JP2012023137A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像領域への迷光の侵入を抑制し、高品質の画像を得ることができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像装置１０１は、二次元状に配列された複数の受光部を有する撮像領域１と、撮像領域１の周辺に設けられ、遮光膜１５ａにより被覆された受光部を有するオプティカルブラック領域２とを備え、オプティカルブラック領域２上に、第１の可視光を透過させる第１のフィルタ２０ｂと、第１のフィルタ２０ｂを透過して遮光膜１５ａで反射した第１の可視光を吸収する第２のフィルタ２０ｃとの２つのフィルタ２０ｂ，２０ｃが交互に隣接して配されてなる光吸収部２１を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関し、とくに、画素領域の周辺に位置するオプティカルブラック領域および周辺領域の構造を改良して画素領域に侵入する迷光を抑制し良好な画像品質を得ることができる技術に関する。

近年、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラおよびファクシミリ等の様々な画像入力機器にＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサのような固体撮像装置が使用されている。

固体撮像装置は、入射光量に応じて信号電荷を生成する複数の受光部（画素）がマトリクス状に配置された撮像領域を有し、各受光部で生成された信号電荷を画像信号として外部へ出力する。

図９は、従来の固体撮像装置の構成を示す概略平面図である。
図９に示すように、固体撮像装置９００の平面構造は、撮像領域９０１と、撮像領域９０１の周囲を囲むオプティカルブラック領域（以下、「ＯＢ領域」と称する。）９０２と、ＯＢ領域９０２の周囲を囲む周辺領域９０３とに大別できる。

撮像領域９０１およびＯＢ領域９０２には、フォトダイオード等からなる受光部がマトリクス状に配置されている。撮像領域９０１に対して、ＯＢ領域９０２では遮光膜により受光部が被覆されている。

周辺領域９０３には、撮像領域９０１およびＯＢ領域９０２から各受光部の画像信号を取り出す周辺回路、固体撮像装置９００と外部との接続に使用される複数のボンディングパッド９０４、周辺回路とボンディングパッド９０４あるいは受光部内部とボンディングパッド９０４とを接続する複数の金属配線等が設けられている。

撮像領域９０１の受光部で読み取った撮像信号を処理する際に、画像信号の輝度レベルを調整するため、被写体を撮影する本来の撮像領域９０１とは別に、ＯＢ領域９０２に撮像領域９０１と同様の受光素子構造を持ったダミー画素を設け、これをメタル膜による遮光膜で遮光して遮光画素領域とし、その出力信号を検出することにより黒基準信号として用いている。

このＯＢ領域９０２は、できるたけ実際に撮像を行う画素と同特性で黒基準信号の検出を行えることが好ましいため、通常は図９に示すように撮像領域９０１の近傍に設けられている。例えば、撮像領域９０１の辺に沿って複数の画素列を割り当てたり、あるいは、撮像領域９０１の周囲に分散して複数の画素ブロックを設けたりすることにより、画素特性のばらつきを補正した正確な黒基準を得るようになっている。

また、カラー画像を取得する場合、撮像領域９０１に入射する光を色成分に分光した後、分光された各色成分の光を受光部に入射させる必要があり、分光手段としてカラーフィルタが用いられる。また、撮像領域９０１に入射する光をより効率的に受光部へ集光するための手法として、カラーフィルタの上層にさらにマイクロレンズを設けることもよく知られている。

撮像領域９０１の受光部に入射する光は、ＯＢ領域９０２や周辺領域９０３にも入射する。遮光が不十分であれば、当該入射光がＯＢ領域９０２のダミー画素で受光され、黒基準信号に偽信号を生じてしまう。

また、遮光が十分でも、強い入射光が入った場合、ＯＢ領域９０２の遮光膜の表面、周辺領域９０３の金属配線などの表面で反射される。その反射光が特定の入射条件を満足すると、上記カラーフィルタの底面やマイクロレンズの底面等で反射し撮像領域内で迷光を生じる。

そして、このような迷光が撮像領域９０１の受光部に到達すると、フレアやゴーストといった不具合が発生する。そのため、このようなフレアやゴーストの発生を抑制する技術が提案されている。

上記技術として、例えば、特許文献１のように、ＯＢ領域の遮光膜としてアルミのような金属遮光膜を配置し、さらに、より入射しやすい長波長の迷光を制限するため、前記金属遮光膜の上方に青色カラーフィルタを配置する構造が提案されている。

また、同じく、特許文献１にて、ＯＢ領域の金属遮光膜の上方にダミー画素を配置しさらにその上に青色カラーフィルタを配置することで、不要な光の入射や反射を防止するような構造のものも提案されている。

特開２００７−４２９３３号公報

上述の特許文献１に記載の構造では、ＯＢ領域近傍に強い光が入射すると、メタル遮光膜上において、青色フィルタによって長波長側の反射光は抑制されるが、短波長側の反射光はそのまま反射してしまい、それが撮像装置内の迷光となり、撮像領域９０１やＯＢ領域９０２に再入射して偽信号となり、画像品質を低下させてしまう課題がある。

上記課題を解決するために、本発明に係る固体撮像装置は、二次元状に配列された複数の受光部を有する撮像領域と、前記撮像領域の周辺に設けられ、遮光膜により被覆された受光部を有するオプティカルブラック領域とを備える固体撮像装置において、前記オプティカルブラック領域上に、第１の可視光を透過させる第１のフィルタと、前記第１のフィルタを透過して前記遮光膜で反射した第１の可視光を吸収する第２のフィルタとの２つのフィルタが交互に隣接して配されてなる光吸収部を備えることを特徴としている。

一方、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、二次元状に配列された複数の受光部を有する撮像領域と、前記撮像領域の周辺に設けられ、遮光膜により被覆された受光部を有するオプティカルブラック領域とを備える固体撮像装置の製造方法において、前記オプティカルブラック領域上に、第１の可視光を透過させる第１のフィルタと、前記第１のフィルタを透過して前記遮光膜で反射した第１の可視光を吸収する第２のフィルタとを、当該２つのフィルタが交互に隣接する状態に形成する工程を含むことを特徴としている。

上記の固体撮像装置では、第１のフィルタを透過して遮光膜で反射した第１の可視光が第１のフィルタと交互に隣接して配された第２のフィルタにより吸収される。これにより撮像領域の迷光による画像品質の低下を抑制することができる。

また、前記第２のフィルタは第２の可視光を通過させ、前記第１のフィルタは前記第２のフィルタを透過して前記遮光膜で反射した第２の可視光を吸収することを特徴としている。これにより、第２のフィルタを透過して遮光膜で反射した第２の可視光が第２のフィルタと交互に隣接して配された第１のフィルタにより吸収される。このように、反射した第２の可視光が吸収されるため、装置内の迷光発生を抑制でき、画像品質の低下を防止できる。

また、前記オプティカルブラック領域の周辺に、周辺回路およびボンディングパッドを有する周辺領域をさらに備え、前記周辺領域上に前記光吸収部を備えることを特徴としている。これにより、オプティカルブラック領域周辺の周辺領域における迷光の発生を抑制し、画像品質の低下を抑制することができる。

また、前記オプティカルブラック領域の周辺に、周辺回路およびボンディングパッドを有する周辺領域を備え、前記周辺領域上に、互いに分光特性が異なる少なくとも２種以上のフィルタが積層配置されてなる光吸収層を備えることを特徴としている。これにより、オプティカルブラック領域周辺の周辺領域における遮光性を強化しつつ、迷光の発生を抑制し、画像品質の低下を抑制することができる。

また、前記光吸収層は、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタの２種類から構成されていることを特徴としている。これにより、光吸収層と光吸収部とが同じフィルタを利用することとなり、製造工程数と材料コストを抑制することができる。

また、前記撮像領域には、前記複数の受光部に対応して複数種類のカラーフィルタが配されており、前記第１のフィルタおよび第２のフィルタは、前記複数種類のカラーフィルタの何れかと同じ材料であることを特徴としている。これにより、製造工程数と材料コストを抑制することができる。

また、前記第２のフィルタは、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタの少なくとも一方のフィルタが、有機顔料と非金属材料とからのみ構成されていることを特徴としている。これにより、エッチング加工を容易に行うことができ、安価に実施できる。

また、前記オプティカルブラック領域には、互いに分光特性が異なる少なくとも２種以上のフィルタが積層配置されてなる光吸収層を備え、前記光吸収部が当該光吸収層よりも前記撮像領域に近い側に配置されていることを特徴としている。これにより、撮像領域とオプティカルブラック領域における、各カラーフィルタ形成および以降の工程での下地段差が階段状に緩和され、高段差による塗布ムラを抑制することができる。

上記固体撮像装置の製造方法では、第１のフィルタと第２のフィルタとを交互に隣接する状態に形成している。このため、第１のフィルタを透過して遮光膜で反射した第１の可視光は第１のフィルタと交互に隣接して配された第２のフィルタにより吸収される。これにより撮像領域の迷光による画像品質の低下を抑制することができる固体撮像装置を製造できる。

また、前記工程では、前記第１のフィルタと第２のフィルタとを市松パターン状に形成することを特徴としている。これにより、迷光を効果的に抑制できる。
また、前記固体撮像装置は、前記オプティカルブラック領域の周辺に、周辺回路およびボンディングパッドを有する周辺領域をさらに備え、当該周辺領域にも、前記工程中に、前記２つのフィルタを交互に隣接する状態に形成することを特徴としている。これにより、オプティカルブラック領域周辺の周辺領域における迷光の発生を抑制し、画像品質の低下を抑制することができる。

また、前記固体撮像装置は、前記オプティカルブラック領域の周辺に、周辺回路およびボンディングパッドを有する周辺領域をさらに備え、前記工程の後に、互いに分光特性が異なる少なくとも２種以上のフィルタを前記周辺領域に積層配置する工程を含むことを特徴としている。これにより、オプティカルブラック領域周辺の周辺領域における遮光性を強化しつつ、迷光の発生を抑制し、画像品質の低下を抑制することができる。

また、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとは、前記撮像領域に配置された複数の受光部に対応したカラーフィルタと同じ材料であることを特徴としている。これにより、製造工程数と材料コストを抑制することができる。

また、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとは、前記撮像領域に配置された複数の受光部に対応したカラーフィルタに成形と同じ工程で行われることを特徴としている。これにより、製造工程数を抑制することができる。

本発明の各実施の形態における固体撮像装置の撮像領域、ＯＢ領域および周辺領域を示す平面図 第１の実施の形態における固体撮像装置を示す断面図 第１の実施の形態における固体撮像装置を示す平面図 ３原色カラーフィルタの分光特性とアルミ膜の反射率の概念図 第１の実施の形態における固体撮像装置のＯＢ領域上の反射特性の概念図 第２の実施の形態における固体撮像装置を示す断面図 第２の実施の形態における固体撮像装置を示す平面図 変形例に係る光吸収層を示す平面図 従来の固体撮像装置を示す平面図

以下、本発明に係る固体撮像装置について、その例である第１および第２の実施の形態についてそれぞれ図面を参照しながら詳細に説明する。
まず、各実施の形態に係る固体撮像装置の構造の概略を説明し、その後に、各実施の形態において特徴部分を説明する。

図１は、実施の形態に係る固体撮像装置の構造を示す平面図である。
各実施の形態において説明する固体撮像装置１００は、同図に示すように、上述の従来の固体撮像装置９００と同様に、半導体基板上に撮像領域１、オプティカルブラック領域（以下、「ＯＢ領域」と称する。）２、周辺領域３を備える。

撮像領域１およびＯＢ領域２には、フォトダイオード等からなる受光部（画素）が二次元のマトリクス状に配置され画素アレイ部を形成している。撮像領域１、ＯＢ領域２の各画素は、基本的に同一プロセスで同時形成され、同一の構造を有している。

ＯＢ領域２の受光部は、撮像領域１の受光部で読み取った撮像信号を処理する際に、画像信号の輝度レベルを調整するために、撮像領域１の画素と同様の構成を持ったダミー画素として作用する。ダミー画素からの出力信号は、黒基準信号として用いられる。

このため、このＯＢ領域２には、図１では省略するが、撮像領域１と異なり、アルミ等によるメタル遮光膜が形成され、ＯＢ領域２全域の受光部が前記メタル遮光膜により被覆されている。

周辺領域３には、撮像領域１やＯＢ領域２と共通のプロセス（例えば、ＣＭＯＳプロセス）により、撮像領域１およびＯＢ領域２から各受光部の画像信号を取り出すための取出回路、画素アレイ部を駆動するための駆動回路、各種の信号処理回路等の周辺回路や、外部との接続に使用される複数のボンディングパッド４、周辺回路とボンディングパッド４あるいは受光部内部とボンディングパッド４とを接続する複数の金属配線等が設けられている。

図１では省略しているが、固体撮像装置１００の上層には、分光手段としてカラーフィルタが配置されており、さらに、効率的に受光部へ集光するための手法として、カラーフィルタの上層にマイクロレンズを備えている。

なお、図１に示す例では、撮像領域１の４辺に沿ってＯＢ領域２を配置したが、ＯＢ領域２の配置は、バランス良く黒基準を測定できるものであれば良く、例えば有効画素領域の両側の２辺に沿って配置したり、各辺の一部や各コーナー部に分散してブロック状に配置したり、様々な配置が可能である。

ＯＢ領域の配置については、ＯＢ領域に入射した光が遮光膜やカラーフィルタとマイクロレンズとの間で反射して撮像領域に迷光として入る可能性があるような位置関係にある場合に特に有効であり、その配置については特に限定されるものでない。
＜第１の実施の形態＞
１．構成
図２は、第１の実施の形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。

なお、本実施の形態に係る固体撮像装置は、上述の平面構造を有する。
固体撮像装置１０１は、図２に示すように、シリコン単結晶基板上に形成されたＣＭＯＳイメージセンサの事例により本発明を具体化しており、上述の撮像領域１の周縁部分から周辺領域３へと至る領域を示している。

図２において、シリコン基板１０上には、受光部としてのフォトダイオード１１が形成され、フォトダイオード１１においてシリコン基板１０の上面の受光面から入射した光を光電変換し、信号電荷を蓄積する。

なお、シリコン基板１０には、フォトダイオード１１の他に画素回路を構成する各種ＭＯＳトランジスタ（画素トランジスタ）等が形成されているが、ここでは本発明の特徴に直接関係しないためこれらの図示を省略している。

シリコン基板１０上には、不図示のゲート酸化膜等を介して層間絶縁膜１２が配置され、この層間絶縁膜１２内に配された複数層の配線膜１４，１５によって各種配線パターン１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１５ａ，１５ｂが形成されている。

ここでは、撮像領域１での配線膜１４は３層配線として、撮像領域以外の領域（ＯＢ領域２および周辺領域３である。）での配線膜１４，１５は４層配線として、それぞれ例示している。

層間絶縁膜１２の材料としては透明なシリコン酸化膜等が用いられる。また、配線膜１４，１５の材料としては、例えば、シリコン基板１０に近い下層の配線膜１４には銅を主体とする膜が用いられ、最上層の配線膜１５には遮光性の高いアルミを主体とする膜が用いられている。

本例では、最上層のアルミの配線膜１５を用いて遮光膜１５ａが形成されている。つまり、ＯＢ領域２におけるアルミの配線膜（１５ａ）は、遮光膜としての機能を有する。なお、この遮光膜も符号「１５ａ」で示す。

遮光膜１５ａは、上述したＯＢ領域２に対応する領域に配置されており、上方から入射する光を遮断し、ＯＢ領域２内の受光部への入光を阻止するものである。一方、撮像領域１では、上方からの入射光が、導波路１３を介して、各配線パターン１４ａ，１４ｂ，１４ｃの間（平面視において隣接する配線パターンの間である。）を通ってフォトダイオード１１に入光する。

配線層１５（遮光膜１５ａ）の上部には、さらに絶縁膜（１２）が積層され、この絶縁膜（１２）は平坦化膜や保護膜として機能している。撮像領域１の導波路１３とＯＢ領域２および周辺領域３の最上層の層間絶縁膜１２の上面には、カラーフィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃからなるカラーフィルタ領域２０が形成され、カラーフィルタ領域２０の上面にマイクロレンズ１６が形成されている（例えば、オンチップレンズである。）。

このカラーフィルタ領域２０とマイクロレンズ１６は、撮像領域１とＯＢ領域２の全領域、および周辺領域３のボンディングパッド４上を除く領域にわたって形成されている。
カラーフィルタ領域２０は、各画素に対応するカラーフィルタ形成工程において、撮像領域１とＯＢ領域２と周辺領域３との領域に対して同時に形成される。すなわち、材料および塗布膜厚条件を同じ条件にし、全領域を同時形成している。

カラーフィルタ領域２０は、撮像領域１では通常のカラーフィルタとして機能するものであり、本例では赤緑青（ＲＧＢ）の３原色カラーフィルタが用いられ、所定のパターン（例えば、ベイヤ配置である。）でＲＧＢに割り当てられた各画素のフォトダイオード１１にＲＧＢの成分光が入射するようになっている。

ここでは、カラーフィルタ２０ａが緑色用であり、カラーフィルタ２０ｂが青色用であり、カラーフィルタ２０ｃが赤色用であり、例えば、赤色用のカラーフィルタを赤色フィルタとして表す。

なお、撮像領域１におけるカラーフィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃはベイヤ配置されているが、図２においては、すべてのカラーフィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃが分かるようにしている。

これに対して、ＯＢ領域２および周辺領域３では、遮光膜１５ａ上に撮像領域１と異なるカラーフィルタパターンを有し、特に可視光の長波長側と短波長側の光成分を減衰させるようなパターン（構造）となっている。換言すると、ＯＢ領域２におけるカラーフィルタ領域２０は、光吸収部２１でもある。なお、光吸収部２１の原理については後述する。

具体的には、撮像領域１に３原色カラーフィルタを用いた場合に、最も長波長光の透過率が低い青色フィルタ２０ｂと、最も短波長光の透過率が低い赤色フィルタ２０ｃとによる市松パターンにより光吸収部２１が形成されている。

つまり、ここでは、青色フィルタ２０ｂ及び赤色フィルタ２０ｃが、本発明の第１のフィルタ及び第２のフィルタである。
図３は、第１の実施の形態における固体撮像装置を、マイクロレンズ１６を取り除いた状態で平面視した図であり、ＯＢ領域２および周辺領域３では光吸収部２１の市松パターンが現れている。

なお、図３では、平面図の下にＡ−Ａ線断面を矢印方向から見た断面図を示し、平面図、断面図における各カラーフィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの位置関係を対応させている。

撮像領域１側では、同図に示すように、３原色カラーフィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのベイヤ配置を用いているが、ＯＢ領域２側以降（つまり、ＯＢ領域２および周辺領域３）では、青色フィルタ２０ｂと赤色フィルタ２０ｃとが市松パターン状に配置されている。

ここでの「市松パターン」は、２種類の形状を交互に配したパターンをいい、２種類の形状は、例えば、正方形・長方形等の四角形、正六角形等の多角形、円・楕円等の形状等であっても良い。

さらに、２種類の形状が交互に配されておれば良く、例えば、上述のように格子状に交互に配されたものでも良く、さらには、互い違いに交互に配されたものでも良い。
なお、市松パターンの他の例については後述する。

各色フィルタは、例えば、緑色フィルタ２０ａは５００［ｎｍ］〜６００［ｎｍ］程度の波長範囲の光を透過する材料と紫外光に対して感光性を有する材料とにより、青色フィルタ２０ｂは４００［ｎｍ］〜５００［ｎｍ］程度の波長範囲の光を透過する材料と紫外光に対して感光性を有する材料とにより、赤色フィルタ２０ｃは６００［ｎｍ］〜７００［ｎｍ］程度の波長範囲の光を透過する材料と紫外光に対して感光性を有する材料とによりそれぞれ構成されており、リソグラフィ技術を適用することで任意の平面パターンを形成することができる。

なお、赤色フィルタ２０ｃを赤色有機顔料に対して非金属材料のみを含むように構成すると、エッチング加工が容易であるという効果が得られる。
２．光吸収の原理
図４は、３原色カラーフィルタの分光特性と遮光膜（アルミ）の反射率の概念図である。なお、同図では、フィルタについては波長と透過率の関係、遮光膜については波長と反射率の関係をそれぞれ示している。

同図に示すように、青色フィルタ２０ｂ（図中の破線である。）は、短波長光（つまり青色光である。）の透過率が高く、逆に長波長光（例えば、緑色光や赤色光である。）の透過率が低くなっている。つまり、青色フィルタ２０ｂは短波長光を通し、長波長光を吸収する。

一方、赤色フィルタ２０ｃ（図中の一点鎖線である。）は、短波長光（例えば青色光である。）の透過率が低く、逆に長波長光（つまり赤色光である。）の透過率が高くなっている。つまり、赤色フィルタ２０ｃは短波長光を吸収し、長波長光を通す
また、遮光膜１５ａ（図中の実線である。）は、同図に示すように、全波長にわたって光を反射しており、高い遮光性を有している。

図５は、ＯＢ領域２上に各カラーフィルタ２０ｂ，２０ｃを配置したときの反射特性の概念図である。なお、同図の（ａ）では遮光膜１５ａ上に青色フィルタ２０ｂを、（ｂ）では遮光膜１５ａ上に赤色フィルタ２０ｃを、（ｃ）では遮光膜１５ａ上に光吸収部２１を、それぞれ配置した状態を示している。

まず、同図の（ａ）に示すように、青色フィルタ２０ｂについて説明する。
短波長光（青色光）Ｌｂが入射する場合、短波長光Ｌｂは、図４に示したように、青色フィルタ２０ｂをそのまま通過（透過）し、遮光膜１５ａに達してその表面で反射する。遮光膜１５ａの表面で反射した短波長光Ｌｂは、そのまま青色フィルタ２０ｂに吸収されずに青色フィルタ２０ｂから出射される。

一方、長波長光（赤色光）Ｌａが入射する場合、長波長光Ｌａは、図４に示したように、青色フィルタ２０ｂによりその一部が吸収され、吸収されなかった残りの長波長光Ｌａが遮光膜１５ａに達してその表面で反射する。遮光膜１５ａの表面で反射した長波長光Ｌａは、青色フィルタ２０ｂで吸収される。

次に、同図の（ｂ）に示すように、赤色フィルタ２０ｃについて説明する。
長波長光（赤色光）Ｌａが入射する場合、長波長光Ｌａは、図４に示したように、赤色フィルタ２０ｃをそのまま通過（透過）し、遮光膜１５ａに達してその表面で反射する。遮光膜１５ａの表面で反射した長波長光Ｌａは、そのまま赤色フィルタ２０ｃに吸収されずに赤色フィルタ２０ｃから出射される。

一方、短波長光（青色光）Ｌｂが入射する場合、短波長光Ｌｂは、図４に示したように、赤色フィルタ２０ｃによりその一部が吸収され、吸収されなかった残りの短波長光Ｌｂが遮光膜１５ａに達してその表面で反射する。遮光膜１５ａの表面で反射した短波長光Ｌｂは、赤色フィルタ２０ｃで吸収される。

上記単色フィルタ２０ｂ，２０ｃの２つ例に対して、光吸収部２１は、図５（ｃ）に示すように、青色フィルタ２０ｂと赤色フィルタ２０ｃとを市松パターン状に配置されている。これにより光吸収部２１は、互いに異なる分光特性を交互に持つフィルタ構造となる。

（ｃ）に示すように、青色フィルタ２０ｂに短波長光（青色光）Ｌｂが入射した場合、短波長光Ｌｂは青色フィルタ２０ｂで吸収されずにそのまま透過して遮光膜１５ａに達してその表面で反射する。反射した短波長Ｌｂは、青色フィルタ２０ｂに隣接する赤色フィルタ２０ｃに入射する。赤色フィルタ２０ｃに入射した短波長光Ｌｂは赤色フィルタ２０ｃで吸収される。

一方、赤色フィルタ２０ｃに長波長光（赤色光）Ｌａが入射した場合、長波長光Ｌａは赤色フィルタ２０ｃで吸収されずにそのまま透過して遮光膜１５ａに達してその表面で反射する。反射した長波長Ｌａは、赤色フィルタ２０ｃに隣接する青色フィルタ２０ｃに入射する。青色フィルタ２０ｂに入射した長波長光Ｌａは青色フィルタ２０ｂで吸収される。

つまり、入射しやすい長波長光Ｌａは遮光膜１５ａと青色フィルタ２０ｂにより抑制されるとともに、反射しやすい短波長光Ｌｂについても、遮光膜１５ａと赤色フィルタ２０ｃによって低減され、撮像領域の迷光による画像品質の低下を抑制できる。

したがって、第１の実施の形態の構成において、特に光吸収部２１を青色フィルタ２０ｂと赤色フィルタ２０ｃとの互いに異なる分光特性を有するフィルタで構成することにより、遮光膜１５ａと、光吸収部２１中のカラーフィルタ２０ｂ，２０ｃとの複合効果により、ＯＢ領域２への透過光、およびＯＢ領域２からの反射光とも低減されるので、ＯＢ領域２での入射光と反射光に対して、短波長側と長波長側との光を効率よく抑制（吸収）することができ、遮光性の強化と撮像領域１への迷光進入の低減とをでき、画像品質の低下を抑制することができる。
３．製造方法
固体撮像装置１０１は、従来の固体撮像装置を製造する製造技術を利用して製造することができる。つまり、カラーフィルタ領域２０を形成する際に、撮像領域１におけるカラーフィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのパターンを所定のパターン（例えば、ベイヤー配列である。）にするのと同様に、ＯＢ領域２および周辺領域３のカラーフィルタのパターンを、青色フィルタ２０ｂと赤色フィルタ２０ｃとで市松パターンにすれば、固体撮像装置１０１を製造できる。

このように本実施の形態に係る固体撮像装置１０１の製造方法によれば、ＯＢ領域２と周辺領域３のカラーフィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのパターンを変えるだけで実現でき、従来の製造工程を大幅に変えることなく、また、撮像領域１のカラーフィルタと同じ材料を用いて光吸収部を形成できるので、製造工程数と材料コストを抑制することでき、結果的に低コストで実現できる。

さらに、光吸収部２１は、青色フィルタ２０ｂと赤色フィルタ２０ｃとを平面的形成する（積層構造でない。）ので、同一下地（例えば、撮像領域１の導波路１３とＯＢ領域２および周辺領域３の最上層の層間絶縁膜１２の上面である。）上に青色フィルタ２０ｂと赤色フィルタ２０ｃとを交互に配置するので、カラーフィルタ形成後における撮像領域１、ＯＢ領域２、周辺領域３の上面はほぼ平坦化されている。

すなわち、撮像領域１と、ＯＢ領域２および周辺領域３とで、カラーフィルタの厚みに起因する段差が生じることがない。したがって、後続のマイクロレンズ形成工程において、マイクロレンズ１６を形成するために塗布される感光性樹脂の塗布むらの発生を防止することができ、製造歩留まりや画質を向上することができる。

また、撮像領域１、ＯＢ領域２、周辺領域３の上面はほぼ平坦化されるため、カラーフィルタ形成後にＯＢ領域２と周辺領域３を平坦化するための特別な工程が不要であり、固体撮像装置１０１を低コストで製造できる製造方法を実現することができる。
＜第２の実施の形態＞
図６は、本発明に係る第２の実施の形態における、上述の平面構造を有する固体撮像装置１０３の構造を示す断面図である。

図６に示すように、本実施の形態も第１の実施の形態と同様、シリコン単結晶基板上に形成されたＣＭＯＳイメージセンサの事例により本発明を具体化しており、上述の撮像領域１の周縁部分から周辺領域３へと至る領域を示している。

カラーフィルタ領域は、撮像領域１では、第１の実施の形態と同様に、赤緑青（ＲＧＢ）の３原色カラーフィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃが所定のパターンで配され、ＯＢ領域２では、第１の実施の形態と同様に、撮像領域１と異なるカラーフィルタパターンの市松パターンの光吸収部２１を備える。

一方、周辺領域３では、第１の実施の形態と異なり、青色フィルタ５１ｂと赤色フィルタ５１ｃとを積層した構造をもつ光吸収層５１が形成されている。ここでは、光吸収層５１は、青色フィルタ５１ｂが下層となっている（配線膜１５ｂに近い位置に形成されている。）。

図７は、第２の実施の形態における固体撮像装置１０３を、マイクロレンズを取り除いた状態で平面視した図であり、ＯＢ領域２では光吸収部２１の市松パターンが現れ、周辺領域３では光吸収層５１のカラーフィルタ５１ｃ，５１ｂが現れている。

なお、図７では、図３と同様に、平面図の下にＢ−Ｂ線断面を矢印方向から見た断面図を示し、平面図、断面図における各カラーフィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ、５１ｂ，５１ｃの位置関係を対応させている。

周辺領域３では、図６および図７にも示すように、配線膜（遮光膜）１５ｂ上に、青色フィルタ５１ｂと赤色フィルタ５１ｃとが積層された積層パターン（積層構造）の光吸収層５１が形成されている。なお、光吸収層５１は、撮像領域１およびＯＢ領域の青色フィルタ２０ｂの形成にあわせて下層の青色フィルタ５１ｂを形成し、その後に撮像領域１およびＯＢ領域の赤色フィルタ２０ｃの形成にあわせて赤色フィルタ５１ｃを形成することで、第２の実施の形態に掛かる固体撮像装置１０３を製造できる。

光吸収部２１は、図６に示すように、青色フィルタ２０ｂと赤色フィルタ２０ｃを市松パターン上に配置することで、第１の実施の形態と同様に、互いに異なる分光特性を交互に持つフィルタ構造となる。

これにより、入射のしやすい長波長光は遮光膜１５ａと青色フィルタ２０ｂにより抑制されるとともに、反射のしやすい短波長光についても、遮光膜１５ａと赤色フィルタ２０ｃによって低減されるので、ＯＢ領域２での入射光と反射光に対して、短波長側と長波長側とを効率よく抑制することができる。

光吸収層５１は、青色フィルタ２０ｂと赤色フィルタ２０ｃを積層配置することで、短波長光と長波長光とを同時に抑制（吸収）するフィルタ構造となり、遮光膜１５ａのない周辺領域３においても、短波長光と長波長光を同時に吸収するので、配線膜１５ｂ等から生じる（配線膜１５ｂにより反射する光、および配線間で透過・反射して下層領域に入ってくる光等である。）迷光を抑制することができる。

また、光吸収層５１は、青色フィルタ２０ｂと赤色フィルタ２０ｃを積層配置しているので、短波長光と長波長光とを同時に吸収することができ、高い遮光性を有することとなる。

したがって、本第２の実施の形態によれば、遮光膜１５ａと光吸収部２１との複合効果によりＯＢ領域２への透過光およびＯＢ領域２からの反射光が低減され、さらに、光吸収層５１によって、遮光膜１５ａのない周辺領域３においても、配線膜１５ｂ等に起因して生じる迷光を抑制することができるので、撮像領域１への迷光を低減し、画像品質の低下を抑制することができる。なお、周辺領域に遮光膜を形成していても良い。

また、ＯＢ領域２から周辺領域３にかけて、まず光吸収部２１が配置され、次に光吸収層５１が配置されることで、撮像領域１とＯＢ領域２はほぼ同じ高さで形成され、周辺領域３がＯＢ領域２に対して高い状態で形成されることとなる。このように、ＯＢ領域２と周辺領域３とが階段状に形成されるので、急激なカラーフィルタ２０ｂ，２０ｃ，５１ｂ，５１ｃの膜厚変化に起因する段差を軽減することができる。

したがって、後続のマイクロレンズ形成工程において、撮像領域１におけるカラーフィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃの表面とＯＢ領域２のカラーフィルタの表面との高さの差が少なく、マイクロレンズ１６を形成するために塗布される感光性樹脂の塗布むらの発生を抑制することができ、撮像領域１におけるマイクロレンズ１６が均一に形成されるので、製造歩留まりや画質を向上することができる。このとき、ＯＢ領域２と周辺領域３とのカラーフィルタ２０ｂ，２０ｃ，５１ｃの表面の高さに段差が生じるが、撮像領域１から離れているためその影響が少ない。

また、第２の実施の形態の固体撮像装置１０３の製造方法においても、カラーフィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，５１ｂ，５１ｃのパターンを変えるだけで実現でき、従来の製造工程を大幅に変えることなく、製造工程数と材料コストを抑制することでき、結果的に低コストで実現できる利点もある。

なお、第２の実施の形態では、光吸収部２１は５０［μｍ］以上の幅を持つことが望ましい。これによって、光吸収層５１との膜厚高低差に起因する後工程の塗布ムラを低減することができるからである。つまり、光吸収層５１との膜厚高低差があっても、光吸収部２１が撮像領域１に対して遠近方向に５０［μｍ］以上あれば、塗布ムラを低減できる。

また、第２の実施の形態では、光吸収部２１をＯＢ領域２上に、光吸収層５１を周辺領域３上に形成したが、各光吸収層の配置はそれぞれの領域に限定されるもので無く、光吸収部２１が５０［μｍ］以上の幅を持てば、光吸収層５１がＯＢ領域２にオーバーラップしてもかまわない。

さらに、第２の実施の形態では、光吸収層５１において、青色フィルタ２０ｂ上に赤色フィルタ２０ｃを形成したが、この積層順に限定されるものでなく、下層に赤色フィルタ（５１ｃ）を形成した後、その上面に青色フィルタ（５１ｂ）を形成した積層パターンとしてもかまわない。
＜変形例＞
１．カラーフィルタ
（１）種類
上記の各実施の形態では、原色カラーフィルタを用いたが、補色カラーフィルタを用いてもかまわなく、その場合、シアンフィルタとマゼンタフィルタを用いて市松パターンを形成するのが好ましい。
（２）パターン
上記実施の形態では、ＯＢ領域２に形成された光吸収部２１は、平面視において同じサイズの正方形状の青色フィルタ２０ｂと赤色フィルタ２０ｃとを碁盤の目（正マトリクス）状をした市松パターンに配置している。つまり、青色フィルタ２０ｂと赤色フィルタ２０ｃとが縦・横方向に隣接する青色フィルタ２０ｂと赤色フィルタ２０ｃの各辺が一直線となるように配置している。

しかしながら、光吸収部（２１）は、遮光膜（１５ａ）の上層に形成された第１の層を透過した後に遮光膜（１５ａ）で反射した反射光を吸収する第２の層が、第１の層に交互に隣接して存すれば良く、第１の層と第２の層とが必ずしも碁盤の目状の市松パターンにする必要はない。なお、第１および第２の層が交互に隣接する方向は、少なくとも撮像領域（１）に対して遠近する方向であることが好ましい。

上記の第１の層および第２の層は、カラーフィルタに限定するものではないが、製造工程や製造コスト等を考慮してすると、撮像領域１で形成されるカラーフィルタ２０ａ，２０ｂ，２０ｃと同じフィルタを利用するのが好ましく、以下、赤色フィルタと青色フィルタを用いて、実施の形態と異なる光吸収部について説明する。

図８は、変形例に係る光吸収層を示す平面図である。
光吸収層６１は、同図の（ａ）に示すように、青・赤色フィルタ６１ｂ，６１ｃの形状が四角形状、例えば長方形状であっても良く、四角形状の青・赤色フィルタ６１ｂ，６１ｃが交互に縦・横方向に隣接して配置されている。

光吸収層６３は、同図の（ｂ）に示すように、青・赤色フィルタ６３ｂ，６３ｃの形状が三角形状、例えば二等辺直角三角形状であっても良く、三角形状の青・赤色フィルタ６１ｂ，６１ｃが交互に縦・横方向に隣接して配置されている。

光吸収層６５は、同図の（ｃ）に示すように、青・赤色フィルタ６５ｂ，６５ｃは、縦・横方向以外に隣接配置されても良く、例えば四角形状（正方形状）の青・赤色フィルタ６１ｂ，６１ｃが互いに直交する斜め方向に交互に隣接して配置されている。

光吸収層６７は、同図の（ｄ）に示すように、青・赤色フィルタ６５ｂ，６５ｃは、環状をしていても良く、例えば円環状の青・赤色フィルタ６５ｂ，６５ｃが互いに大きくなりながら同心状に交互に隣接して配置されている。
（３）第１及び第２のフィルタ
上記各実施の形態では、第１及び第２のフィルタとして、青色フィルタ２０ｂ，５１ｂと赤色フィルタ２０ｃ，５１ｃとを用いたが、他のフィルタを用いた組み合わせであっても良い。例えば、赤色フィルタと緑色フィルタとの組み合わせであっても良いし、青色フィルタと緑色フィルタとの組み合わせであっても良い。

なお、青色フィルタと赤色フィルタとの組み合わせでは、入射しやすい特性を有する長波長光と、反射しやすい特性を有する短波長光とを効率よく吸収することができるという効果を得ることができる。
２．遮光膜
上記各実施の形態では、遮光膜１５ａは、配線膜としての機能を有していたが、配線膜とは別に、遮光目的にのみ形成された膜（例えば、金属膜）であっても良い。さらに、周辺領域３にも遮光膜を形成しても良い。
３．マイクロレンズ
上記各実施の形態では、ＯＢ領域２の全領域にマイクロレンズ１６が形成されていたが、全領域に形成されていなくても良く、また、一部、例えば、撮像領域１に近い領域にのみ形成されていても良い。なお、撮像領域１に近い領域にマイクロレンズを形成することで、撮像領域１に形成するマイクレンズの品質を向上させることができる。
４．固体撮像装置
上記の各実施の形態では、本発明をＭＯＳ型固体撮像装置に適用した事例について説明したが、本発明は、ＣＣＤ型固体撮像装置に対しても同様に適用できる。

さらに、実施の形態では、導波路構造のＣＭＯＳイメージセンサを用いたが、本発明はこの構造に限定されるものではなく、例えば、導波路を用いずに配線間の透明な酸化膜を通して光を入射させる構造、フォトダイオードを用いずに光電変換膜を利用した構造、あるいは、裏面照射型のイメージセンサやモノクロ専用のイメージセンサにおいても、本発明を用いることができる。
５．撮像領域
上記の実施の形態においては、図示していないが、導波路１３とカラーフィルタ２０の間、カラーフィルタ２０とマイクロレンズ１６の間、のいずれかに透明な平坦化膜を用いてもかまわない。

実施の形態等では、最上層のメタル配線の上の絶縁膜（１２）の材料として透明なシリコン酸化膜を用いているが、さらにその上層の保護膜として、例えばシリコン窒化膜等を用いてもかまわない。
６．その他
最後に、各実施の形態および各変形例では、それぞれ個別に特徴部分について説明したが、各実施の形態および各変形例での説明した構成を、他の実施の形態や他の変形例の構成と組み合わせても良い。

本発明によれば、高画質かつ安価な固体撮像装置を実現できるので、特にカラーフィルタを備える固体撮像装置および固体撮像装置の製造方法として有用であり、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラに限らず、各種監視カメラや医療用内視鏡等にも広く適用できるものである。

１ 撮像領域
２ ＯＢ（オプティカルブラック）領域
３ 周辺領域
１０ シリコン基板
１１ フォトダイオード
１５ａ 遮光膜
１６ マイクロレンズ
２０ カラーフィルタ領域
２１ 光吸収部
１０１ 固体撮像装置

Claims (14)

1. 二次元状に配列された複数の受光部を有する撮像領域と、前記撮像領域の周辺に設けられ、遮光膜により被覆された受光部を有するオプティカルブラック領域とを備える固体撮像装置において、
   前記オプティカルブラック領域上に、第１の可視光を透過させる第１のフィルタと、前記第１のフィルタを透過して前記遮光膜で反射した第１の可視光を吸収する第２のフィルタとの２つのフィルタが交互に隣接して配されてなる光吸収部を備える
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記第２のフィルタは第２の可視光を通過させ、
   前記第１のフィルタは前記第２のフィルタを透過して前記遮光膜で反射した第２の可視光を吸収する
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記オプティカルブラック領域の周辺に、周辺回路およびボンディングパッドを有する周辺領域をさらに備え、
   前記周辺領域上に前記光吸収部を備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
4. 前記オプティカルブラック領域の周辺に、周辺回路およびボンディングパッドを有する周辺領域を備え、
   前記周辺領域上に、互いに分光特性が異なる少なくとも２種以上のフィルタが積層配置されてなる光吸収層を備える
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
5. 前記光吸収層は、前記第１のフィルタと前記第２のフィルタの２種類から構成されている
   ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
6. 前記撮像領域には、前記複数の受光部に対応して複数種類のカラーフィルタが配されており、
   前記第１のフィルタおよび第２のフィルタは、前記複数種類のカラーフィルタの何れかと同じ材料である
   ことを特徴とする請求項１、２および５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
7. 前記第１のフィルタと前記第２のフィルタの少なくとも一方のフィルタが、有機顔料と非金属材料とからのみ構成されている
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
8. 前記オプティカルブラック領域には、互いに分光特性が異なる少なくとも２種以上のフィルタが積層配置されてなる光吸収層を備え、
   前記光吸収部が当該光吸収層よりも前記撮像領域に近い側に配置されている
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
9. 二次元状に配列された複数の受光部を有する撮像領域と、前記撮像領域の周辺に設けられ、遮光膜により被覆された受光部を有するオプティカルブラック領域とを備える固体撮像装置の製造方法において、
   前記オプティカルブラック領域上に、第１の可視光を透過させる第１のフィルタと、前記第１のフィルタを透過して前記遮光膜で反射した第１の可視光を吸収する第２のフィルタとを、当該２つのフィルタが交互に隣接する状態に形成する工程を含む
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
10. 前記工程では、前記第１のフィルタと第２のフィルタとを市松パターン状に形成する
    ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
11. 前記固体撮像装置は、前記オプティカルブラック領域の周辺に、周辺回路およびボンディングパッドを有する周辺領域をさらに備え、
    当該周辺領域にも、前記工程中に、前記２つのフィルタを交互に隣接する状態に形成する
    ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
12. 前記固体撮像装置は、前記オプティカルブラック領域の周辺に、周辺回路およびボンディングパッドを有する周辺領域をさらに備え、
    前記工程の後に、互いに分光特性が異なる少なくとも２種以上のフィルタを前記周辺領域に積層配置する工程を含む
    ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
13. 前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとは、前記撮像領域に配置された複数の受光部に対応したカラーフィルタと同じ材料である
    ことを特徴とする請求項９〜１２に記載の固体撮像装置の製造方法。
14. 前記第１のフィルタと前記第２のフィルタとは、前記撮像領域に配置された複数の受光部に対応したカラーフィルタに成形と同じ工程で行われる
    ことを特徴とする請求項９〜１３に記載の固体撮像装置の製造方法。

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