JP2015035555A - 固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器 - Google Patents

固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】混色を抑制することが可能な固体撮像装置およびその製造方法、並びに電子機器を提供する。【解決手段】画素と、前記画素の境界線に設けられた分離構造とを有し、前記画素は、半導体基板内に設けられた光電変換素子と、前記半導体基板の裏面側に、前記光電変換素子に対向して配置されたカラーフィルタとを備え、前記分離構造は、前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで設けられた溝と、前記溝内に設けられた第1分離層と、前記カラーフィルタの境界線に設けられ、前記第1分離層と一体をなすと共に前記第1分離層と同一材料よりなる第2分離層とを備えた固体撮像装置。【選択図】図1

Description

本開示は、半導体基板の裏面側から光電変換部に光を入射させる裏面照射型に好適な固体撮像装置およびその製造方法、並びにこの固体撮像装置を備えた電子機器に関する。
裏面照射型の固体撮像装置では、例えば特許文献1で指摘されているように、斜め入射光が隣接画素に入ってしまい、混色が生じるという問題がある。そのため、特許文献1では、カラーフィルタ間を区切る遮光部材を、半導体基板の裏面の高濃度p+層内まで埋め込むようにした構成が記載されている。
特開2009−65098号公報
しかしながら、特許文献1では遮光部材の半導体基板への埋込み深さが浅く、混色を抑制することは難しかった。
本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、混色を抑制することが可能な固体撮像装置およびその製造方法、並びにこの固体撮像装置を備えた電子機器を提供することにある。
本開示による固体撮像装置は、画素と、画素の境界線に設けられた分離構造とを有している。画素は、半導体基板内に設けられた光電変換素子と、半導体基板の裏面側に、光電変換素子に対向して配置されたカラーフィルタとを備えている。分離構造は、光電変換素子の境界線に、半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで設けられた溝と、溝内に設けられた第1分離層と、カラーフィルタの境界線に設けられ、第1分離層と一体をなすと共に第1分離層と同一材料よりなる第2分離層とを備えている。
本開示の固体撮像装置では、画素の境界線に分離構造が設けられている。分離構造の第1分離層は、光電変換素子の境界線に沿った溝内に設けられている。この溝は、半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで設けられている。よって、半導体基板内部で生じる混色(バルク内混色)が抑制される。また、分離構造の第2分離層は、カラーフィルタの境界線に設けられ、第1分離層と一体をなすと共に第1分離層と同一材料により構成されている。よって、半導体基板の裏面(受光面)よりもカラーフィルタ側で生じる混色(上層混色)が抑制される。
本開示による第1の固体撮像装置の製造方法は、以下の(A)〜(F)の工程を含むものである。
(A)半導体基板内に光電変換素子を設け、光電変換素子の境界線に、半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで溝を設ける工程
(B)半導体基板の裏面側に被覆層を形成すると共に、被覆層に、溝に連通する開口を設ける工程
(C)溝および開口に埋込み膜を埋め込むことにより、溝内に第1分離層を形成すると共に開口内に第2分離層を形成し、第2分離層を、第1分離層と一体に形成すると共に第1分離層と同一材料より構成する工程
(D)埋込み膜のうち被覆層の上に形成された部分を除去する工程
(E)被覆層を除去する工程
(F)第2分離層で区画された領域内にカラーフィルタを形成する工程
本開示による第2の固体撮像装置の製造方法は、以下の(A)〜(E)の工程を含むものである。
(A)半導体基板内に光電変換素子を設け、光電変換素子の境界線に、半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで溝を設ける工程
(B)溝に埋込み膜を埋め込むと共に、半導体基板の裏面側を埋込み膜で被覆する工程
(C)埋込み膜の上面にマスク材料層を形成し、マスク材料層を研磨することにより、埋込み膜の上面の溝に対向する位置にマスク層を形成する工程と、
(D)埋込み膜をエッチバックすることにより溝内に第1分離層を形成すると共に、溝とマスク層との間に第2分離層を形成し、第2分離層を、第1分離層と一体に形成すると共に第1分離層と同一材料より構成する工程
(E)第2分離層で区画された領域内にカラーフィルタを形成する工程
本開示による電子機器は、固体撮像装置を有し、固体撮像装置は、上記本開示による固体撮像装置により構成されているものである。
本開示の固体撮像装置、または本開示の電子機器によれば、分離構造の第1分離層を、光電変換素子の境界線に沿った溝内に設け、この溝を、半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで設けるようにしている。また、分離構造の第2分離層を、カラーフィルタの境界線に、第1分離層と一体に設けると共に第1分離層と同一材料により構成するようにしている。よって、半導体基板内部で生じる混色(バルク内混色)を第1分離層により抑制すると共に、半導体基板の裏面よりも上層側(カラーフィルタ側)で生じる混色(上層混色)を第2分離層により抑制し、混色を確実に抑制することが可能となる。
本開示の第1の固体撮像装置の製造方法によれば、半導体基板の裏面から溝を設けたのち、半導体基板の裏面側に、溝に連通する開口をもつ被覆層を形成し、溝および開口に埋込み膜を埋め込むことにより、第1分離層および第2分離層を形成するようにしている。また、本開示の第2の固体撮像装置の製造方法によれば、半導体基板の裏面から溝を設けたのち、溝に埋込み膜を埋め込むと共に、半導体基板の裏面側を埋込み膜で被覆し、この埋込み膜の上面の溝に対向する位置に、マスク層を形成する。そののち、埋込み膜をエッチバックすることにより溝内に第1分離層を形成すると共に、溝とマスク層との間に第2分離層を形成するようにしている。よって、簡素な工程により、第2分離層を、第1分離層と一体に形成すると共に第1分離層と同一材料より構成し、上記本開示の固体撮像装置、または上記本開示の電子機器を容易に製造することが可能となる。
本開示の第1の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 図1に示した固体撮像装置の構成を表す平面図である。 図1に示した固体撮像装置の製造方法を工程順に表す断面図である。 図3に続く工程を表す断面図である。 図4に続く工程を表す断面図である。 図5に続く工程を表す断面図である。 図6に続く工程を表す断面図である。 図7に続く工程を表す断面図である。 図8に続く工程を表す断面図である。 図9に続く工程を表す断面図である。 図1に示した固体撮像装置の作用を説明する断面図である。 本開示の第2の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 図12に示した固体撮像装置の製造方法を工程順に表す断面図である。 図13に続く工程を表す断面図である。 図14に続く工程を表す断面図である。 図15に続く工程を表す断面図である。 図16に続く工程を表す断面図である。 図17に続く工程を表す断面図である。 図18に続く工程を表す断面図である。 固体撮像装置の機能ブロック図である。 適用例に係る電子機器の機能ブロック図である。
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態(半導体基板の裏面側に被覆層を形成すると共に、被覆層に、溝に連通する開口を設け、溝および開口に埋込み膜を埋め込むことにより、第1分離層および第2分離層を一体形成する例。)
2.第2の実施の形態(埋込み膜のエッチバックにより第1分離層および第2分離層を一体形成する例)
3.固体撮像装置の全体構成例
4.適用例(電子機器の例)
(第1の実施の形態)
図1は、本開示の第1の実施の形態に係る固体撮像装置の断面構成を表したものである。この固体撮像装置1は、デジタルスチルカメラ,ビデオカメラ等の電子機器に用いられるCMOSイメージセンサであり、撮像画素領域(後述の画素部110)に、複数の画素10が2次元配置されたものである。画素10の境界線には、分離構造20が設けられている。固体撮像装置1は、裏面照射型または表面照射型のいずれであってもよいが、ここでは裏面照射型の構造を例として説明する。
画素10は、例えば、フォトダイオードからなる光電変換素子11の光入射側にカラーフィルタ12およびマイクロレンズ13を有している。画素10は、例えば、赤(R)の波長を検出する赤色画素10Rと、緑(G)の波長を検出する緑色画素10Gと、青(B)の波長を検出する青色画素10Bとを含んでいる。なお、赤(R)は、例えば620nm〜750nmの波長域、緑(G)は、例えば495nm〜570nmの波長域、青(B)は、例えば450nm〜495nmの波長域にそれぞれ対応する色である。
赤色画素10R,緑色画素10Gおよび青色画素10Bは、例えば図2に示したように、ベイヤー配列された正方画素である。すなわち、二つの緑色画素10Gと、一つの赤色画素10Rと、一つの青色画素10Bとが、2行×2列の単位配列U1を構成している。緑色画素10Gは、単位配列U1の一方の対角線に沿って、左上および右下に配置されている。赤色画素10Rおよび青色画素10Bは、単位配列U1の他方の対角線に沿って、右上および左下に配置されている。分離構造20は、画素10の境界線に、格子状に設けられている。
図1に示した光電変換素子11(フォトダイオード)は、シリコン(Si)よりなる半導体基板14の裏面14A側に、例えば数μm程度の厚みで設けられている。光電変換素子11は、半導体基板14の裏面14Aに受光面11Aを有している。
図1に示した半導体基板14の表面14B側には、図示しないが、転送トランジスタ、選択トランジスタ、変調トランジスタ、リセットトランジスタ、FD(フローティングディフュージョン;浮遊拡散層)、多層配線などが設けられている。転送トランジスタは、光電変換素子11に蓄積された電荷をFDへ転送するためのスイッチング素子である。FDは、多層配線を介して信号処理部(図示せず)に接続されている。FDは、複数画素(例えば4画素)に共有されていてもよい。多層配線は、光電変換素子11の駆動、信号伝達、各部への電圧印加などを行うものである。なお、半導体基板14の表面14B側には、支持基板(図示せず)が貼り合わせられていてもよい。
図1に示したカラーフィルタ12は、例えば、赤フィルタ12Rと、緑フィルタ12Gと、青フィルタ12Bとを有している。赤フィルタ12Rは、光電変換素子11から赤の波長域に対応する信号を取得するためのものである。緑フィルタ12Gは、光電変換素子11から緑の波長域に対応する信号を取得するためのものである。青フィルタ12Bは、光電変換素子11から青の波長域に対応する信号を取得するためのものである。カラーフィルタ12は、例えば、顔料を混入した樹脂によりそれぞれ構成されており、顔料を選択することにより目的とする赤,緑あるいは青の波長域における光透過率が高く、他の波長域における光透過率が低くなるように調整されている。
図1に示したオンチップレンズ13は、カラーフィルタ12の光入射側に配設され、上方から入射した光を、光電変換素子11の受光面11Aへ集光させるものである。
図1に示した分離構造20は、溝21と、第1分離層22と、第2分離層23とを有している。溝21は、光電変換素子11の境界線に、半導体基板14の裏面14Aから特定色光の光電変換が起こる深さD21まで設けられている。第1分離層22は、溝21内に設けられている。第2分離層23は、カラーフィルタ12の境界線に設けられ、第1分離層22と一体をなすと共に第1分離層22と同一材料により構成されている。これにより、この固体撮像装置1では、混色を確実に抑制することが可能となっている。
第1分離層22は、半導体基板14内部で生じる混色(バルク内混色)を抑えるものであり、溝21内に埋め込まれている。なお、溝21の幅は例えば100nmである。
ここで「特定色光」とは、例えば、赤色光または緑色光であることが好ましく、中でも緑色光が好ましい。緑色光は例えば2.8μm〜2.9μmの深さでほぼ99%吸収されるので、溝21を緑色光の光電変換が起こる深さD21まで設けることにより、半導体基板14内部で生じる混色(バルク内混色)をほぼ確実に抑えることが可能となる。
第2分離層23は、半導体基板14の裏面14Aよりもカラーフィルタ12側で生じる混色(上層混色)を抑えるものである。第2分離層23は、第1分離層22から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状をなしていることが好ましい。これにより、第2分離層23の側面のテーパー構造が導波路的な機能をもち、オンチップレンズ13の瞳補正を不要とすることが可能となる。
第1分離層22および第2分離層23は、例えば、金属により構成されていることが好ましい。金属としては、例えば、タングステン(W),銀(Ag),アルミニウム(Al),Rh(ロジウム)が挙げられる。また、反射率の高い金属が好ましい。
あるいは、第1分離層22および第2分離層23は、カラーフィルタ12よりも低屈折率の材料により構成されていることも好ましい。このような材料としては、例えば、Low−k(低誘電率)膜などの絶縁膜が挙げられる。
溝21の内面(溝21と第1分離層22との間)には、例えば、ピニング膜(負の固定電荷をもつ膜)24および絶縁膜25が設けられていることが好ましい。ピニング膜24は、例えば、Ta25,HfO2,Al23,TiO2により構成されている。絶縁膜25は、例えば、SiO2により構成されている。
第2分離層23の表面には、反射防止膜26が設けられていることが好ましい。反射防止膜26の材料としては、TiNなどのバリアメタル、SiN,SiONなどが挙げられる。
第2分離層23の上面23Aは、カラーフィルタ12の光入射面12Aと同じ高さ(つらいち)またはカラーフィルタ12の光入射面12Aよりも高い位置(カラーフィルタ12の光入射面12Aよりも突出した位置)にあることが好ましい。混色をより確実に抑制することが可能となるからである。
第2分離層23の上面23Aがカラーフィルタ12の光入射面12Aよりも高い位置にある場合には、反射防止膜26が第2分離層23の上面23Aまで設けられていることが好ましい。これにより、外光が第2分離層23の上面23Aで反射され、反射光がカメラのレンズ等に入射してしまうのを抑えることが可能となる。
この固体撮像装置1は、例えば次のようにして製造することができる。
図3ないし図10は、固体撮像装置1の製造方法を工程順に表したものである。まず、図3に示したように、半導体基板14内に光電変換素子11を設け、半導体基板14の裏面14Aを研磨して光電変換素子11の受光面11Aを形成する。
次いで、同じく図3に示したように、半導体基板14の裏面14Aに、トレンチ加工用のハードマスク31を形成する。
続いて、図4に示したように、このハードマスク31を用いて半導体基板14をトレンチ状に加工し、溝21を形成する。溝21は、光電変換素子11の境界線に、半導体基板14の裏面14Aから特定色光、例えば緑色光の光電変換が起こる深さD21まで設ける。溝21を設けたのち、ハードマスク31を除去する。
そののち、図5に示したように、溝21の内面および半導体基板14の裏面14Aに、Ta25,HfO2,Al23,TiO2よりなるピニング膜24を薄く成膜する。続いて、SiO2等の絶縁膜25を形成する。
続いて、同じく図5に示したように、半導体基板14の裏面14A側に被覆層32を形成する。このとき、被覆層32は溝21を跨いで繋がることなく、溝21上で断絶する。よって、被覆層32には、溝21に連通する開口33が形成される。被覆層32の材料としては、例えば、SiO2、およびTa25などの他の酸化膜を用いる。
被覆層32を形成する工程においては、被覆層32の端部に、開口33の入口33Aを狭めるオーバーハング部32Aを形成しておくことが好ましい。オーバーハング部32Aは、開口33の入口33A内に垂れ下がるように形成されている。これにより、開口33は、入口33Aから奥33Bに向かって径が広くなる形状となっている。その理由は後述する。
被覆層32を形成したのち、図6に示したように、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition;化学気相成長)またはALD(Atomic Layer Deposition;原子層堆積)により、溝21および開口33に埋込み膜34を埋め込む。これにより、溝21内に第1分離層22を形成すると共に、開口33内に第2分離層23を形成する。このようにして、第2分離層23が、第1分離層22と一体に形成されると共に第1分離層22と同一材料より構成される。
ここで、前述したように、被覆層32を形成する工程において、被覆層32の端部に、開口33の入口33Aを狭めるオーバーハング部32Aを形成しておくことが好ましい。これにより、溝21および開口33に埋込み膜34を埋め込む工程において、第2分離層23を、オーバーハング部32Aの形状にならって、容易に、第1分離層22から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成することが可能となる。
埋込み膜34の材料としては、上述した第1分離層22および第2分離層23と同様に、例えば、タングステン(W),銀(Ag),アルミニウム(Al),Rh(ロジウム)などの金属を用いる。また、埋込み膜34を、上述した第1分離層22および第2分離層23と同様に、Low−k膜などのカラーフィルタ12よりも低屈折率の材料により構成することも可能である。いずれの場合も、成膜工程は上述と同様である。
埋込み膜34を形成したのち、図7に示したように、例えばエッチバックまたはCMP(Chemical Mechanical Polishing;化学機械研磨)により、埋込み膜34のうち被覆層32の上に形成された部分を除去する。
そののち、図8に示したように、フッ化水素(HF)等を用いたウェット処理により、被覆層32およびハードマスク31を除去する。これにより、第2分離層23が半導体基板14の裏面14Aから突出した状態となる。このとき、ピニング膜24は半導体基板14の裏面14Aに残存する。
続いて、図9に示したように、第2分離層23の露出した表面に反射防止膜26を形成する。
反射防止膜26を形成したのち、図10に示したように、第2分離層23で区画された領域内にカラーフィルタ12を形成する。最後に、カラーフィルタ12の上にオンチップレンズ13を配設する。以上により、図1に示した固体撮像装置1が完成する。
この固体撮像装置1では、光電変換素子11に、オンチップレンズ13を介して光が入射すると、この光は、光電変換素子11を通過し、その通過過程において赤、緑、青の色光毎に光電変換される。ここでは、画素10の境界線に分離構造20が設けられている。分離構造20の第1分離層22は、光電変換素子11の境界線に沿った溝21内に設けられている。この溝21は、半導体基板14の裏面14Aから特定色光、例えば緑色光の光電変換が起こる深さD21まで設けられている。よって、光電変換素子11で生じた電子e−が隣接する画素10に流れ込むのが抑えられ、半導体基板14内部で生じる混色(バルク内混色)が抑制される。また、分離構造20の第2分離層23は、カラーフィルタ12の境界線に設けられ、第1分離層22と一体をなすと共に第1分離層22と同一材料により構成されている。よって、斜め入射光Lは第2分離層23で反射されて隣接する画素10への混入が抑えられ、半導体基板14の裏面14A(受光面11A)よりもカラーフィルタ12側で生じる混色(上層混色)が抑制される。
このように本実施の形態の固体撮像装置1では、分離構造20の第1分離層22を、光電変換素子11の境界線に沿った溝21内に設け、この溝21を、半導体基板14の裏面14Aから特定色光の光電変換が起こる深さD21まで設けるようにしている。また、分離構造20の第2分離層23を、カラーフィルタ12の境界線に、第1分離層22と一体に設けると共に第1分離層22と同一材料により構成するようにしている。よって、半導体基板14内部で生じる混色(バルク内混色)を第1分離層22により抑制すると共に、半導体基板14の裏面14A(受光面11A)よりも上層側(カラーフィルタ12側)で生じる混色(上層混色)を第2分離層23により抑制し、混色を確実に抑制することが可能となる。
また、第2分離層23を、第1分離層22から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状としたので、第2分離層23の側面のテーパー構造が導波路的な機能をもち、オンチップレンズ13の瞳補正を不要とすることが可能となる。
また、本実施の形態では、半導体基板14の裏面14Aから溝21を設けたのち、半導体基板14の裏面14A側に、溝21に連通する開口33をもつ被覆層32を形成し、溝21および開口33に埋込み膜34を埋め込むことにより、第1分離層22および第2分離層23を形成するようにしている。よって、第2分離層23を、第1分離層22と一体に形成すると共に第1分離層22と同一材料より構成することが容易となる。また、セルフアラインにより第2分離層23を高い位置精度で形成することが可能となり、製造ばらつきに左右されない特性を得ることが可能となる。
更に、被覆層32を形成する工程においては、被覆層32の端部にオーバーハング部32Aを形成し、開口33の入口33Aを狭めておくようにしている。よって、溝21および開口33に埋込み膜34を埋め込む工程において、第2分離層23を、オーバーハング部32Aの形状にならって、容易に、第1分離層22から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成することが可能となる。
(第2の実施の形態)
図12は、本開示の第2の実施の形態に係る固体撮像装置1Aの断面構成を表したものである。本実施の形態は、第2分離層23の上面23Aに、反射防止膜26を被せることにより、外光が第2分離層23の上面23Aで反射され、反射光がカメラのレンズ等に入射してしまうのを抑えるようにしたものである。このことを除いては、この固体撮像装置1Aは、上記第1の実施の形態と同一の構成、作用および効果を有している。
この固体撮像装置1Aは、例えば次のようにして製造することができる。
図13ないし図19は、固体撮像装置1Aの製造方法を工程順に表したものである。まず、図13に示したように、半導体基板14内に光電変換素子11を設け、半導体基板14の裏面14Aを研磨して光電変換素子11の受光面11Aを形成する。
次いで、同じく図13に示したように、半導体基板14の裏面14Aに、トレンチ加工用のハードマスク31を形成する。
続いて、図14に示したように、このハードマスク31を用いて半導体基板14をトレンチ状に加工し、溝21を形成する。溝21は、光電変換素子11の境界線に、半導体基板14の裏面14Aから特定色光、例えば緑色光の光電変換が起こる深さD21まで設ける。
そののち、同じく図14に示したように、ハードマスク31を除去し、溝21の内面および半導体基板14の裏面14Aに、Ta25,HfO2,Al23,TiO2よりなるピニング膜24を薄く成膜する。続いて、SiO2等の絶縁膜25を例えば10nmの厚みで形成する。
続いて、図15に示したように、例えばCVDまたはALDにより、溝21に埋込み膜34を埋め込むと共に、半導体基板14の裏面14A側(絶縁膜25の表面)を埋込み膜34で被覆する。このとき、埋込み膜34の上面34Aの溝21に対向する位置には、緩やかな窪み34Bが形成される。窪み34Bは、例えば、直径が50nm〜100nm、深さが60nm〜70nmである。
埋込み膜34の材料としては、上述した第1分離層22および第2分離層23と同様に、例えば、タングステン(W),銀(Ag),アルミニウム(Al),Rh(ロジウム)などの金属を用いる。また、埋込み膜34を、上述した第1分離層22および第2分離層23と同様に、Low−k膜などのカラーフィルタ12よりも低屈折率の材料により構成することも可能である。いずれの場合も、成膜工程は上述と同様である。
埋込み膜34を形成したのち、図16に示したように、埋込み膜34の上面34Aにマスク材料層35Aを形成する。マスク材料層35Aの材料としては、反射防止膜26の材料と同様に、例えば、TiNなどのバリアメタル,SiN,SiONなどを用いる。
マスク材料層35Aを形成したのち、埋込み膜34のCMP研磨を行うと、埋込み膜34の上面34Aの窪み34Bにマスク材料層35Aが残存する。このようにして、図17に示したように、埋込み膜34の上面34Aの溝21に対向する位置(窪み34B)に、マスク層35を形成する。
マスク層35を形成したのち、埋込み膜34をエッチバックすると、埋込み膜34のうちマスク層35から露出されていない部分が除去されていく。これにより、図18に示したように、溝21内に第1分離層22を形成すると共に、溝21とマスク層35との間に第2分離層23を形成する。第2分離層23は、第1分離層22と一体に形成されると共に第1分離層22と同一材料より構成される。マスク層35は、第2分離層23の上面23Aに残存する。
埋込み膜34のエッチバック工程では、埋込み膜34の上面34Aに近い部分(浅い部分)ほど処理時間が長くなり、削られる量がより多くなる。そのため、第2分離層23は、第1分離層22から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成される。
マスク層35は、第2分離層23の上面23Aを被覆する。よって、マスク層35の材料として、反射防止膜26の材料と同様に、例えば、TiNなどのバリアメタル,SiN,SiONなどを用いることにより、マスク層35に反射防止膜26を兼ねさせることが可能となる。
そののち、図19に示したように、第2分離層23で区画された領域内にカラーフィルタ12を形成する。最後に、カラーフィルタ12の上にオンチップレンズ13を配設する。以上により、図12に示した固体撮像装置1Aが完成する。
このように本実施の形態では、半導体基板14の裏面14Aから溝21を設けたのち、溝21に埋込み膜34を埋め込むと共に、半導体基板14の裏面14A側を埋込み膜34で被覆し、この埋込み膜34の上面34Aの溝21に対向する位置にマスク層35を形成する。そののち、埋込み膜34をエッチバックすることにより溝21内に第1分離層22を形成すると共に、溝21とマスク層35との間に第2分離層23を形成するようにしている。よって、第2分離層23を、第1分離層22と一体に形成すると共に第1分離層22と同一材料より構成することが容易となる。また、セルフアラインにより第2分離層23を高い位置精度で形成することが可能となり、製造ばらつきに左右されない特性を得ることが可能となる。
また、埋込み膜34をエッチバックする工程において、マスク層35に、第2分離層23の上面23Aを被覆させるようにしたので、マスク層35に、反射防止膜26を兼ねさせることが可能となる。
更に、埋込み膜34をエッチバックする工程において、第2分離層23を、第1分離層22から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成するようにしたので、第2分離層23の側面のテーパー構造が導波路的な機能をもち、オンチップレンズ13の瞳補正を不要とすることが可能となる。
(固体撮像装置の全体構成)
図20は、上記実施の形態において説明した固体撮像装置1の全体構成を表す機能ブロック図である。この固体撮像装置1は、撮像画素領域としての画素部110を有すると共に、例えば行走査部131、水平選択部133、列走査部134およびシステム制御部132からなる回路部130を有している。回路部130は、画素部110の周辺領域に設けられていてもよいし、画素部110と積層されて(画素部110に対向する領域に)設けられていてもよい。
画素部110は、例えば行列状に2次元配置された複数の有色画素10および白色画素20(画素10)を有している。この画素10には、例えば画素行ごとに画素駆動線Lread(具体的には行選択線およびリセット制御線)が配線され、画素列ごとに垂直信号線Lsig が配線されている。画素駆動線Lreadは、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Lreadの一端は、行走査部131の各行に対応した出力端に接続されている。
行走査部131は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部1aの各画素10を、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部131によって選択走査された画素行の各画素10から出力される信号は、垂直信号線Lsig の各々を通して水平選択部133に供給される。水平選択部133は、垂直信号線Lsig ごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
列走査部134は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部133の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部134による選択走査により、垂直信号線Lsig の各々を通して伝送される各画素の信号が
順番に水平信号線135に伝送され、当該水平信号線135を通して出力される。
システム制御部132は、外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、固体撮像装置1の内部情報などのデータを出力するものである。システム制御部132はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部131、水平選択部133および列走査部134などの駆動制御を行う。
(適用例)
上記実施の形態等の固体撮像装置1は、例えばデジタルスチ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など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図21に、その一例として、電子機器2(カメラ)の概略構成を示す。この電子機器2は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、例えば、固体撮像装置1と、光学系(撮像レンズ)310と、シャッタ装置311と、固体撮像装置1およびシャッタ装置311を駆動する駆動部313(上記回路部130を含む)と、信号処理部312と、ユーザインターフェイス314と、モニタ315とを有する。
光学系310は、被写体からの像光(入射光)を固体撮像装置1の画素部110へ導くものである。この光学系310は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置311は、固体撮像装置1への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部313は、固体撮像装置1の転送動作およびシャッタ装置311のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部312は、固体撮像装置1から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Dout は、モニタ315に出力される。あるいは、映像信号Dout は、メモリなどの記憶媒体に記憶されてもよい。ユーザインターフェイス314では、撮影シーンの指定(ダイナミックレンジの指定、波長(テラヘルツ、可視、赤外、紫外、X線等)の指定など)が可能であり、この指定(ユーザインターフェイス314からの入力信号)は、駆動部313に送られ、これに基づいて固体撮像装置1において所望の撮像がなされる。
以上、実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、固体撮像装置1,1Aの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。
また、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚さ、または成膜方法および成膜条件等は限定されるものではなく、他の材料および厚さとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。
なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
(1)
画素と、前記画素の境界線に設けられた分離構造とを有し、
前記画素は、
半導体基板内に設けられた光電変換素子と、
前記半導体基板の裏面側に、前記光電変換素子に対向して配置されたカラーフィルタと
を備え、
前記分離構造は、
前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで設けられた溝と、
前記溝内に設けられた第1分離層と、
前記カラーフィルタの境界線に設けられ、前記第1分離層と一体をなすと共に前記第1分離層と同一材料よりなる第2分離層と
を備えた固体撮像装置。
(2)
前記特定色光は、緑色光である
前記(1)記載の固体撮像装置。
(3)
前記第1分離層および前記第2分離層は、金属により構成されている
前記(1)または(2)記載の固体撮像装置。
(4)
前記第1分離層および前記第2分離層は、前記カラーフィルタよりも低屈折率の材料により構成されている
前記(1)または(2)記載の固体撮像装置。
(5)
前記第2分離層の上面は、前記カラーフィルタの光入射面と同じ高さまたは前記カラーフィルタの光入射面よりも高い位置にある
前記(1)ないし(4)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(6)
前記第2分離層の上面に、反射防止膜が設けられている
前記(1)ないし(5)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(7)
前記第2分離層は、前記第1分離層から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状をなしている
前記(1)ないし(6)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(8)
前記溝の内面に、ピニング膜が設けられている
前記(1)ないし(7)のいずれかに記載の固体撮像装置。
(9)
半導体基板内に光電変換素子を設け、前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで溝を設ける工程と、
前記半導体基板の裏面側に被覆層を形成すると共に、前記被覆層に、前記溝に連通する開口を設ける工程と、
前記溝および前記開口に埋込み膜を埋め込むことにより、前記溝内に第1分離層を形成すると共に前記開口内に第2分離層を形成し、前記第2分離層を、前記第1分離層と一体に形成すると共に前記第1分離層と同一材料より構成する工程と、
前記埋込み膜のうち前記被覆層の上に形成された部分を除去する工程と、
前記被覆層を除去する工程と、
前記第2分離層で区画された領域内にカラーフィルタを形成する工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。
(10)
前記被覆層を形成する工程において、前記被覆層の端部に、前記開口の入口を狭めるオーバーハング部を形成し、
前記溝および前記開口に埋込み膜を埋め込む工程において、前記第2分離層を、前記オーバーハング部の形状にならって、前記第1分離層から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成する
前記(9)記載の固体撮像装置の製造方法。
(11)
半導体基板内に光電変換素子を設け、前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで溝を設ける工程と、
前記溝に埋込み膜を埋め込むと共に、前記半導体基板の裏面側を前記埋込み膜で被覆する工程と、
前記埋込み膜の上面にマスク材料層を形成し、前記マスク材料層を研磨することにより、前記埋込み膜の上面の前記溝に対向する位置にマスク層を形成する工程と、
前記埋込み膜をエッチバックすることにより前記溝内に第1分離層を形成すると共に、前記溝と前記マスク層との間に第2分離層を形成し、前記第2分離層を、前記第1分離層と一体に形成すると共に前記第1分離層と同一材料より構成する工程と、
前記第2分離層で区画された領域内にカラーフィルタを形成する工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。
(12)
前記埋込み膜をエッチバックする工程において、前記マスク層に、前記第2分離層の上面を被覆させる
前記(11)記載の固体撮像装置の製造方法。
(13)
前記マスク層に、反射防止膜を兼ねさせる
前記(12)記載の固体撮像装置の製造方法。
(14)
前記埋込み膜をエッチバックする工程において、前記第2分離層を、前記第1分離層から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成する
前記(11)ないし(13)のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
(15)
固体撮像装置を有し、
前記固体撮像装置は、
画素と、前記画素の境界線に設けられた分離構造とを有し、
前記画素は、
半導体基板内に設けられた光電変換素子と、
前記半導体基板の裏面側に、前記光電変換素子に対向して配置されたカラーフィルタと
を備え、
前記分離構造は、
前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで設けられた溝と、
前記溝内に設けられた第1分離層と、
前記カラーフィルタの境界線に設けられ、前記第1分離層と一体をなすと共に前記第1分離層と同一材料よりなる第2分離層と
を備えた電子機器。
1,1A…固体撮像装置、2…電子機器、10…画素、11…光電変換素子、11A…受光面、12…カラーフィルタ、13…オンチップレンズ、14…半導体基板、14A…裏面、20…分離構造、21…溝、22…第1分離層、23…第2分離層、24…ピニング膜、25…絶縁膜、26…反射防止膜。


Claims (15)

  1. 画素と、前記画素の境界線に設けられた分離構造とを有し、
    前記画素は、
    半導体基板内に設けられた光電変換素子と、
    前記半導体基板の裏面側に、前記光電変換素子に対向して配置されたカラーフィルタと
    を備え、
    前記分離構造は、
    前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで設けられた溝と、
    前記溝内に設けられた第1分離層と、
    前記カラーフィルタの境界線に設けられ、前記第1分離層と一体をなすと共に前記第1分離層と同一材料よりなる第2分離層と
    を備えた固体撮像装置。
  2. 前記特定色光は、緑色光である
    請求項1記載の固体撮像装置。
  3. 前記第1分離層および前記第2分離層は、金属により構成されている
    請求項1記載の固体撮像装置。
  4. 前記第1分離層および前記第2分離層は、前記カラーフィルタよりも低屈折率の材料により構成されている
    請求項1記載の固体撮像装置。
  5. 前記第2分離層の上面は、前記カラーフィルタの光入射面と同じ高さまたは前記カラーフィルタの光入射面よりも高い位置にある
    請求項1記載の固体撮像装置。
  6. 前記第2分離層の上面に、反射防止膜が設けられている
    請求項1記載の固体撮像装置。
  7. 前記第2分離層は、前記第1分離層から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状をなしている
    請求項1記載の固体撮像装置。
  8. 前記溝の内面に、ピニング膜が設けられている
    請求項1記載の固体撮像装置。
  9. 半導体基板内に光電変換素子を設け、前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで溝を設ける工程と、
    前記半導体基板の裏面側に被覆層を形成すると共に、前記被覆層に、前記溝に連通する開口を設ける工程と、
    前記溝および前記開口に埋込み膜を埋め込むことにより、前記溝内に第1分離層を形成すると共に前記開口内に第2分離層を形成し、前記第2分離層を、前記第1分離層と一体に形成すると共に前記第1分離層と同一材料より構成する工程と、
    前記埋込み膜のうち前記被覆層の上に形成された部分を除去する工程と、
    前記被覆層を除去する工程と、
    前記第2分離層で区画された領域内にカラーフィルタを形成する工程と
    を含む固体撮像装置の製造方法。
  10. 前記被覆層を形成する工程において、前記被覆層の端部に、前記開口の入口を狭めるオーバーハング部を形成し、
    前記溝および前記開口に埋込み膜を埋め込む工程において、前記第2分離層を、前記オーバーハング部の形状にならって、前記第1分離層から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成する
    請求項9記載の固体撮像装置の製造方法。
  11. 半導体基板内に光電変換素子を設け、前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで溝を設ける工程と、
    前記溝に埋込み膜を埋め込むと共に、前記半導体基板の裏面側を前記埋込み膜で被覆する工程と、
    前記埋込み膜の上面にマスク材料層を形成し、前記マスク材料層を研磨することにより、前記埋込み膜の上面の前記溝に対向する位置にマスク層を形成する工程と、
    前記埋込み膜をエッチバックすることにより前記溝内に第1分離層を形成すると共に、前記溝と前記マスク層との間に第2分離層を形成し、前記第2分離層を、前記第1分離層と一体に形成すると共に前記第1分離層と同一材料より構成する工程と、
    前記第2分離層で区画された領域内にカラーフィルタを形成する工程と
    を含む固体撮像装置の製造方法。
  12. 前記埋込み膜をエッチバックする工程において、前記マスク層に、前記第2分離層の上面を被覆させる
    請求項11記載の固体撮像装置の製造方法。
  13. 前記マスク層に、反射防止膜を兼ねさせる
    請求項12記載の固体撮像装置の製造方法。
  14. 前記埋込み膜をエッチバックする工程において、前記第2分離層を、前記第1分離層から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成する
    請求項11記載の固体撮像装置の製造方法。
  15. 固体撮像装置を有し、
    前記固体撮像装置は、
    画素と、前記画素の境界線に設けられた分離構造とを有し、
    前記画素は、
    半導体基板内に設けられた光電変換素子と、
    前記半導体基板の裏面側に、前記光電変換素子に対向して配置されたカラーフィルタと
    を備え、
    前記分離構造は、
    前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで設けられた溝と、
    前記溝内に設けられた第1分離層と、
    前記カラーフィルタの境界線に設けられ、前記第1分離層と一体をなすと共に前記第1分離層と同一材料よりなる第2分離層と
    を備えた電子機器。
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