JP4798232B2 - 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 - Google Patents

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本発明は、固体撮像装置とその製造方法、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
特開２００３−３１７８５号公報 特開２００５−３５３６３１号公報 特開２００５−３５３９５５号公報 特開２００５−３４７７０７号公報 特開２００７−２５８６８４号公報
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。
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。
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。
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。
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。
本発明は、上述の点に鑑み、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とその製造方法、及び電子機器を提供するものである。
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、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、層間絶縁膜を介して複数層の配線が形成された多層配線層を有する。さらに、この固体撮像装置は、光電変換部が配列された受光面に形成され、シリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜よりも受光面側に積層された、シリコン酸化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率膜とを含む積層膜で構成される反射防止膜と、反射防止膜上に形成された、シリコン酸化膜からなる絶縁膜と、絶縁膜上の画素境界に形成された遮光膜とを有し、画素トランジスタと多層配線層が受光面と反対側に形成された裏面照射型固体撮像装置として構成される。
本発明の固体撮像装置では、光電変換部が配列された受光面の画素境界に絶縁層を介して形成された遮光膜を有するので、この遮光膜みによりオンチップマイクロレンズで集光しきれない光の隣接画素への進入が阻止される。また、この画素境界の遮光膜により、有効画素への回折光の入射が抑制される。反射防止膜上に絶縁膜を有するので、最適な反射防止膜の維持、感度や分光特性の安定化が図れる。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、光電変換部と画素トランジスタからなる複数の画素が形成された半導体基板の表面の上部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を形成する工程と、半導体基板の受光面となる裏面上に、シリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜よりも受光面側に積層された、シリコン酸化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率膜とを含む積層膜で構成される複数膜による反射防止膜を形成する工程と、反射防止膜上に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成する工程を有する。本発明は、その後、絶縁膜上の画素境界に対応する部分に選択的に遮光膜を形成する工程と、オンチップカラーフィルタ及びオンチップマイクロレンズを順次形成する工程とを有する。
本発明の固体撮像装置の製造方法では、反射防止膜上に絶縁膜を形成し、この絶縁膜上の画素境界に対応する部分に、選択的に遮光膜を形成している。この絶縁膜の膜厚は反射防止膜の膜厚に比べて十分に厚いので、仮に遮光膜の選択加工で絶縁膜が多少削られても、分光感度特性に影響を与えることがすくない。遮光膜を受光面に近い位置に形成するので、オンチップマイクロレンズで集光しきれない光の隣接画素への入射を抑制し、また有効画素への回折光の入射を抑制する。受光面上に反射防止膜を形成するので、半導体基板裏面の受光面での反射が抑制される。
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、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、層間絶縁膜を介して複数層の配線が形成された多層配線層と、光電変換部が配列された受光面に形成され、シリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜よりも受光面側に積層された、シリコン酸化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率膜とを含む積層膜で構成される反射防止膜と、反射防止膜上に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜と、絶縁膜上の画素境界に形成された遮光膜とを有し、画素トランジスタと多層配線層が前記受光面と反対側に形成された裏面照射型固体撮像装置として構成される。
本発明の電子機器では、本発明の画素境界に遮光膜を有する固体撮像装置を備えるので、固体撮像装置において、オンチップマイクロレンズで集光しきれない光の隣接画素への進入が阻止され、また、有効画素への回折光の入射を防ぐことができる。反射防止膜上に絶縁膜を有するので、最適な反射防止膜の維持、感度や分光特性の安定化が図れる。
本発明に係る固体撮像装置によれば、画素境界の遮光膜により光の隣接画素への入射が抑制されるので、光学混色を低減することができる。また、画素境界の遮光膜により有効画素への回折光の入射が抑制されるので、Ｍｇフレアの発生を低減することができる。従って、光学混色の低減及び／又はＭｇフレアの低減により、画質の向上を図ることができる。また、反射防止膜上に絶縁膜を有するので、最適な反射防止膜を維持することができ、感度や分光特性を安定にすることができる。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、光学混色の低減及び／又はＭｇフレアの低減による、画質の向上を図ることができ、最適な反射防止膜を維持でき、感度や分光特性が安定した固体撮像装置を製造することができる。
本発明に係る電子機器によれば、固体撮像装置において、光学混色を低減し、Ｍｇフレアを低減することができ、また、最適な反射防止膜が維持でき、感度や分光特性が安定するので、高画質の画像が得られる。
本発明に適用されるＣＭＯＳ固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。 本発明の第１実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置を示す要部の構成図である。 Ａ，Ｂ 本発明の実施の形態の隣接画素への光学混色が低減する状態の説明図である。 本発明の実施の形態の入射した光の反射状態を示す説明図である。 本発明の実施の形態のＭｇフレアが低減する説明図である。 Ａ〜Ｂ 第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す製造工程図（その１）である。 Ｃ〜Ｄ 第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す製造工程図（その２）である。 本発明の第２実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置を示す要部の構成図である。 Ａ〜Ｂ 第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す製造工程図（その１）である。 Ｃ〜Ｄ 第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す製造工程図（その２）である。 Ａ〜Ｃ 本発明の遮光膜の開口形状の各例を示す平面図である。 本発明の第３実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置を示す要部の構成図である。 本発明の第４実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置を示す要部の構成図である。 本発明の第４実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置を示す要部の平面図である。 本発明の第５実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置を示す要部の構成図である。 本発明の第６実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置を示す要部の構成図である。 本発明の第７実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置を示す要部の構成図である。 本発明の第８実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置を示す要部の構成図である。 本発明の第９実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置を示す要部の構成図である。 本発明の第１０実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置を示す要部の構成図である。 本発明の第１１実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置を示す要部の構成図である。 本発明の第１２実施の形態に係る裏面照射型の固体撮像装置を示す要部の構成図である。 本発明の第１３実施の形態に係る表面照射型の固体撮像装置を示す要部の構成図である。 本発明の第１４実施の形態に係る表面照射型の固体撮像装置を示す要部の構成図である。 本発明の第１５実施の形態に係る電子機器の概略構成図である。 従来の裏面照射型の固体撮像装置における入射した光の反射状態を示す説明図である。 従来の裏面照射型の固体撮像装置において、Ｍｇフレアが発生する」状態を示す説明図である。 Ａ，Ｂ 従来の裏面照射型の固体撮像装置の隣接画素への光学混色が生じていることを示す説明図である。 従来の裏面照射型の固体撮像装置において、有効画素領域のオンチップマイクロレンズのレンズ高さに差が生じることを示す説明図である。 従来の表面照射型の固体撮像装置を示す概略図である。 従来の裏面照射型の固体撮像装置を示す概略図である。
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）
本発明の実施の形態に係る固体撮像装置では、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。
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。
＜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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
［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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
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３８とシリコン酸化膜３７の２層膜で形成される。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
［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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
＜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。
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。
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。
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。
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

Claims (21)

  1. 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、
    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、
    層間絶縁膜を介して複数層の配線が形成された多層配線層と、
    前記光電変換部が配列された受光面に形成され、シリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜よりも受光面側に積層された、シリコン酸化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率膜とを含む積層膜で構成される反射防止膜と、
    前記反射防止膜上に形成された、シリコン酸化膜からなる絶縁膜と、
    前記絶縁膜上の画素境界に形成された遮光膜と
    を有し、
    前記画素トランジスタと前記多層配線層が前記受光面と反対側に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。
  2. 前記絶縁膜は、前記反射防止膜の膜厚よりも厚い膜厚で形成されている
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記画素境界の遮光膜と同層でかつ同時に形成された周辺回路部の遮光膜を有する
    請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
  4. 前記遮光膜が半導体基板のグランド領域に接地されている
    請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
  5. 前記遮光膜の直上に平坦化膜を有する
    請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置。
  6. 前記平坦化膜上に前記オンチップカラーフィルタが形成されている
    請求項５記載の固体撮像装置。
  7. 前記反射防止膜の高屈折率膜は、ハフニウム酸化膜である
    請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像装置。
  8. 前記遮光膜は、アルミニウム、タングステンまたは銅で形成される
    請求項１乃至７のいずれかに記載の固体撮像装置。
  9. 前記オンチップカラーフィルタの下層に層内レンズを有する
    請求項１乃至８のいずれかに記載の固体撮像装置。
  10. 前記複数の画素に対応した各前記オンチップマイクロレンズ上に一様に連続する透明な平坦化膜を有する
    請求項１乃至９のいずれかに記載の固体撮像装置。
  11. 前記オンチップマイクロレンズの表面にレンズ面に沿うように反射防止膜を有する
    請求項１乃至９のいずれかに記載の固体撮像装置。
  12. 前記画素境界の遮光膜と同層でかつ同時に形成された光学的黒レベル領域の遮光膜を有する
    請求項１記載の固体撮像装置。
  13. 光電変換部と画素トランジスタからなる複数の画素が形成された半導体基板の表面の上部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を形成する工程と、
    前記半導体基板の受光面となる裏面上に、シリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜よりも受光面側に積層された、シリコン酸化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率膜とを含む積層膜で構成される反射防止膜を形成する工程と、
    前記反射防止膜上に、シリコン酸化膜からなる絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜上の画素境界に対応する部分に選択的に遮光膜を形成する工程と、
    オンチップカラーフィルタ及びオンチップマイクロレンズを順次形成する工程と
    を有する固体撮像装置の製造方法。
  14. 前記絶縁膜は、前記反射防止膜の膜厚よりも厚い膜厚で形成する
    請求項１３に記載の固体撮像装置の製造方法。
  15. 前記反射防止膜の高屈折率膜は、ハフニウム酸化膜である
    請求項１３又は１４に記載の固体撮像装置の製造方法。
  16. 前記遮光膜は、アルミニウム、タングステンまたは銅で形成する
    請求項１３乃至１５のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
  17. 固体撮像装置と、
    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、
    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、
    層間絶縁膜を介して複数層の配線が形成された多層配線層と、
    前記光電変換部が配列された受光面に形成され、シリコン酸化膜と、該シリコン酸化膜よりも受光面側に積層された、シリコン酸化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率膜とを含む積層膜で構成される反射防止膜と、
    前記反射防止膜上に形成された、シリコン酸化膜からなる絶縁膜と、
    前記絶縁膜上の画素境界に形成された遮光膜と
    を有し、
    前記画素トランジスタと前記多層配線層が前記受光面と反対側に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。
  18. 前記絶縁膜は、前記反射防止膜の膜厚よりも厚い膜厚で形成されている
    請求項１７に記載の電子機器。
  19. 前記固体撮像装置における前記画素境界の遮光膜が半導体基板のグランド領域に接地されている
    請求項１７又は１８に記載の電子機器。
  20. 前記反射防止膜の高屈折率膜は、ハフニウム酸化膜である
    請求項１７乃至１９のいずれかに記載の電子機器。
  21. 前記遮光膜は、アルミニウム、タングステンまたは銅で形成される
    請求項１７乃至２０のいずれかに記載の電子機器。
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