shown in FIG. 11C has a circular opening 39c as an opening shape. Therefore, the shape of the light receiving surface of the photodiode PD is circular. When the opening 39c having a circular shape (rectangular inscribed circle in FIG. 11A) is provided, flare generated in the middle direction between the horizontal and the diagonal can be reduced. However, the sensitivity is the lowest among FIGS. 11A to 11C.
そして、図１１Ａ〜１１Ｃのいずれの構成においても、上下左右対称の形状で、かつ半導体基板２２中に形成されたフォトダイオードＰＤの中心Ｏと遮光膜開口中心Ｏとが一致するように、画素境界の遮光膜３９が形成される。フォトダイオードＰＤの中心と遮光膜開口中心を一致させることにより、入射角度依存の対称性を保つことができ、画面全体で等方的な感度特性が得られる。 11A to 11C, the pixel boundary has a vertically and horizontally symmetrical shape, and the center O of the photodiode PD formed in the semiconductor substrate 22 and the light shielding film opening center O coincide with each other. The light shielding film 39 is formed. By making the center of the photodiode PD coincide with the center of the light shielding film opening, symmetry depending on the incident angle can be maintained, and isotropic sensitivity characteristics can be obtained over the entire screen.
＜４．第３実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１２に、本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。第３実施の形態に係る固体撮像装置５６は、半導体基板２２の画素領域２３に各フォトダイオードＰＤが形成され、周辺回路部５７にロジック回路（図示しない）が形成され、半導体基板２２の裏面２２Ｂ上に反射防止膜３６、絶縁膜５２が順に形成されて成る。
<4. Third Embodiment>
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 12 shows a third embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device of the present embodiment is a backside illumination type CMOS solid-state imaging device. In the solid-state imaging device 56 according to the third embodiment, each photodiode PD is formed in the pixel region 23 of the semiconductor substrate 22, a logic circuit (not shown) is formed in the peripheral circuit portion 57, and the back surface 22B of the semiconductor substrate 22 is formed. An antireflection film 36 and an insulating film 52 are sequentially formed thereon.
そして、本実施の形態においては、画素領域２３に対応する絶縁膜５２上に画素境界における格子状の遮光膜３９が形成されると共に、周辺回路部５７及び画素領域の光学的黒レベル領域２３Ｂに対応する絶縁膜５２上に連続した遮光膜３９が形成される。光学的黒レベル領域２３Ｂは、有効画素領域２３Ａの外周に形成される。これら画素境界の遮光膜３９と、周辺回路５７及び光学的黒レベル領域２３Ｂにわたる連続した遮光膜３９は、同材料膜で同時に形成される。画素境界における遮光膜３９と、周辺回路５７及び光学的黒レベル領域２３Ｂにわたる遮光膜３９とは、互いに連続一体に形成される。 In the present embodiment, a lattice-shaped light shielding film 39 at the pixel boundary is formed on the insulating film 52 corresponding to the pixel region 23, and the peripheral circuit portion 57 and the optical black level region 23 B of the pixel region are formed. A continuous light shielding film 39 is formed on the corresponding insulating film 52. The optical black level region 23B is formed on the outer periphery of the effective pixel region 23A. The light shielding film 39 at the pixel boundary and the continuous light shielding film 39 extending over the peripheral circuit 57 and the optical black level region 23B are simultaneously formed of the same material film. The light shielding film 39 at the pixel boundary and the light shielding film 39 extending over the peripheral circuit 57 and the optical black level region 23B are continuously and integrally formed with each other.
本実施の形態では、さらに遮光膜３９，３９を含む絶縁膜５２上に平坦化膜４１が形成され、平坦化膜４１の画素領域２３に対応する領域上にオンチップカラーフィルタ４２及びオンチップマイクロレンズ４３が形成される。周辺回路部５７においても、基板表面側に層間絶縁膜を介して複数層の配線を配置した多層配線層が形成される。
その他の構成は、第２実施の形態で説明したと同様であるので、図８と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
In the present embodiment, a planarization film 41 is further formed on the insulating film 52 including the light shielding films 39, 39, and the on-chip color filter 42 and the on-chip micro are formed on the region corresponding to the pixel region 23 of the planarization film 41. A lens 43 is formed. Also in the peripheral circuit portion 57, a multilayer wiring layer in which a plurality of layers of wiring are arranged via an interlayer insulating film is formed on the substrate surface side.
Since other configurations are the same as those described in the second embodiment, portions corresponding to those in FIG.
第３実施の形態に係る固体撮像装置５６によれば、周辺回路部５７から光学的黒レベル領域２３Ｂに連続する遮光膜３９と、画素境界における格子状の遮光膜３９を同時に形成された構成を有するので、遮光膜３９による段差が低減する。これにより、有効画素領域内でのオンチップマイクロレンズ４３のレンズ高さを揃えることができ、有効画素全体で均一な集光状態が得られる。 The solid-state imaging device 56 according to the third embodiment has a configuration in which the light shielding film 39 continuous from the peripheral circuit unit 57 to the optical black level region 23B and the lattice-shaped light shielding film 39 at the pixel boundary are formed simultaneously. Therefore, the level difference due to the light shielding film 39 is reduced. Thereby, the lens height of the on-chip microlens 43 in the effective pixel region can be made uniform, and a uniform condensing state can be obtained in the entire effective pixel.
その他、オンチップマイクロレンズ４３で集光しきれない光による隣接画素への光学混色を低減し、回折光の有効画素への入射を抑制してＭｇフレアの発生を低減するなど、第２実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。かくして第３実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置５６は、画質の向上を図ることができる。 In addition, the second embodiment is such that the optical color mixture to the adjacent pixels due to the light that cannot be condensed by the on-chip microlens 43 is reduced, the incidence of Mg flares is reduced by suppressing the incidence of the diffracted light to the effective pixels. The same effects as described in the embodiment are obtained. Thus, the backside illumination type solid-state imaging device 56 according to the third embodiment can improve the image quality.
＜５．第４実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１３に、本発明に係る固体撮像装置の第４実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図はいずれも基板表面側の一部を省略して要部の断面構造のみを示している。省略部分は図８と同じである。第４実施の形態に係る固体撮像装置５９は、半導体基板２２の画素領域２３に各フォトダイオードＰＤが形成され、周辺回路部５７にロジック回路（図示しない）が形成され、半導体基板２２の裏面２２Ｂ上に反射防止膜３６、絶縁膜５２が順に形成されて成る。
<5. Fourth Embodiment>
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 13 shows a fourth embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device of the present embodiment is a backside illumination type CMOS solid-state imaging device. In these figures, a part of the substrate surface side is omitted and only the cross-sectional structure of the main part is shown. Omitted parts are the same as in FIG. In the solid-state imaging device 59 according to the fourth embodiment, each photodiode PD is formed in the pixel region 23 of the semiconductor substrate 22, a logic circuit (not shown) is formed in the peripheral circuit portion 57, and the back surface 22B of the semiconductor substrate 22 is formed. An antireflection film 36 and an insulating film 52 are sequentially formed thereon.
画素領域２３に対応する絶縁膜５２上には、画素境界に対応して格子状の遮光膜３９が形成され、周辺回路部５７及び画素領域の光学的黒レベル領域２３Ｂに対応する絶縁膜５２上には、連続した遮光膜３９が形成される。光学的黒レベル領域２３Ｂは、有効画素領域２３Ａの外周に形成される。これら画素境界の遮光膜３９と、周辺回路５７及び光学的黒レベル領域２３Ｂにわたる連続した遮光膜３９は、同材料膜で同時に形成される。画素境界における遮光膜３９と、周辺回路５７及び光学的黒レベル領域２３Ｂにわたる遮光膜３９とは、互いに連続一体に形成される。 On the insulating film 52 corresponding to the pixel region 23, a lattice-shaped light shielding film 39 is formed corresponding to the pixel boundary, and on the insulating film 52 corresponding to the peripheral circuit portion 57 and the optical black level region 23B of the pixel region. A continuous light shielding film 39 is formed. The optical black level region 23B is formed on the outer periphery of the effective pixel region 23A. The light shielding film 39 at the pixel boundary and the continuous light shielding film 39 extending over the peripheral circuit 57 and the optical black level region 23B are simultaneously formed of the same material film. The light shielding film 39 at the pixel boundary and the light shielding film 39 extending over the peripheral circuit 57 and the optical black level region 23B are continuously and integrally formed with each other.
そして、本実施の形態においては、上記遮光膜３９が半導体基板２２のグランド（ＧＮＤ）領域、すなわち、ｐ型半導体領域による素子分離領域２７に接続される。遮光膜３９は前述したと同様に、例えばアルミニウム（Ａｌ）あるいはタングステン（Ｗ）などにより形成される。遮光膜２７は、素子分離領域２７のｐ型半導体領域に対して、図１３に示すように、例えばＴｉ、ＴｉＮなどのバリアメタル層６０を介して接続することが好ましい。遮光膜３９は、素子分離領域２７のｐ型半導体領域を通じてグランド電位（接地電位）が印加される。 In the present embodiment, the light shielding film 39 is connected to the ground (GND) region of the semiconductor substrate 22, that is, the element isolation region 27 by the p-type semiconductor region. As described above, the light shielding film 39 is formed of, for example, aluminum (Al) or tungsten (W). The light shielding film 27 is preferably connected to the p-type semiconductor region of the element isolation region 27 through a barrier metal layer 60 such as Ti or TiN as shown in FIG. A ground potential (ground potential) is applied to the light shielding film 39 through the p-type semiconductor region of the element isolation region 27.
遮光膜３９は、図１４に示すように、画素領域の光学的黒レベル領域２３Ｂより外側に位置する素子分離領域２７において、コンタクト部６１通じて接続される。 また、遮光膜３９は、有効画素領域２３Ａにおける素子分離領域２７のコンタクト部６２に接続することもできる。画素領域２３では、コンタクト部６１の形成でシリコンにダメージを与え、白点発生の原因になる可能性があるので、コンタクト部６１の形成は避けねばならない。従って、遮光膜３９の素子分離領域への接続は、光学的黒レベル領域の外側で行う方が好ましい。
その他の構成は、第２実施の形態、第３実施の形態で説明したと同様であるので、図８、図１２と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
As shown in FIG. 14, the light shielding film 39 is connected through the contact portion 61 in the element isolation region 27 located outside the optical black level region 23B of the pixel region. The light shielding film 39 can also be connected to the contact portion 62 of the element isolation region 27 in the effective pixel region 23A. In the pixel region 23, the formation of the contact portion 61 must be avoided because the formation of the contact portion 61 may damage silicon and cause white spots. Therefore, it is preferable to connect the light shielding film 39 to the element isolation region outside the optical black level region.
Since other configurations are the same as those described in the second embodiment and the third embodiment, portions corresponding to those in FIG. 8 and FIG.
第４実施の形態に係る固体撮像装置５９によれば、遮光膜３９がグランド領域である素子分離領域２７を通じて接地されることにより、遮光膜３９の電位が固定され、直下のフォトダイオードＰＤに対して悪影響を与えず、暗時ノイズを低減することができる。 According to the solid-state imaging device 59 according to the fourth embodiment, the light shielding film 39 is grounded through the element isolation region 27, which is a ground region, so that the potential of the light shielding film 39 is fixed, and the photodiode PD directly below is fixed. Thus, noise during darkness can be reduced.
その他、画素境界の遮光膜３９による隣接画素への光学混色の低減、回折光の有効画素への入射を抑制してＭｇフレア発生の低減、平坦化膜４１による有効画素領域内での均一な感度などの第２実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。また、遮光膜３９による段差が低減し、有効画素全体で均一な集光状態が得られるなど第３実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。かくして第４実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置５９は、画質の向上を図ることができる。 In addition, reduction of optical color mixture to adjacent pixels by the light shielding film 39 at the pixel boundary, reduction of Mg flare generation by suppressing incidence of diffracted light to the effective pixels, and uniform sensitivity in the effective pixel area by the planarization film 41 The same effects as described in the second embodiment are obtained. In addition, the same effect as described in the third embodiment can be obtained, for example, the level difference due to the light shielding film 39 is reduced and a uniform light collection state can be obtained in the entire effective pixel. Thus, the back-illuminated solid-state imaging device 59 according to the fourth embodiment can improve the image quality.
＜６．第５実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１５に、本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図はいずれも基板表面側の一部を省略して要部の断面構造のみを示している。省略部分は図８と同じである。第５実施の形態に係る固体撮像装置６３は、半導体基板２２の画素領域２３に各フォトダイオードＰＤ形成され、周辺回路部（図示しない）にロジック回路が形成されて成る。フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタからなる各画素は、素子分離領域２７にて分離される。フォトダイオードＰＤの受光面となる基板裏面２２Ｂ上には、反射防止膜３６及び絶縁膜５２が形成され、絶縁膜５２上の画素境界に格子状の遮光膜３９が形成される。
<6. Fifth embodiment>
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 15 shows a fifth embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device of the present embodiment is a backside illumination type CMOS solid-state imaging device. In these figures, a part of the substrate surface side is omitted and only the cross-sectional structure of the main part is shown. Omitted parts are the same as in FIG. In the solid-state imaging device 63 according to the fifth embodiment, each photodiode PD is formed in the pixel region 23 of the semiconductor substrate 22, and a logic circuit is formed in a peripheral circuit portion (not shown). Each pixel including the photodiode PD and the pixel transistor is separated in the element isolation region 27. An antireflection film 36 and an insulating film 52 are formed on the substrate back surface 22 </ b> B serving as a light receiving surface of the photodiode PD, and a lattice-shaped light shielding film 39 is formed at a pixel boundary on the insulating film 52.
そして、本実施の形態においては、各フォトダイオードＰＤの対応する上部に層内レンズ６４が形成される。層内レンズ６４は、本例では凸レンズを形成するように構成される。層内レンズ６４としては、例えば窒化膜で形成することができる。
層内レンズ６４上に例えば有機膜による平坦化膜６７が形成され、この平坦化膜６７上に順次オンチップカラーフィルタ４２及びオンチップマイクロレンズ４３が形成される。本実施の形態における層内レンズ６４は、いわばオンチップカラーフィルタ４２の下層、すなわち反射防止膜３６とオンチップカラーフィルタ４２間に形成されることになる。
その他の構成は、第２実施の形態で説明したと同様であるので、図８と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
In the present embodiment, the inner lens 64 is formed on the corresponding upper portion of each photodiode PD. The in-layer lens 64 is configured to form a convex lens in this example. The intralayer lens 64 can be formed of, for example, a nitride film.
A planarizing film 67 made of, for example, an organic film is formed on the in-layer lens 64, and the on-chip color filter 42 and the on-chip microlens 43 are sequentially formed on the planarizing film 67. In other words, the intralayer lens 64 in the present embodiment is formed below the on-chip color filter 42, that is, between the antireflection film 36 and the on-chip color filter 42.
Since other configurations are the same as those described in the second embodiment, portions corresponding to those in FIG.
第５実施の形態に係る固体撮像装置６３によれば、各フォトダイオードＰＤに対応して、反射防止膜３６とオンチップカラーフィルタ４２との間に層内レンズ６４が形成されるので、フォトダイオードＰＤへの集光効率がさらに向上する。これにより、隣接画素への光学混色をさらに低減することができる。
その他、画素境界の遮光膜３９による隣接画素への光学混色の低減、回折光の有効画素への入射を抑制してＭｇフレア発生の低減、平坦化膜４１による有効画素領域内での均一な感度などの第２実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。かくして第５実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置６３は、画質の向上を図ることができる。
According to the solid-state imaging device 63 according to the fifth embodiment, the inner lens 64 is formed between the antireflection film 36 and the on-chip color filter 42 corresponding to each photodiode PD. Condensing efficiency to PD is further improved. Thereby, the optical color mixture to an adjacent pixel can further be reduced.
In addition, reduction of optical color mixture to adjacent pixels by the light shielding film 39 at the pixel boundary, reduction of Mg flare generation by suppressing incidence of diffracted light to the effective pixels, and uniform sensitivity in the effective pixel area by the planarization film 41 The same effects as described in the second embodiment are obtained. Thus, the backside illumination type solid-state imaging device 63 according to the fifth embodiment can improve the image quality.
＜７．第６実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１６に、本発明に係る固体撮像装置の第６実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図はいずれも基板表面側の一部を省略して要部の断面構造のみを示している。省略部分は図８と同じである。第６実施の形態に係る固体撮像装置６７は、半導体基板２２の画素領域２３に各フォトダイオードＰＤ形成され、周辺回路部（図示しない）にロジック回路が形成されて成る。フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタからなる各画素は、素子分離領域２７にて分離される。フォトダイオードＰＤの受光面となる基板裏面２２Ｂ上には、反射防止膜３６及び絶縁膜５２が形成され、絶縁膜５２上の画素境界に格子状の遮光膜３９が形成される。さらに、遮光膜３９を含む絶縁膜５２上に平坦化膜４１を介して、オンチップカラーフィルタ４２及びオンチップマイクロレンズ４３が形成される。
<7. Sixth Embodiment>
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 16 shows a sixth embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device of the present embodiment is a backside illumination type CMOS solid-state imaging device. In these figures, a part of the substrate surface side is omitted and only the cross-sectional structure of the main part is shown. Omitted parts are the same as in FIG. In the solid-state imaging device 67 according to the sixth embodiment, each photodiode PD is formed in the pixel region 23 of the semiconductor substrate 22, and a logic circuit is formed in a peripheral circuit section (not shown). Each pixel including the photodiode PD and the pixel transistor is separated in the element isolation region 27. An antireflection film 36 and an insulating film 52 are formed on the substrate back surface 22 </ b> B serving as a light receiving surface of the photodiode PD, and a lattice-shaped light shielding film 39 is formed at a pixel boundary on the insulating film 52. Further, an on-chip color filter 42 and an on-chip microlens 43 are formed on the insulating film 52 including the light shielding film 39 via the planarization film 41.
そして、本実施の形態においては、各オンチップマイクロレンズ４３の表面に、レンズ面に沿うように反射防止膜６８が形成される。この反射防止膜６８としては、例えばシリコン酸化膜の一層で形成することができる。反射防止膜６８としては、その他複数層膜で形成することもできる。
その他の構成は、第２実施の形態で説明したと同様であるので、図８と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
In the present embodiment, an antireflection film 68 is formed on the surface of each on-chip microlens 43 along the lens surface. The antireflection film 68 can be formed of, for example, a single layer of a silicon oxide film. The antireflection film 68 can also be formed of other multilayer films.
Since other configurations are the same as those described in the second embodiment, portions corresponding to those in FIG.
第６実施の形態に係る固体撮像装置６７によれば、オンチップマイクロレンズ４３の表面に反射防止膜６８を形成することにより、高輝度光撮影時のオンチップマイクロレンズ４３、オンチップカラーフィルタ４２による反射率を低減することができる。従って、回折光の有効画素への入射をより低減し、Ｍｇフレアをより低減することができる。
その他、画素境界の遮光膜３９による隣接画素への光学混色の低減、回折光の有効画素への入射を抑制してＭｇフレア発生の低減、平坦化膜４１による有効画素領域内での均一な感度などの第２実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。かくして第６実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置６７は、画質の向上を図ることができる。
According to the solid-state imaging device 67 according to the sixth embodiment, by forming the antireflection film 68 on the surface of the on-chip microlens 43, the on-chip microlens 43 and the on-chip color filter 42 at the time of photographing with high luminance light. The reflectance due to can be reduced. Therefore, it is possible to further reduce the incidence of diffracted light on the effective pixels and to further reduce Mg flare.
In addition, reduction of optical color mixture to adjacent pixels by the light shielding film 39 at the pixel boundary, reduction of Mg flare generation by suppressing incidence of diffracted light to the effective pixels, and uniform sensitivity in the effective pixel area by the planarization film 41 The same effects as described in the second embodiment are obtained. Thus, the backside illumination type solid-state imaging device 67 according to the sixth embodiment can improve the image quality.
＜８．第７実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１７に、本発明に係る固体撮像装置の第７実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図はいずれも基板表面側の一部を省略して要部の断面構造のみを示している。省略部分は図８と同じである。第７実施の形態に係る固体撮像装置７１は、半導体基板２２の画素領域２３に各フォトダイオードＰＤ形成され、周辺回路部（図示しない）にロジック回路が形成されて成る。フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタからなる各画素は、素子分離領域２７にて分離される。フォトダイオードＰＤの受光面となる基板裏面２２Ｂ上には、反射防止膜３６及び絶縁膜５２が形成され、絶縁膜５２上の画素境界に格子状の遮光膜３９が形成される。さらに、遮光膜３９を含む絶縁膜５２上に平坦化膜４１を介して、オンチップカラーフィルタ４２及びオンチップマイクロレンズ４３が形成される。
<8. Seventh Embodiment>
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 17 shows a seventh embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device of the present embodiment is a backside illumination type CMOS solid-state imaging device. In these figures, a part of the substrate surface side is omitted and only the cross-sectional structure of the main part is shown. Omitted parts are the same as in FIG. In the solid-state imaging device 71 according to the seventh embodiment, each photodiode PD is formed in the pixel region 23 of the semiconductor substrate 22, and a logic circuit is formed in a peripheral circuit portion (not shown). Each pixel including the photodiode PD and the pixel transistor is separated in the element isolation region 27. An antireflection film 36 and an insulating film 52 are formed on the substrate back surface 22 </ b> B serving as a light receiving surface of the photodiode PD, and a lattice-shaped light shielding film 39 is formed at a pixel boundary on the insulating film 52. Further, an on-chip color filter 42 and an on-chip microlens 43 are formed on the insulating film 52 including the light shielding film 39 via the planarization film 41.
そして、本実施の形態においては、各オンチップマイクロレンズ４３上に一様に連続する透明な平坦化膜７２が形成される。この平坦化膜７２は、オンチップマイクロレンズ４３より屈折率の低い材料膜、例えば樹脂などの有機膜で形成される。
その他の構成は、第２実施の形態で説明したと同様であるので、図８と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
In this embodiment, a transparent flattening film 72 that is uniformly continuous is formed on each on-chip microlens 43. The planarizing film 72 is formed of a material film having a refractive index lower than that of the on-chip microlens 43, for example, an organic film such as a resin.
Since other configurations are the same as those described in the second embodiment, portions corresponding to those in FIG.
第７実施の形態に係る固体撮像装置７１によれば、各オンチップマイクロレンズ４３上に一様に連続する平坦化膜７２が形成されるので、高輝度光源撮影時のオンチップマイクロレンズ４３、オンチップカラーフィルタ４２による回折現象を抑制することができる。従って、回折光の有効画素への入射を抑制し、Ｍｇフレアをより低減することができる。
その他、画素境界の遮光膜３９による隣接画素への光学混色の低減、回折光の有効画素への入射を抑制してＭｇフレア発生の低減、平坦化膜４１による有効画素領域内での均一な感度などの第２実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。かくして第７実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置７１は、画質の向上を図ることができる。
According to the solid-state imaging device 71 according to the seventh embodiment, since the flattening film 72 that is uniformly continuous is formed on each on-chip microlens 43, the on-chip microlens 43 during high-intensity light source photography, The diffraction phenomenon by the on-chip color filter 42 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the incidence of diffracted light on the effective pixel and to further reduce Mg flare.
In addition, reduction of optical color mixture to adjacent pixels by the light shielding film 39 at the pixel boundary, reduction of Mg flare generation by suppressing incidence of diffracted light to the effective pixels, and uniform sensitivity in the effective pixel area by the planarization film 41 The same effects as described in the second embodiment are obtained. Thus, the backside illumination type solid-state imaging device 71 according to the seventh embodiment can improve the image quality.
＜９．第８実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１８に、本発明に係る固体撮像装置の第８実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図はいずれも基板表面側の一部を省略して要部の断面構造のみを示している。省略部分は図８と同じである。第８実施の形態に係る固体撮像装置７４は、半導体基板２２の画素領域２３に各フォトダイオードＰＤ形成され、周辺回路部（図示しない）にロジック回路が形成されて成る。フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタからなる各画素は、素子分離領域２７にて分離される。フォトダイオードＰＤの受光面となる基板裏面２２Ｂ上には、反射防止膜３６及び絶縁膜５２が形成され、絶縁膜５２上の画素境界に格子状の遮光膜３９が形成される。さらに、遮光膜３９を含む絶縁膜５２上に平坦化膜４１を介して、オンチップカラーフィルタ４２及びオンチップマイクロレンズ７５が形成される。
<9. Eighth Embodiment>
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 18 shows an eighth embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device of the present embodiment is a backside illumination type CMOS solid-state imaging device. In these figures, a part of the substrate surface side is omitted and only the cross-sectional structure of the main part is shown. Omitted parts are the same as in FIG. In the solid-state imaging device 74 according to the eighth embodiment, each photodiode PD is formed in the pixel region 23 of the semiconductor substrate 22, and a logic circuit is formed in a peripheral circuit section (not shown). Each pixel including the photodiode PD and the pixel transistor is separated in the element isolation region 27. An antireflection film 36 and an insulating film 52 are formed on the substrate back surface 22 </ b> B serving as a light receiving surface of the photodiode PD, and a lattice-shaped light shielding film 39 is formed at a pixel boundary on the insulating film 52. Further, the on-chip color filter 42 and the on-chip microlens 75 are formed on the insulating film 52 including the light shielding film 39 via the planarizing film 41.
そして、本実施の形態においては、オンチップマイクロレンズ７５を矩形レンズで形成し、かつ各矩形のオンチップマイクロレンズ７５上に一様に連続する透明な平坦化膜７２が形成される。この平坦化膜７２は、オンチップマイクロレンズ４３より屈折率の低い材料膜、例えば樹脂などの有機膜で形成される。
その他の構成は、第２実施の形態で説明したと同様であるので、図８と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
In the present embodiment, the on-chip microlens 75 is formed of a rectangular lens, and the transparent flattening film 72 that is uniformly continuous is formed on each rectangular on-chip microlens 75. The planarizing film 72 is formed of a material film having a refractive index lower than that of the on-chip microlens 43, for example, an organic film such as a resin.
Since other configurations are the same as those described in the second embodiment, portions corresponding to those in FIG.
第８実施の形態に係る固体撮像素子７４によれば、各オンチップマイクロレンズ７５上に一様に連続する平坦化膜７２が形成されるので、高輝度光源撮影時のオンチップマイクロレンズ７５、オンチップカラーフィルタ４２による回折現象を抑制することができる。従って、回折光の有効画素への入射を抑制し、Ｍｇフレアをより低減することができる。また、オンチップマイクロレンズ７５が矩形レンズで形成されるので、レンズ高さを大きくすることが可能になり、オンチップマイクロレンズの集光能力を大幅に向上させることが可能になる。
その他、画素境界の遮光膜３９による隣接画素への光学混色の低減、回折光の有効画素への入射を抑制してＭｇフレア発生の低減、平坦化膜４１による有効画素領域内での均一な感度などの第２実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。かくして第８実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置７４は、画質の向上を図ることができる。
According to the solid-state imaging device 74 according to the eighth embodiment, since the flattening film 72 that is uniformly continuous is formed on each on-chip microlens 75, the on-chip microlens 75 at the time of photographing with a high-intensity light source, The diffraction phenomenon by the on-chip color filter 42 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the incidence of diffracted light on the effective pixel and to further reduce Mg flare. In addition, since the on-chip microlens 75 is formed of a rectangular lens, the lens height can be increased, and the light collecting ability of the on-chip microlens can be greatly improved.
In addition, reduction of optical color mixture to adjacent pixels by the light shielding film 39 at the pixel boundary, reduction of Mg flare generation by suppressing incidence of diffracted light to the effective pixels, and uniform sensitivity in the effective pixel area by the planarization film 41 The same effects as described in the second embodiment are obtained. Thus, the backside illumination type solid-state imaging device 74 according to the eighth embodiment can improve the image quality.
＜１０．第９実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１９に、本発明に係る固体撮像装置の第９実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図はいずれも基板表面側の一部を省略して要部の断面構造のみを示している。省略部分は図８と同じである。第９実施の形態に係る固体撮像装置７７は、半導体基板２２の画素領域２３に各フォトダイオードＰＤ形成され、周辺回路部（図示しない）にロジック回路が形成されて成る。フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタからなる各画素は、素子分離領域２７にて分離される。フォトダイオードＰＤの受光面となる基板裏面２２Ｂ上には、反射防止膜３６及び絶縁膜５２が形成され、絶縁膜５２上の画素境界に格子状の遮光膜３９が形成される。
<10. Ninth Embodiment>
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 19 shows a ninth embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device of the present embodiment is a backside illumination type CMOS solid-state imaging device. In these figures, a part of the substrate surface side is omitted and only the cross-sectional structure of the main part is shown. Omitted parts are the same as in FIG. In the solid-state imaging device 77 according to the ninth embodiment, each photodiode PD is formed in the pixel region 23 of the semiconductor substrate 22, and a logic circuit is formed in a peripheral circuit portion (not shown). Each pixel including the photodiode PD and the pixel transistor is separated in the element isolation region 27. An antireflection film 36 and an insulating film 52 are formed on the substrate back surface 22 </ b> B serving as a light receiving surface of the photodiode PD, and a lattice-shaped light shielding film 39 is formed at a pixel boundary on the insulating film 52.
そして、本実施の形態においては、平坦化膜４１を省略し、遮光膜３９を含む反射防止膜３６上に直接、オンチップカラーフィルタ４２が形成され、その上にオンチップマイクロレンズ４３が形成される。オンチップカラーフィルタ４２の各色フィルタは、一部遮光膜３９間に形成される。
その他の構成は、第２実施の形態で説明したと同様であるので、図８と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
In this embodiment, the planarization film 41 is omitted, the on-chip color filter 42 is formed directly on the antireflection film 36 including the light shielding film 39, and the on-chip microlens 43 is formed thereon. The Each color filter of the on-chip color filter 42 is partially formed between the light shielding films 39.
Since other configurations are the same as those described in the second embodiment, portions corresponding to those in FIG.
第９実施の形態に係る固体撮像装置７７によれば、遮光膜３９を含む反射防止膜３６上に直接オンチップカラーフィルタ４２が形成されるので、感度が上がり、光学混色、およびＭｇフレアが低減する。
その他、画素境界の遮光膜３９による隣接画素への光学混色の低減、回折光の有効画素への入射を抑制してＭｇフレア発生の低減、平坦化膜４１による有効画素領域内での均一な感度などの第２実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。かくして第９実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置７７は、画質の向上を図ることができる。
According to the solid-state imaging device 77 according to the ninth embodiment, since the on-chip color filter 42 is formed directly on the antireflection film 36 including the light shielding film 39, sensitivity is increased, optical color mixing, and Mg flare are reduced. To do.
In addition, reduction of optical color mixture to adjacent pixels by the light shielding film 39 at the pixel boundary, reduction of Mg flare generation by suppressing incidence of diffracted light to the effective pixels, and uniform sensitivity in the effective pixel area by the planarization film 41 The same effects as described in the second embodiment are obtained. Thus, the backside illumination type solid-state imaging device 77 according to the ninth embodiment can improve the image quality.
＜１１．第１０実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２０に、本発明に係る固体撮像装置の第１０実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図はいずれも基板表面側の一部を省略して要部の断面構造のみを示している。省略部分は図８と同じである。第１０実施の形態に係る固体撮像装置７９は、前述の第６実施の形態（図１６参照）において、画素境界の遮光膜３９を省略した構成である。なお周辺回路部及び光学的黒レベル領域は、従来例どおり、遮光する。
<11. 10th Embodiment>
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 20 shows a tenth embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device of the present embodiment is a backside illumination type CMOS solid-state imaging device. In these figures, a part of the substrate surface side is omitted and only the cross-sectional structure of the main part is shown. Omitted parts are the same as in FIG. The solid-state imaging device 79 according to the tenth embodiment has a configuration in which the light shielding film 39 at the pixel boundary is omitted from the above-described sixth embodiment (see FIG. 16). The peripheral circuit portion and the optical black level region are shielded from light as in the conventional example.
すなわち、本実施の形態の固体撮像装置７９は、半導体基板２２の画素領域２３に各フォトダイオードＰＤ形成され、周辺回路部（図示しない）にロジック回路が形成されて成る。フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタからなる各画素は、素子分離領域２７にて分離される。フォトダイオードＰＤの受光面となる基板裏面２２Ｂ上には、反射防止膜３６及び絶縁膜５２が形成され、絶縁膜５２上に平坦化膜４１を介して、オンチップカラーフィルタ４２及びオンチップマイクロレンズ４３が形成される。 That is, the solid-state imaging device 79 of the present embodiment is formed by forming each photodiode PD in the pixel region 23 of the semiconductor substrate 22 and forming a logic circuit in a peripheral circuit section (not shown). Each pixel including the photodiode PD and the pixel transistor is separated in the element isolation region 27. An antireflection film 36 and an insulating film 52 are formed on the back surface 22B of the substrate serving as the light receiving surface of the photodiode PD, and the on-chip color filter 42 and the on-chip microlens are disposed on the insulating film 52 via the planarizing film 41. 43 is formed.
さらに、本実施の形態では、各オンチップマイクロレンズ４３の表面に、レンズ面に沿うように反射防止膜６８が形成される。この反射防止膜６８としては、例えばシリコン酸化膜の一層で形成することができる。反射防止膜６８としては、その他複数層膜で形成することもできる。
その他の構成は、第２実施の形態で説明したと同様であるので、図８と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
Furthermore, in the present embodiment, an antireflection film 68 is formed on the surface of each on-chip microlens 43 so as to follow the lens surface. The antireflection film 68 can be formed of, for example, a single layer of a silicon oxide film. The antireflection film 68 can also be formed of other multilayer films.
Since other configurations are the same as those described in the second embodiment, portions corresponding to those in FIG.
第１０実施の形態に係る固体撮像装置７９によれば、オンチップマイクロレンズ４３の表面に反射防止膜６８を形成することにより、高輝度光撮影時のオンチップマイクロレンズ４３、オンチップカラーフィルタ４２による反射率を低減することができる。従って、回折光の有効画素への入射をより低減し、Ｍｇフレアをより低減することができる。かくして第１０実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置７９は、画質の向上を図ることができる。 According to the solid-state imaging device 79 according to the tenth embodiment, the anti-reflection film 68 is formed on the surface of the on-chip microlens 43, so that the on-chip microlens 43 and the on-chip color filter 42 at the time of photographing with high luminance light. The reflectance due to can be reduced. Therefore, it is possible to further reduce the incidence of diffracted light on the effective pixels and to further reduce Mg flare. Thus, the backside illumination type solid-state imaging device 79 according to the tenth embodiment can improve the image quality.
＜１２．第１１実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２１に、本発明に係る固体撮像装置の第１１実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図はいずれも基板表面側の一部を省略して要部の断面構造のみを示している。省略部分は図８と同じである。第１１実施の形態に係る固体撮像装置８１は、前述の第７実施の形態（図１７参照）において、画素境界の遮光膜３９を省略した構成である。なお周辺回路部及び光学的黒レベル領域は、従来例どおり、遮光する。
<12. Eleventh embodiment>
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 21 shows an eleventh embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device of the present embodiment is a backside illumination type CMOS solid-state imaging device. In these figures, a part of the substrate surface side is omitted and only the cross-sectional structure of the main part is shown. Omitted parts are the same as in FIG. The solid-state imaging device 81 according to the eleventh embodiment has a configuration in which the light shielding film 39 at the pixel boundary is omitted from the above-described seventh embodiment (see FIG. 17). The peripheral circuit portion and the optical black level region are shielded from light as in the conventional example.
すなわち、本実施の形態の固体撮像装置８１は、半導体基板２２の画素領域２３に各フォトダイオードＰＤ形成され、周辺回路部（図示しない）にロジック回路が形成されて成る。フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタからなる各画素は、素子分離領域２７にて分離される。フォトダイオードＰＤの受光面となる基板裏面２２Ｂ上には、反射防止膜３６及び絶縁膜５２が形成され、絶縁膜５２上に平坦化膜４１を介して、オンチップカラーフィルタ４２及びオンチップマイクロレンズ４３が形成される。 That is, the solid-state imaging device 81 according to the present embodiment is formed by forming each photodiode PD in the pixel region 23 of the semiconductor substrate 22 and forming a logic circuit in a peripheral circuit portion (not shown). Each pixel including the photodiode PD and the pixel transistor is separated in the element isolation region 27. An antireflection film 36 and an insulating film 52 are formed on the back surface 22B of the substrate serving as the light receiving surface of the photodiode PD, and the on-chip color filter 42 and the on-chip microlens are disposed on the insulating film 52 via the planarizing film 41. 43 is formed.
さらに、本実施の形態では、各オンチップマイクロレンズ４３上に一様に連続する透明な平坦化膜７２が形成される。この平坦化膜７２は、オンチップマイクロレンズ４３より屈折率の低い材料膜、例えば樹脂などの有機膜で形成される。
その他の構成は、第２実施の形態で説明したと同様であるので、図８と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
Furthermore, in this embodiment, a transparent flattening film 72 that is uniformly continuous is formed on each on-chip microlens 43. The planarizing film 72 is formed of a material film having a refractive index lower than that of the on-chip microlens 43, for example, an organic film such as a resin.
Since other configurations are the same as those described in the second embodiment, portions corresponding to those in FIG.
第１１実施の形態に係る固体撮像装置８１によれば、各オンチップマイクロレンズ４３上に一様に連続する平坦化膜７２が形成されるので、高輝度光源撮影時のオンチップマイクロレンズ４３、オンチップカラーフィルタ４２による回折現象を抑制することができる。従って、回折光の有効画素への入射を抑制し、Ｍｇフレアをより低減することができる。
かくして第１１実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置８１は、画質の向上を図ることができる。
According to the solid-state imaging device 81 according to the eleventh embodiment, since the flattening film 72 that is uniformly continuous is formed on each on-chip microlens 43, the on-chip microlens 43 during high-intensity light source photography, The diffraction phenomenon by the on-chip color filter 42 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the incidence of diffracted light on the effective pixel and to further reduce Mg flare.
Thus, the backside illumination type solid-state imaging device 81 according to the eleventh embodiment can improve the image quality.
＜１３．第１２実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２２に、本発明に係る固体撮像装置の第１２実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。同図はいずれも基板表面側の一部を省略して要部の断面構造のみを示している。省略部分は図８と同じである。第１２実施の形態に係る固体撮像装置８３は、前述の第８実施の形態（図１８参照）において、画素境界の遮光膜３９を省略した構成である。なお周辺回路部及び光学的黒レベル領域は、従来例どおり、遮光する。
<13. Twelfth Embodiment>
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 22 shows a twelfth embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device of the present embodiment is a backside illumination type CMOS solid-state imaging device. In these figures, a part of the substrate surface side is omitted and only the cross-sectional structure of the main part is shown. Omitted parts are the same as in FIG. The solid-state imaging device 83 according to the twelfth embodiment has a configuration in which the light shielding film 39 at the pixel boundary is omitted from the above-described eighth embodiment (see FIG. 18). The peripheral circuit portion and the optical black level region are shielded from light as in the conventional example.
すなわち、本実施の形態の固体撮像装置８１は、半導体基板２２の画素領域２３に各フォトダイオードＰＤ形成され、周辺回路部（図示しない）にロジック回路が形成されて成る。フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタからなる各画素は、素子分離領域２７にて分離される。フォトダイオードＰＤの受光面となる基板裏面２２Ｂ上には、反射防止膜３６及び絶縁膜５２が形成され、絶縁膜５２上に平坦化膜４１を介して、オンチップカラーフィルタ４２及びオンチップマイクロレンズ７５が形成される。 That is, the solid-state imaging device 81 according to the present embodiment is formed by forming each photodiode PD in the pixel region 23 of the semiconductor substrate 22 and forming a logic circuit in a peripheral circuit portion (not shown). Each pixel including the photodiode PD and the pixel transistor is separated in the element isolation region 27. An antireflection film 36 and an insulating film 52 are formed on the back surface 22B of the substrate serving as the light receiving surface of the photodiode PD, and the on-chip color filter 42 and the on-chip microlens are disposed on the insulating film 52 via the planarizing film 41. 75 is formed.
本実施の形態では、オンチップマイクロレンズ７５を矩形レンズで形成し、かつ各矩形のオンチップマイクロレンズ７５上に一様に連続する透明な平坦化膜７２が形成される。この平坦化膜７２は、オンチップマイクロレンズ４３より屈折率の低い材料膜、例えば樹脂などの有機膜で形成される。
その他の構成は、第２実施の形態で説明したと同様であるので、図８と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
In the present embodiment, the on-chip microlens 75 is formed of a rectangular lens, and the transparent flattening film 72 that is uniformly continuous is formed on each rectangular on-chip microlens 75. The planarizing film 72 is formed of a material film having a refractive index lower than that of the on-chip microlens 43, for example, an organic film such as a resin.
Since other configurations are the same as those described in the second embodiment, portions corresponding to those in FIG.
第１２実施の形態に係る固体撮像装置８３によれば、各オンチップマイクロレンズ７５上に一様に連続する平坦化膜７２が形成されるので、高輝度光源撮影時のオンチップマイクロレンズ７５、オンチップカラーフィルタ４２による回折現象を抑制することができる。従って、回折光の有効画素への入射を抑制し、Ｍｇフレアをより低減することができる。また、オンチップマイクロレンズ７５が矩形レンズで形成されるので、レンズ高さを大きくすることが可能になり、オンチップマイクロレンズの集光能力を大幅に向上させることが可能になる。かくして第１２実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置７４は、画質の向上を図ることができる。 According to the solid-state imaging device 83 according to the twelfth embodiment, since the flattening film 72 that is uniformly continuous is formed on each on-chip microlens 75, the on-chip microlens 75 during high-intensity light source photography, The diffraction phenomenon by the on-chip color filter 42 can be suppressed. Therefore, it is possible to suppress the incidence of diffracted light on the effective pixel and to further reduce Mg flare. In addition, since the on-chip microlens 75 is formed of a rectangular lens, the lens height can be increased, and the light collecting ability of the on-chip microlens can be greatly improved. Thus, the backside illumination type solid-state imaging device 74 according to the twelfth embodiment can improve the image quality.
上述の第３実施の形態〜第１２実施の形態において、第１実施の形態と同様に、絶縁膜５２を省略した構成とすることも可能である。また、第１実施の形態〜第１２実施の形態における特徴的構成を、相互に組み合わせた構成とすることも可能である。 In the third to twelfth embodiments, the insulating film 52 may be omitted as in the first embodiment. The characteristic configurations in the first to twelfth embodiments may be combined with each other.
＜１４．第１３実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２３に、本発明に係る固体撮像装置の第１３実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。第１３実施の形態に係る固体撮像装置８５は、例えばシリコンによる半導体基板２２に複数の画素が配列された画素領域（いわゆる撮像領域）２３と、図示しないが画素領域２３の周辺に配置された周辺回路部を形成して構成される。単位画素２４は、光電変換部となるフォトダイオードＰＤと複数の画素トランジスタＴｒとから構成される。フォトダイオードＰＤは、半導体基板２２の厚み方向の全域にわたるように形成され、第１導電型、本例ではｎ型半導体領域２５と基板の表裏両面に臨むように第２導電型、本例ではｐ型半導体領域２６とによるｐｎ接合型のフォトダイオードとして構成される。基板の表裏両面に臨むｐ型半導体領域は、暗電流抑制のための正孔電荷蓄積領域を兼ねている。
<14. Thirteenth Embodiment>
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 23 shows a thirteenth embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device of this embodiment is a surface irradiation type CMOS solid-state imaging device. The solid-state imaging device 85 according to the thirteenth embodiment includes, for example, a pixel region (so-called imaging region) 23 in which a plurality of pixels are arranged on a semiconductor substrate 22 made of silicon, and a periphery that is arranged around the pixel region 23 (not shown). A circuit part is formed and configured. The unit pixel 24 includes a photodiode PD serving as a photoelectric conversion unit and a plurality of pixel transistors Tr. The photodiode PD is formed so as to extend over the entire thickness direction of the semiconductor substrate 22, and in the first conductivity type, in this example, the n-type semiconductor region 25 and the second conductivity type so as to face both the front and back surfaces of the substrate, in this example, p. It is configured as a pn junction type photodiode with the type semiconductor region 26. The p-type semiconductor regions facing both the front and back surfaces of the substrate also serve as hole charge accumulation regions for dark current suppression.
フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタＴｒからなる各画素２４は、素子分離領域２７により分離される。素子分離領域２７は、ｐ型半導体領域で形成され、例えば接地される。画素トランジスタＴｒは、半導体基板２２の表面２２Ａ側に形成したｐ型半導体ウェル領域２８に、図示しないがｎ型のソース領域及びドレイン領域を形成し、両領域間の基板表面にゲート絶縁膜を介してゲート電極２９を形成して構成される。同図においては、複数の画素トランジスタを１つの画素トランジスタＴｒで代表して示すとともに、ゲート電極２９で模式的に表している。 Each pixel 24 including the photodiode PD and the pixel transistor Tr is separated by an element isolation region 27. The element isolation region 27 is formed of a p-type semiconductor region and is grounded, for example. In the pixel transistor Tr, an n-type source region and drain region (not shown) are formed in a p-type semiconductor well region 28 formed on the surface 22A side of the semiconductor substrate 22, and a gate insulating film is formed on the substrate surface between both regions. The gate electrode 29 is formed. In the figure, a plurality of pixel transistors are representatively represented by one pixel transistor Tr and are schematically represented by a gate electrode 29.
本実施の形態では、画素トランジスタＴｒが形成された半導体基板２２の受光面となる表面２２Ａ上に、例えばシリコン酸化膜などの絶縁膜による平坦化膜８６を介して、絶縁膜が形成される。この絶縁膜は、本例では反射防止膜３６で形成される。反射防止膜３６は、屈折率の異なる複数層膜で形成され、本例ではハフニウム酸化（ＨｆＯ２）膜３７とシリコン酸化膜３８の２層膜で形成される。 In the present embodiment, an insulating film is formed on the surface 22A serving as the light receiving surface of the semiconductor substrate 22 on which the pixel transistor Tr is formed via a planarizing film 86 made of an insulating film such as a silicon oxide film. This insulating film is formed of an antireflection film 36 in this example. The antireflection film 36 is formed of a multilayer film having different refractive indexes. In this example, the antireflection film 36 is formed of a two-layer film of a hafnium oxide (HfO 2) film 37 and a silicon oxide film 38.
さらに、この反射防止膜３６上の画素境界には、遮光膜３９が形成される。この遮光膜３９は、前述と同様に、光を遮光する材料であれば良いが、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）あるいはタングステン（Ｗ）の膜で形成することが好ましい。遮光膜３９は、例えばポリシリコンで形成することもできる。 Further, a light shielding film 39 is formed at the pixel boundary on the antireflection film 36. The light-shielding film 39 may be any material that shields light as described above. However, as a material having a strong light-shielding property and capable of being precisely processed by microfabrication, for example, etching, a metal such as aluminum (Al) or tungsten. It is preferable to form with the film of (W). The light shielding film 39 can also be formed of polysilicon, for example.
遮光膜３９を含む反射防止膜３６上には、層間絶縁膜３１を介して複数層の配線３２を配置してなる、いわゆる多層配線層３３が形成される。多層配線層３３上には、平坦化膜８６を介して順次オンチップカラーフィルタ４２及びその上のオンチップマイクロレンズ４３が形成される。光Ｌは、基板表面２２Ａ側から入射され、オンチップマイクロレンズ４３で集光されて各フォトダイオードＰＤに受光される。 On the antireflection film 36 including the light shielding film 39, a so-called multilayer wiring layer 33 is formed, in which a plurality of layers of wirings 32 are arranged via an interlayer insulating film 31. On the multilayer wiring layer 33, an on-chip color filter 42 and an on-chip microlens 43 thereon are sequentially formed via a planarizing film 86. The light L is incident from the substrate surface 22A side, collected by the on-chip microlens 43, and received by each photodiode PD.
第１３実施の形態に係る表面照射型の固体撮像装置８５によれば、受光面３４に極めて近い画素境界に遮光膜３９が形成されているので、オンチップマイクロレンズ４３で集光しきれないで隣接画素側に向かう光が遮光される。すなわち、画素境界の遮光膜３９により、隣接画素への光入射を防ぐことができ、光学混色を低減することができる。かくして第１３実施の形態の固体撮像装置８５は、画質を向上することができる。 According to the surface irradiation type solid-state imaging device 85 according to the thirteenth embodiment, since the light shielding film 39 is formed at the pixel boundary very close to the light receiving surface 34, the on-chip microlens 43 cannot completely collect the light. Light traveling toward the adjacent pixel is blocked. That is, the light shielding film 39 at the pixel boundary can prevent light from entering adjacent pixels and reduce optical color mixing. Thus, the solid-state imaging device 85 of the thirteenth embodiment can improve the image quality.
＜１５．第１４実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２４に、本発明に係る固体撮像装置の第１４実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置である。第１４実施の形態に係る固体撮像装置８９は、第１３実施の形態と同様に、例えばシリコンによる半導体基板２２に複数の画素が配列された画素領域（いわゆる撮像領域）２３と、図示しないが画素領域２３の周辺に配置された周辺回路部を形成して構成される。周辺回路部にはロジック回路が形成される。単位画素２４は、光電変換部となるフォトダイオードＰＤと複数の画素トランジスタＴｒとから構成される。フォトダイオードＰＤは、半導体基板２２の厚み方向の全域にわたるように形成され、第１導電型、本例ではｎ型半導体領域２５と基板の表裏両面に臨むように第２導電型、本例ではｐ型半導体領域２６とによるｐｎ接合型のフォトダイオードとして構成される。基板の表裏両面に臨むｐ型半導体領域は、暗電流抑制のための正孔電荷蓄積領域を兼ねている。
<15. 14th Embodiment>
[Configuration example of solid-state imaging device]
FIG. 24 shows a fourteenth embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device of this embodiment is a surface irradiation type CMOS solid-state imaging device. Similarly to the thirteenth embodiment, the solid-state imaging device 89 according to the fourteenth embodiment includes, for example, a pixel region (so-called imaging region) 23 in which a plurality of pixels are arranged on a semiconductor substrate 22 made of silicon, and a pixel (not shown). A peripheral circuit portion disposed around the region 23 is formed and configured. A logic circuit is formed in the peripheral circuit portion. The unit pixel 24 includes a photodiode PD serving as a photoelectric conversion unit and a plurality of pixel transistors Tr. The photodiode PD is formed so as to extend over the entire thickness direction of the semiconductor substrate 22, and in the first conductivity type, in this example, the n-type semiconductor region 25 and the second conductivity type so as to face both the front and back surfaces of the substrate, in this example, p. It is configured as a pn junction type photodiode with the type semiconductor region 26. The p-type semiconductor regions facing both the front and back surfaces of the substrate also serve as hole charge accumulation regions for dark current suppression.
フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタＴｒからなる各画素２４は、素子分離領域２７により分離される。素子分離領域２７は、ｐ型半導体領域で形成され、例えば接地される。画素トランジスタＴｒは、半導体基板２２の表面２２Ａ側に形成したｐ型半導体ウェル領域２８に、図示しないがｎ型のソース領域及びドレイン領域を形成し、両領域間の基板表面にゲート絶縁膜を介してゲート電極２９を形成して構成される。同図においては、複数の画素トランジスタを１つの画素トランジスタＴｒで代表して示すとともに、ゲート電極２９で模式的に表している。 Each pixel 24 including the photodiode PD and the pixel transistor Tr is separated by an element isolation region 27. The element isolation region 27 is formed of a p-type semiconductor region and is grounded, for example. In the pixel transistor Tr, an n-type source region and drain region (not shown) are formed in a p-type semiconductor well region 28 formed on the surface 22A side of the semiconductor substrate 22, and a gate insulating film is formed on the substrate surface between both regions. The gate electrode 29 is formed. In the figure, a plurality of pixel transistors are representatively represented by one pixel transistor Tr and are schematically represented by a gate electrode 29.
本実施の形態では、画素トランジスタＴｒが形成された半導体基板２２の受光面となる表面２２Ａ上に、例えばシリコン酸化膜などの絶縁膜による平坦化膜８６を介して、絶縁膜が形成される。この絶縁膜は、本例では反射防止膜３６で形成される。反射防止膜３６は、屈折率の異なる複数層膜で形成され、本例ではハフニウム酸化（ＨｆＯ２）膜３７とシリコン酸化膜３８の２層膜で形成される。 In the present embodiment, an insulating film is formed on the surface 22A serving as the light receiving surface of the semiconductor substrate 22 on which the pixel transistor Tr is formed via a planarizing film 86 made of an insulating film such as a silicon oxide film. This insulating film is formed of an antireflection film 36 in this example. The antireflection film 36 is formed of a multilayer film having different refractive indexes. In this example, the antireflection film 36 is formed of a two-layer film of a hafnium oxide (HfO 2) film 37 and a silicon oxide film 38.
さらに、この反射防止膜３６上に絶縁膜５２が形成され、この絶縁膜５２上の画素境界に遮光膜３９が形成される。絶縁膜５２は、その膜種、膜厚が光学的に適切な値に設定される。絶縁膜５２としては、例えばシリコン酸化膜で形成することができ、その膜厚が少なくとも反射防止膜３６の膜厚より十分に厚く設定される。遮光膜３９は、光を遮光する材料であれば良いが、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）あるいはタングステン（Ｗ）の膜で形成することが好ましい。遮光膜３９は、例えばポリシリコンで形成することもできる。 Further, an insulating film 52 is formed on the antireflection film 36, and a light shielding film 39 is formed at the pixel boundary on the insulating film 52. The insulating film 52 has an optically appropriate value for the film type and film thickness. The insulating film 52 can be formed of, for example, a silicon oxide film, and its film thickness is set to be sufficiently thicker than at least the film thickness of the antireflection film 36. The light-shielding film 39 may be any material that shields light, but a material such as aluminum (Al) or tungsten (W) is used as a material that has a strong light-shielding property and can be processed with high precision by fine processing, for example, etching. It is preferable to form. The light shielding film 39 can also be formed of polysilicon, for example.
遮光膜３９を含む絶縁膜５２上には、層間絶縁膜３１を介して複数層の配線３２を配置してなる、いわゆる多層配線層３３が形成される。多層配線層３３上には、平坦化膜８６を介して順次オンチップカラーフィルタ４２及びその上のオンチップマイクロレンズ４３が形成される。光Ｌは、基板表面２２Ａ側から入射され、オンチップマイクロレンズ４３で集光されて各フォトダイオードＰＤに受光される。 On the insulating film 52 including the light shielding film 39, a so-called multilayer wiring layer 33 is formed, in which a plurality of layers of wirings 32 are arranged with an interlayer insulating film 31 interposed therebetween. On the multilayer wiring layer 33, an on-chip color filter 42 and an on-chip microlens 43 thereon are sequentially formed via a planarizing film 86. The light L is incident from the substrate surface 22A side, collected by the on-chip microlens 43, and received by each photodiode PD.
第１４実施の形態に係る表面照射型の固体撮像装置８９によれば、反射防止膜３９上に膜厚が反射防止膜３６より厚い絶縁膜５２を形成し、この絶縁膜５２上の画素境界に対応する部分に遮光膜３６が形成されるので、最適な反射防止膜３６が維持される。すなわち、遮光膜３６の形成は、全面に遮光膜材料層を成膜した後、選択エッチングにより、パターニングされる。この選択エッチングにおいて、下地がエッチングダメージを受けても、ダメージを受けるのは絶縁膜５２であり、反射防止膜３６は何ら影響を受けない。 According to the surface irradiation type solid-state imaging device 89 according to the fourteenth embodiment, the insulating film 52 having a thickness larger than that of the antireflection film 36 is formed on the antireflection film 39, and the pixel boundary on the insulating film 52 is formed. Since the light shielding film 36 is formed in the corresponding portion, the optimum antireflection film 36 is maintained. That is, the light shielding film 36 is patterned by selective etching after a light shielding film material layer is formed on the entire surface. In this selective etching, even if the base is damaged by etching, it is the insulating film 52 that is damaged, and the antireflection film 36 is not affected at all.
そして、第１３実施の形態と同様に、受光面８７に極めて近い画素境界に遮光膜３９が形成されているので、オンチップマイクロレンズ４３で集光しきれないで隣接画素側に向かう光が遮光される。すなわち、画素境界の遮光膜３９により、隣接画素への光入射を防ぐことができ、光学混色を低減することができる。かくして第１４実施の形態の固体撮像装置８５は、画質を向上することができる。 As in the thirteenth embodiment, since the light shielding film 39 is formed at the pixel boundary very close to the light receiving surface 87, the light toward the adjacent pixels without being condensed by the on-chip microlens 43 is shielded. Is done. That is, the light shielding film 39 at the pixel boundary can prevent light from entering adjacent pixels and reduce optical color mixing. Thus, the solid-state imaging device 85 of the fourteenth embodiment can improve the image quality.
上述の実施の形態の固体撮像装置においては、信号電荷を電子として第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としたが、信号電荷を正孔としたときには第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型とすることができる。この場合、上述した実施の形態の半導体領域の導電型を逆の導電型となる。 In the solid-state imaging device of the above-described embodiment, the signal charge is an electron, the first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type. However, when the signal charge is a hole, the first conductivity type is The p-type can be used, and the second conductivity type can be the n-type. In this case, the conductivity type of the semiconductor region of the above-described embodiment is the opposite conductivity type.
＜１６．第１５実施の形態＞
［電子機器の構成例］
上述の本発明に係る固体撮像装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話、あるいは撮像機能を備えた他の機器、などの電子機器に適用することができる。
<16. Fifteenth embodiment>
[Configuration example of electronic equipment]
The above-described solid-state imaging device according to the present invention can be applied to electronic devices such as a camera system such as a digital camera or a video camera, a mobile phone having an imaging function, or another device having an imaging function. .
図２５に、本発明に係る電子機器の一例としてカメラに適用した第３実施の形態を示す。本実施形態例に係るカメラは、静止画像又は動画撮影可能なビデオカメラを例としたものである。本実施形態例のカメラ９１は、固体撮像装置９２と、固体撮像装置９２の受光センサ部に入射光を導く光学系９３と、シャッタ装置９４と、固体撮像装置９２を駆動する駆動回路９５と、固体撮像装置９２の出力信号を処理する信号処理回路９６とを有する。 FIG. 25 shows a third embodiment applied to a camera as an example of an electronic apparatus according to the invention. The camera according to the present embodiment is an example of a video camera capable of capturing still images or moving images. The camera 91 according to this embodiment includes a solid-state imaging device 92, an optical system 93 that guides incident light to the light receiving sensor unit of the solid-state imaging device 92, a shutter device 94, and a drive circuit 95 that drives the solid-state imaging device 92. And a signal processing circuit 96 that processes an output signal of the solid-state imaging device 92.
固体撮像装置９２は、上述した各実施の形態の固体撮像装置のいずれかが適用される。光学系（光学レンズ）９３は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置９２の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置９２内に、一定期間信号電荷が蓄積される。光学系９３は、複数の光学レンズから構成された光学レンズ系としてもよい。シャッタ装置９４は、固体撮像装置９２への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路９５は、固体撮像装置９２の転送動作及びシャッタ装置９４のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路９５から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置９２の信号転送を行う。信号処理回路９６は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。 Any of the solid-state imaging devices of the above-described embodiments is applied to the solid-state imaging device 92. The optical system (optical lens) 93 forms image light (incident light) from the subject on the imaging surface of the solid-state imaging device 92. As a result, signal charges are accumulated in the solid-state imaging device 92 for a certain period. The optical system 93 may be an optical lens system including a plurality of optical lenses. The shutter device 94 controls the light irradiation period and the light shielding period for the solid-state imaging device 92. The drive circuit 95 supplies a drive signal for controlling the transfer operation of the solid-state imaging device 92 and the shutter operation of the shutter device 94. Signal transfer of the solid-state imaging device 92 is performed by a drive signal (timing signal) supplied from the drive circuit 95. The signal processing circuit 96 performs various signal processing. The video signal subjected to the signal processing is stored in a storage medium such as a memory or output to a monitor.
第４実施の形態に係る電子機器によれば、固体撮像装置９２として上述の実施の形態の固体撮像装置を用いるので、画質の向上を図ることができ、信頼性の高いカメラ等の電子機器を提供することができる。 According to the electronic device according to the fourth embodiment, since the solid-state imaging device according to the above-described embodiment is used as the solid-state imaging device 92, the image quality can be improved, and a highly reliable electronic device such as a camera is provided. Can be provided.
２１、５１、５７、５９、６３、６７、７１、７４、７７、７９、８１、８３・・裏面照射型の固体撮像装置、２２・・半導体基板、２２Ａ・・基板表面、２２Ｂ・・基板裏面、ＰＤ・・フォトダイオード、Ｔｒ・・画素トランジスタ、３４・・受光面、３６・・反射防止膜、３９・・遮光膜、４１・・平坦化膜、４２・・オンチップカラーフィルタ、４３・・オンチップマイクロレンズ、８５、８９・・表面照射型の固体撮像装置 21, 51, 57, 59, 63, 67, 71, 74, 77, 79, 81, 83... Backside illumination type solid-state imaging device, 22... Semiconductor substrate, 22 A .. Substrate surface, 22 B. , PD, photodiode, Tr, pixel transistor, 34, light-receiving surface, 36, antireflection film, 39, light-shielding film, 41, flattening film, 42, on-chip color filter, 43,. On-chip micro lens, 85, 89 .. Surface irradiation type solid-state imaging device
Claims (14)
前記画素領域の光学的黒レベル領域に対応した遮光膜と、
前記遮光膜の下地となる第１平坦化膜と、
前記第１平坦化膜の下地となる反射防止膜と
を有し、
受光面と反対側に層間絶縁膜を介して複数層の配線を形成してなる多層配線層が形成された裏面照射型固体撮像装置として構成されている
固体撮像装置。 A pixel region in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit and a pixel transistor are arranged;
A light shielding film corresponding to the optical black level region of the pixel region;
A first planarization film serving as a base of the light shielding film;
An antireflection film serving as a base of the first planarization film,
A solid-state imaging device configured as a back-illuminated solid-state imaging device in which a multilayer wiring layer formed by forming a plurality of wiring layers via an interlayer insulating film is formed on the side opposite to the light receiving surface.
を有する、
請求項１記載の固体撮像装置。 On the light receiving surface side, an on-chip color filter and an on-chip microlens are provided.
The solid-state imaging device according to claim 1.
請求項２記載の固体撮像装置。 A second planarization film is provided immediately above the light shielding film.
The solid-state imaging device according to claim 2.
請求項３記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the on-chip color filter is formed on the second planarization film.
請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a light shielding film at a pixel boundary that is formed in the same layer and at the same time as the light shielding film in the optical black level region.
請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, further comprising a peripheral circuit light-shielding film formed in the same layer and simultaneously with the light-shielding film in the optical black level region.
請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the light shielding film is grounded to a ground region of a semiconductor substrate.
請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the antireflection film includes a hafnium oxide film.
請求項１乃至８のいずれかに記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the light shielding film is formed of aluminum, tungsten, or copper.
前記固体撮像装置に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備え、
前記固体撮像装置は、
光電変換部と画素トランジスタからなる複数の画素が配列された画素領域と、
前記画素領域の光学的黒レベル領域に対応した遮光膜と、
遮光膜下の下地となる第１平坦化膜と、
前記第１平坦化膜の下地となる反射防止膜と
を有し、
受光面と反対側に層間絶縁膜を介して複数層の配線を成してなる多層配線層が形成された裏面照射型固体撮像装置として構成されている
電子機器。 A solid-state imaging device;
An optical system for guiding incident light to the solid-state imaging device;
A signal processing circuit for processing an output signal of the solid-state imaging device;
The solid-state imaging device
A pixel region in which a plurality of pixels each including a photoelectric conversion unit and a pixel transistor are arranged;
A light shielding film corresponding to the optical black level region of the pixel region;
A first planarization film as a base under the light shielding film;
An antireflection film serving as a base of the first planarization film,
An electronic device configured as a back-illuminated solid-state imaging device in which a multilayer wiring layer formed by forming a plurality of wiring layers via an interlayer insulating film is formed on the side opposite to the light receiving surface.
前記受光面側に、オンチップカラーフィルタと、オンチップマイクロレンズと
を有する、
請求項１０記載の電子機器。 The solid-state imaging device
On the light receiving surface side, an on-chip color filter and an on-chip microlens are provided.
The electronic device according to claim 10.
請求項１１記載の電子機器。 The electronic device according to claim 11, wherein the solid-state imaging device includes a second planarization film between the light shielding film and the on-chip color filter.
請求項１０乃至１２のいずれかに記載の電子機器。 The electronic device according to claim 10, further comprising: a light shielding film at a pixel boundary and a light shielding film for a peripheral circuit, which are formed in the same layer and simultaneously with the light shielding film in the optical black level region.
請求項１０乃至１３のいずれかに記載の電子機器。 The electronic device according to claim 10, wherein the light shielding film in the solid-state imaging device is grounded to a ground region of a semiconductor substrate.
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