JP6083572B2 - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特にカラーフィルタ間に隔壁を用いた固体撮像装置及びその製造方法に関する。
半導体基板に複数形成された受光部のそれぞれに対応してカラーフィルタが形成されてなる固体撮像装置において、所定のカラーフィルタに対して斜めに入射した光が、所定のカラーフィルタに隣接する他のカラーフィルタやそれに対応する受光部に入射するのを抑制する技術として、カラーフィルタ間に隔壁を用いた固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１である。）。
図１６は、特許文献１に記載の固体撮像装置の断面図である。
特許文献１に記載の固体撮像装置では、受光部１０１の上に平坦化層１０３が形成され、受光部１０１の上方に形成されたフィルタ１０７〜１１０が有機ケイ素材料層１０４によって分割されている。つまり、各受光部１０１に対応したフィルタ１０７〜１１０間に有機ケイ素材料層１０４である隔壁が配されている。
この構成により、所定の受光部１０１に対して斜めから入射した光が、隔壁（有機ケイ素材料層１０４）により反射されたり、隔壁（有機ケイ素材料層１０４）に入射してその内部で吸収されたりして、所定の受光部１０１の隣の受光部１０１に達するのが抑制される。
特開平３−２８２４０３号公報
しかしながら、上記特許文献１に記載の固体撮像装置では、カラーフィルタの膜厚等が不均一となり、しみなどの色ムラ（画像ムラ）が発生するという問題がある。
つまり、固体撮像装置は、画素部以外に、遮光部や周辺回路部を有しているが、遮光部や周辺回路部には遮光やパッド等に使用される配線が存在し、その厚みにより、画素部と、配線を有する遮光部や周辺回路部とでは、その境界付近で、カラーフィルタの下地において大きな段差を生じている。なお、上述した隔壁は、画素部であって隣り合うカラーフィルタ同士の間に形成されている。また、隔壁を形成する膜（有機ケイ素材料層１０４）は遮光部や周辺回路部の上記した配線上にも形成されている。
つまり、遮光部や周辺回路部に配線による段差が存在する中で、画素部内に隔壁やカラーフィルタを形成するが、上記した段差の影響により、例えば隔壁形成時のレジスト材料、カラーフィルタ材料、マイクロレンズ形成材料等、段差の上に形成する膜を均一な膜厚で塗布形成できず、その結果、画素部においてしみなどの色ムラが発生してしまうという課題がある。
これらの対策には、段差を小さくするために、配線の厚さを低くすることが有効であると考えられるが、配線を薄くすると、配線の抵抗値が上昇したり、遮光特性が劣化したりする課題がある。
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、カラーフィルタ間に隔壁を有する固体撮像装置において、隔壁形成時に生じる表面段差を低減することを目的とする。
本発明の一態様に係る固体撮像装置は、画素部を有する固体撮像装置を対象とし、半導体基板と、半導体基板の上に形成された第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜の上に形成された第２の絶縁膜と、第２の絶縁膜の上に形成された第３の絶縁膜とを備え、画素部では、半導体基板に複数のフォトダイオードが形成され、第１の絶縁膜は、複数のフォトダイオードの各々の上方に位置する部分に凹部を有し、第２の絶縁膜は凹部を埋め込み、第２の絶縁膜の上に複数のフォトダイオードの各々に対応して複数のカラーフィルタが形成され、隣接するカラーフィルタ同士の間には、第３の絶縁膜の一部からなる隔壁が挿設され、凹部内に形成された第２の絶縁膜は、フォトダイオードに光を導く光導波路を構成し、画素部の外側の領域では、第２の絶縁膜の上に、少なくとも一部が第３の絶縁膜に覆われるように導電膜が形成され、導電膜の上と導電膜の周辺の第２の絶縁膜の上とに形成されている第３の絶縁膜の膜厚は、隔壁の膜厚よりも薄いことを特徴としている。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、画素部の外側の領域では、導電膜の周辺の第３の絶縁膜に溝部が形成されており、溝部の内壁面のうち導電膜より遠い方の内壁面から導電膜までの距離が、隔壁の膜厚以上であってもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、第３の絶縁膜は、第２の絶縁膜より屈折率が低い膜からなってもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、画素部の外側の領域は遮光部を含み、導電膜は遮光部に形成される遮光膜であってもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、画素部の外側の領域は周辺回路部を含み、周辺回路部は、第１の絶縁膜に形成された配線と、配線の上に形成され、配線と電気的に接続されるパッド電極とを有し、導電膜はパッド電極であってもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、画素部の外側の領域は遮光部と遮光部の外側に形成された周辺回路部とを含み、導電膜は第１の導電膜と第２の導電膜とを含み、第１の導電膜は遮光部に形成される遮光膜であり、周辺回路部は、第１の絶縁膜に形成された配線と、配線の上に形成され、配線と電気的に接続されるパッド電極とを有し、第２の導電膜はパッド電極であってもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、画素部の外側の領域では、導電膜の周辺の第２の絶縁膜の上に形成されている第３の絶縁膜の膜厚が隔壁の膜厚よりも薄い部分が導電膜の周囲を取り囲むように形成されていてもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、第２の絶縁膜と第３の絶縁膜との間に第４の絶縁膜が形成されており、導電膜は第４の絶縁膜の上に形成されており、画素部では、カラーフィルタは第３の絶縁膜及び第４の絶縁膜を貫通するように形成されていてもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、導電膜はアルミニウムを含む膜からなる単層膜であってもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置において、導電膜は少なくともアルミニウムを含む膜を有する積層膜であってもよい。
また、本発明の一態様に係る固体撮像装置の製造方法は、画素部を有する固体撮像装置の製造方法を対象とし、半導体基板における画素部に複数のフォトダイオードを形成する工程と、半導体基板の上に複数のフォトダイオードを覆うように第１の絶縁膜を形成する工程と、第１の絶縁膜における複数のフォトダイオードの各々の上方に位置する部分に凹部を選択的に形成する工程と、第１の絶縁膜の上に、凹部を埋め込むように第２の絶縁膜を形成することにより、フォトダイオードに光を導く光導波路を形成する工程と、画素部の外側の領域であって第２の絶縁膜の上に導電膜を形成する工程と、第２の絶縁膜の上及び導電膜の上に第３の絶縁膜を形成する工程と、画素部の外側の領域であって導電膜の上及び導電膜の周辺に形成されている第３の絶縁膜を薄膜化する工程と、画素部において第３の絶縁膜を貫通するように隔壁を形成する工程とを備えている。
本発明の一態様に係る固体撮像装置の製造方法において、画素部の外側の領域は遮光部と遮光部の外側に形成された周辺回路部とを含み、導電膜を形成する工程において導電膜として第１の導電膜と第２の導電膜とを形成し、第１の導電膜は遮光部に形成され、第２の導電膜は周辺回路部に形成されていてもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置の製造方法は、さらに、周辺回路部における第１の絶縁膜に配線を形成する工程を備え、第２の導電膜は配線と電気的に接続されるように形成されていてもよい。
本発明の一態様に係る固体撮像装置及びその製造方法によると、画素部の外側の遮光部及び周辺回路部において、遮光膜やパッド電極などの導電膜の厚みに起因した段差を低減することができ、下地段差の少ない状態で、画素部において隔壁の形成やカラーフィルタの形成等が可能となる。このため、各材料をウエハ上で各画素内において均一に形成できるので、しみなどの画像ムラが発生することはなく、特性の優れた固体撮像装置を提供することができる。
図１は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の模式断面図である。 図２は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の全体（半導体チップ）の模式平面図である。 図３は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図４は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図５は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図６は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図７は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図８は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図９は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図１０は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図１１は本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。 図１２は第１の除去領域及び第２の除去領域のレイアウトパターンの一例を示す平面図である。 図１３Ａは第１の除去領域及び第２の除去領域の溝幅の検討結果を示す図である。 図１３Ｂは第１の除去領域及び第２の除去領域の溝幅の検討結果を示す図である。 図１３Ｃは第１の除去領域及び第２の除去領域の溝幅の検討結果を示す図である。 図１３Ｄは第１の除去領域及び第２の除去領域の溝幅の検討結果を示す図である。 図１３Ｅは第１の除去領域及び第２の除去領域の溝幅の検討結果を示す図である。 図１３Ｆは第１の除去領域及び第２の除去領域の溝幅の検討結果を示す図である。 図１４Ａは遮光膜溝及びパッド電極溝の深さの検討結果を示す図である。 図１４Ｂは遮光膜溝及びパッド電極溝の深さの検討結果を示す図である。 図１４Ｃは遮光膜溝及びパッド電極溝の深さの検討結果を示す図である。 図１５は本発明の一実施形態の変形例に係る固体撮像装置の要部の模式断面図である。 図１６は特許文献１の固体撮像装置を示す模式断面図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。本発明は、請求の範囲によって特定される。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、本発明の課題を達成するのに必ずしも必要ではないが、より好ましい形態を構成するものとして説明される。また、図面において、実質的に同一の構成、動作、及び効果を表す要素については、同一の符号を付す。
（一実施形態）
本発明の一実施形態に係る固体撮像装置について図１と図２を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の模式断面図である。図２は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の全体（半導体チップ）の模式平面図である。なお、図２は固体撮像装置の全体を上方から見た平面視した図である。
図１に示すように、一実施形態に係る固体撮像装置は、シリコン（Ｓｉ）等からなる半導体基板１に区画された画素部Ａと遮光部Ｂと周辺回路部Ｃとから構成される。
図２に示すように、画素部Ａの周囲の一部に遮光部Ｂが配置され、画素部Ａと遮光部Ｂとの周囲に周辺回路部Ｃが配置されている。
まず、画素部Ａの構成について述べる。
画素部Ａは、半導体基板１の上部に形成されたｎ型層２と該ｎ型層２の上に形成されたｐ型層３とからなるフォトダイオード４０を有している。画素部Ａには、複数のフォトダイオード４０が二次元状（行列状）に配置されている。
半導体基板１の上には、フォトダイオード４０と隣接して、ゲート絶縁膜４を介在させたゲート電極５を有する複数のトランジスタが形成されている。このトランジスタは、入射光の光電変換によりフォトダイオード４０に蓄積された電荷を読み出す働きをする。ゲート絶縁膜４には、酸化シリコン等を用いることができ、ゲート電極５には、ポリシリコン等を用いることができる。
半導体基板１の全面には、各トランジスタ及びフォトダイオード４０を覆うように、上面が平坦化された酸化シリコン（ＳｉＯ２）等からなる下層絶縁膜６が形成されている。下層絶縁膜６の上には、窒化シリコン（ＳｉＮ）又は炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）等からなる下地絶縁膜７が形成されている。
下地絶縁膜７の上には、それぞれ酸化シリコン等からなる第１の層間絶縁膜８、第２の層間絶縁膜１１及び第３の層間絶縁膜１４が順次形成されている。第１の層間絶縁膜８におけるゲート電極５の上方の領域には、第１の内部配線９が形成されている。同様に、第２の層間絶縁膜１１における第１の内部配線９の上方の領域には、第２の内部配線１２が形成され、第３の層間絶縁膜１４における第２の内部配線１２の上方の領域には、第３の内部配線１５が形成されている。ここで、第１の内部配線９、第２の内部配線１２及び第３の内部配線１５には、例えば銅（Ｃｕ）又は銅を主成分とする金属を用いることができる。
第１の層間絶縁膜８と第２の層間絶縁膜１１との間には、第１の内部配線９の上面を覆う第１のライナ膜１０が形成されている。同様に、第２の層間絶縁膜１１と第３の層間絶縁膜１４との間には、第２の内部配線１２の上面を覆う第２のライナ膜１３が形成され、第３の層間絶縁膜１４の上には、第３の内部配線１５の上面を覆う第３のライナ膜１６が形成されている。ここで、第１のライナ膜１０、第２のライナ膜１３及び第３のライナ膜１６は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）又は炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）等からなり、第１の内部配線９、第２の内部配線１２及び第３の内部配線１５を構成する銅原子の拡散防止膜として機能する。
下層絶縁膜６の上に積層された、下地絶縁膜７、第１の層間絶縁膜８、第２の層間絶縁膜１１及び第３の層間絶縁膜１４、並びに第１のライナ膜１０、第２のライナ膜１３及び第３のライナ膜１６を、便宜上、第１の絶縁膜５０と呼ぶ。
第１の絶縁膜５０におけるフォトダイオード４０上方の領域には、光導波路となる凹部１７が形成されている。第１の絶縁膜５０の上には、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる第２の絶縁膜６０が、凹部１７を埋め込ように形成されている。第２の絶縁膜６０は凹部１７の外側の第１の絶縁膜５０の上面にも接するように形成されている。ここでは、第２の絶縁膜６０は、例えば膜厚が６００ｎｍの第１の埋め込み層１８と、該第１の埋め込み層１８の上に形成された第２の埋め込み層１９とから構成される。さらに、第１の埋め込み層１８における凹部１７の上端（開口）上の周縁部は壁面が上方に広がるように加工され、いわゆる肩落としエッチングがなされている。凹部１７内に形成された第２の絶縁膜６０は、フォトダイオード４０に光を導く光導波路を構成する。
第２の絶縁膜６０の上における画素部Ａに含まれる領域には、隔壁を形成するための第３の絶縁膜２３が形成されている。この第３の絶縁膜２３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ）からなる。
凹部１７の上方の第３の絶縁膜２３には、隔壁溝２７が形成されており、隔壁溝２７の中には青色フィルタ、赤色フィルタ、緑色フィルタ等の各色のカラーフィルタが形成されるが、図１では青色フィルタ２９ａが形成されている例を示している。すなわち、隣接するカラーフィルタ同士の間には、第３の絶縁膜２３からなる隔壁が挿設されている。ここで、カラーフィルタを形成する前に第２の絶縁膜６０の上に例えば有機系樹脂からなる平坦化膜が形成されていてもよい。
青色フィルタ２９ａ上には、集光用の例えば有機ポリマー等の材料からなるマイクロレンズ３０が上凸型に形成されている。
次に、遮光部Ｂの構成について述べる。
遮光部Ｂは、図２に示すように、画素部Ａの２辺を囲むように配置されている。ここで、遮光部Ｂには、図１に示すように、画素部Ａと同様に複数の画素が行列状に配置されている。
また、図１に示すように、遮光部Ｂには、半導体基板１の上及びその上部に画素部Ａと同様に、フォトダイオード４０と、ゲート絶縁膜４及びゲート電極５を有する複数のトランジスタとが形成されている。また、半導体基板１の上には、下層絶縁膜６、第１の絶縁膜５０及び第２の絶縁膜６０が形成されている。第１の絶縁膜５０には、第１の内部配線９、第２の内部配線１２及び第３の内部配線１５、並びに第１のライナ膜１０、第２のライナ膜１３及び第３のライナ膜１６が形成されている。しかし、画素部Ａとは異なり、遮光部Ｂには光導波路となる凹部１７は形成されていない。
第１の絶縁膜５０の光の遮光をしたい領域には、幅広の遮光膜２２が形成されている。必要に応じて、その遮光膜２２の下方には、幅広の第３の内部配線１５等を設けてもよい。
遮光膜２２上には第３の絶縁膜２３が形成されており、この第３の絶縁膜２３のうち遮光膜２２の周辺部に遮光膜２２を取り囲むように遮光膜溝２５が形成されている。この遮光膜溝２５の外端部から遮光膜２２までの距離ａは、第３の絶縁膜２３の最大膜厚より大きくなるように形成されている。ここで、遮光膜溝２５の外端部とは、遮光膜溝２５の内壁面のうち遮光膜２２より遠い方の内壁面をいう。この遮光膜溝２５は隔壁溝２７を形成する絶縁膜と同じ一連の膜である第３の絶縁膜２３に形成しているが、この遮光膜溝２５の深さは隔壁溝２７よりも浅く、遮光膜２２上には、薄い第３の絶縁膜２３が存在する構造となっている。言い換えると、遮光膜２２の上面及び遮光膜２２周辺の第２の絶縁膜６０の上面に形成されている第３の絶縁膜２３の膜厚は、隔壁の膜厚（画素部Ａにおける第３の絶縁膜２３の膜厚）よりも薄い。ここで、遮光膜２２には、例えばアルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウムを主成分とする金属を用いることができる。遮光膜２２は、例えばアルミニウムを含む膜からなる単層膜でもよいが、少なくともアルミニウムを含む膜を有する積層膜であってもよい。遮光膜２２は、例えば、チタン及び窒素化チタンの膜と、アルミニウムの膜とを順次形成した積層膜でもよい。遮光膜２２を構成するアルミニウムの上には、さらに、窒化チタン又はチタン等の反射防止膜（メタルキャップ）が必要に応じて、形成されても構わない。
また、第３の絶縁膜２３の上には、カラーフィルタとして青色フィルタ２９ａと赤色フィルタ２９ｂとが重ねて形成されている。２色のカラーフィルタを重ねるのは、光の遮光特性を向上させるためであるが、必須ではない。青色フィルタ２９ａ及び赤色フィルタ２９ｂの上には、マイクロレンズ３０の外延部が形成されているが、光の通路ではないので、画素部Ａとは異なり遮光部Ｂのマイクロレンズ３０の外延部は上凸型にはされていない。
次に、周辺回路部Ｃの構成について述べる。
周辺回路部Ｃは、図２に示すように、画素部Ａ、もしくは遮光部Ｂの周囲を囲むように配置されている。画素部Ａや遮光部Ｂと異なり、周辺回路部Ｃの半導体基板１の上部には、フォトダイオードは形成されていない。半導体基板１上には、下層絶縁膜６、第１の絶縁膜５０及び第２の絶縁膜６０が順次形成されている。第１の絶縁膜５０には、画素部Ａや遮光部Ｂと同様に、第１の内部配線９、第２の内部配線１２及び第３の内部配線１５、並びに第１のライナ膜１０、第２のライナ膜１３及び第３のライナ膜１６が形成されている。
また、第２の絶縁膜６０の上にはパッド電極２１が形成され、このパッド電極２１は第２の絶縁膜６０に形成されたコンタクトホール２０内に形成されたコンタクトを通じて、第３の内部配線１５と接続されている。遮光部Ｂと同様に、パッド電極２１の上面の一部上と、パッド電極２１の周辺の第２の絶縁膜６０上には第３の絶縁膜２３が形成されており、この第３の絶縁膜２３のうちパッド電極２１の周辺にパッド電極２１を取り囲むようにパッド電極溝２６が形成されている。このパッド電極溝２６の外端部からパッド電極２１までの距離ａは、第３の絶縁膜２３の膜厚より大きくなるように形成されている。ここで、パッド電極溝２６の外端部とは、パッド電極溝２６の内壁面のうちパッド電極２１より遠い方の内壁面をいう。このパッド電極溝２６は隔壁溝２７を形成する絶縁膜と同じ一連の膜である第３の絶縁膜２３に形成しているが、このパッド電極溝２６の深さは隔壁溝２７よりも浅く、パッド電極２１上には、薄い第３の絶縁膜２３が存在する構造となっている。言い換えると、パッド電極２１の上面及びパッド電極２１周辺の第２の絶縁膜６０上に形成されている第３の絶縁膜２３の膜厚は、隔壁の膜厚よりも薄い。パッド電極２１は固体撮像装置外部との電気的な接続を取るためのものである。ここで、コンタクトホール２０内に形成されたコンタクト及びパッド電極２１には、例えばアルミニウム（Ａｌ）又はアルミニウムを主成分とする金属を用いることができる。パッド電極２１は、例えばアルミニウムを含む膜からなる単層膜でもよいが、少なくともアルミニウムを含む膜を有する積層膜であってもよい。パッド電極２１は、例えば、チタン及び窒素化チタンの膜と、アルミニウムの膜とを順次形成した積層膜でもよい。パッド電極２１は、さらに、アルミニウムの上に窒化チタン又はチタン等の反射防止膜（メタルキャップ）を形成した積層膜であっても構わない。
第３の絶縁膜２３の上には、遮光部Ｂと同様にカラーフィルタやマイクロレンズ３０の外延部が形成されているが、パッド電極２１の一部が露出するように第３の絶縁膜２３、青色フィルタ２９ａ、赤色フィルタ２９ｂ及びマイクロレンズ３０の外延部にはこれらを貫通するパッド開口部２８が設けられている。
以上説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置は、画素部Ａを有する固体撮像装置であって、半導体基板１と、半導体基板１の上に形成された第１の絶縁膜５０と、第１の絶縁膜５０の上に形成された第２の絶縁膜６０と、第２の絶縁膜６０の上に形成された第３の絶縁膜２３とを備える。そして、画素部Ａでは、半導体基板１に複数のフォトダイオード４０が形成され、第１の絶縁膜５０は複数のフォトダイオード４０の各々の上方に位置する部分に凹部１７を有し、第２の絶縁膜６０は凹部１７を埋め込んでいる。さらに、画素部Ａでは、第２の絶縁膜６０の上に、複数のフォトダイオード４０の各々に対応して赤色フィルタ２９ｂ及び青色フィルタ２９ａ等の複数のカラーフィルタが形成され、隣接するカラーフィルタ同士の間には、第３の絶縁膜２３の一部からなる隔壁が挿設され、凹部１７内に形成された第２の絶縁膜６０は、フォトダイオード４０に光を導く光導波路を構成している。一方、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃ等の画素部Ａの外側の領域では、第２の絶縁膜６０の上に、少なくとも一部が第３の絶縁膜２３に覆われるようにパッド電極２１及び遮光膜２２等の導電膜が形成され、導電膜の上と導電膜の周辺の第２の絶縁膜６０の上とに形成されている第３の絶縁膜２３の膜厚は、隔壁（画素部Ａの第３の絶縁膜２３）の膜厚よりも薄い。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、画素部Ａの外側の領域では、導電膜の周辺の第３の絶縁膜２３に遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６等の溝部が形成されており、溝部の内壁面のうち導電膜より遠い方の内壁面から導電膜までの距離ａが、隔壁の膜厚以上である。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、第３の絶縁膜２３は、第２の絶縁膜６０より屈折率が低い膜からなる。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、画素部Ａの外側の領域は遮光部Ｂを含み、導電膜は遮光部Ｂに形成される遮光膜２２である。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、画素部Ａの外側の領域は周辺回路部Ｃを含み、周辺回路部Ｃは、第１の絶縁膜５０に形成された第１の内部配線９、第２の内部配線１２及び第３の内部配線１５等の配線と、配線の上に形成され、配線と電気的に接続されるパッド電極２１とを有し、導電膜はパッド電極２１である。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、画素部Ａの外側の領域は遮光部Ｂと遮光部Ｂの外側に形成された周辺回路部Ｃとを含み、導電膜は第１の導電膜と第２の導電膜とを含み、第１の導電膜は遮光部Ｂに形成される遮光膜２２であり、周辺回路部Ｃは、第１の絶縁膜５０に形成された配線と、配線の上に形成され、配線と電気的に接続されるパッド電極２１とを有し、第２の導電膜はパッド電極２１である。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、画素部Ａの外側の領域では、導電膜の周辺の第２の絶縁膜６０の上に形成されている第３の絶縁膜２３の膜厚が隔壁の膜厚よりも薄い部分（遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６が形成された第３の絶縁膜２３）が導電膜の周囲を取り囲むように形成されている。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、導電膜はアルミニウムを含む膜からなる単層膜である。
また、本実施形態に係る固体撮像装置では、導電膜は少なくともアルミニウムを含む膜を有する積層膜である。
これにより、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃにおいて、遮光膜２２及びパッド電極２１の上と遮光膜２２及びパッド電極２１の周辺の第２の絶縁膜６０の上とに形成されている第３の絶縁膜２３の膜厚が薄くされる。従って、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃにできた遮光膜２２及びパッド電極２１の厚みに起因した段差を低減することができ、下地段差の少ない状態で、隔壁の形成、カラーフィルタの形成、マイクロレンズの形成が可能となる。このため、各材料をウエハ上で各画素内において均一に形成できるので、しみなどの画像ムラが発生することはなく、特性の優れた固体撮像装置を提供することができる。
以下、前記のように構成された図１及び図２の固体撮像装置の製造方法について図３〜図１１を参照しながら説明する。図３〜図１１は、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の要部の製造方法を示す工程順の模式断面図である。
まず、図３に示すように、画素部Ａ及び遮光部Ｂにおいて、イオン注入法等により、半導体基板１の上部に、ｎ型層２及びｐ型層３からなる複数のフォトダイオード４０を選択的に形成した後、フォトダイオード４０と隣接してゲート絶縁膜４及びゲート電極５を選択的に形成する。一方、周辺回路部Ｃにおいて、イオン注入、ゲート絶縁膜４及びゲート電極５等を用いて、ｎ型もしくは、ｐ型のトランジスタを形成する（トランジスタは図示していない）。続いて、半導体基板１の上に、全面にわたって下層絶縁膜６を成膜する。その後、成膜した下層絶縁膜６の上面を全面にわたって化学機械研磨（ＣＭＰ）法又はレジストエッチバック法等により平坦化する。
続いて、下層絶縁膜６の上の全面に下地絶縁膜７を成膜し、続いて、第１の層間絶縁膜８、第１の内部配線９及び第１のライナ膜１０を下地絶縁膜７上に順次形成する。この工程により、画素部Ａ、遮光部Ｂ、及び周辺回路部Ｃにおいて、多層（３層）配線のうちの１層目の配線が形成される。この後、２層目及び３層目の配線を構成する第２の層間絶縁膜１１、第３の層間絶縁膜１４、第２の内部配線１２、第３の内部配線１５、第２のライナ膜１３及び第３のライナ膜１６を１層目と同様に形成する。
続いて、図４に示すように、画素部Ａにおいて、リソグラフィ法及びエッチング法等により、下地絶縁膜７から第３のライナ膜１６までの各絶縁膜からなる第１の絶縁膜５０におけるフォトダイオード４０の上方部分に、光導波路を形成するための凹部１７を選択的に形成する。このとき、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃの第１の絶縁膜５０には、凹部１７つまり光導波路が形成されない。
次に、例えばプラズマＣＶＤ法により、画素部Ａ、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃの第３のライナ膜１６の上に、例えば厚さが６００ｎｍの窒化シリコンからなる第１の埋め込み層１８を凹部１７の底面及び壁面並びに第３のライナ膜１６の上面を覆うように形成する。ここで形成される窒化シリコンの屈折率は、例えば１．９〜１．９５程度である。
次に、Ａｒスパッタエッチング法等により、第１の埋め込み層１８における凹部１７の上端部（開口端縁）上の部分に対してその周縁部（第１の埋め込み層１８の凹部の開口端縁）が上方に拡がるように第１の埋め込み層１８が形成される肩落としエッチングを行う。次に、再度、プラズマＣＶＤ法等により、第１の埋め込み層１８の上に、例えば厚さが約１０００ｎｍの窒化シリコンからなる第２の埋め込み層１９を、凹部１７を埋め込むように形成する。例えば第２の埋め込み層１９を構成する窒化シリコンも、第１の埋め込み層１８と同様の屈折率１．９〜１．９５程度を有している。
次に、ＣＭＰ法等により、半導体基板１上の全面に形成された第２の埋め込み層１９の上面に対して平坦化を図る研磨を行って第２の埋め込み層１９における凹部１７上方の凹みを消失させる。
次に、図５に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法等により、周辺回路部Ｃにおいて、第１の埋め込み層１８及び第２の埋め込み層１９の各絶縁膜からなる第２の絶縁膜６０に第３の内部配線１５を露出させるコンタクトホール２０を選択的に形成する。本実施形態においては、図２に示すように、パッド電極２１は、周囲に配置された周辺回路部Ｃにのみ設けられるため、コンタクトホール２０も周辺回路部Ｃにのみ形成される。
続いて、リソグラフィ法及びスパッタ法等により、例えば厚さが約７６０ｎｍの導電膜を遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃの第２の埋め込み層１９の上に形成する。この導電膜は遮光部Ｂにおいては遮光膜２２となり、周辺回路部Ｃにおいてはパッド電極２１となる。遮光膜２２及びパッド電極２１は例えば、膜厚が約１６０ｎｍのチタン、膜厚が約１００ｎｍの窒化チタン、膜厚が約５００ｎｍのアルミニウムを順次堆積することで形成できる。さらに、アルミニウムの上に窒化チタン又はチタン等の反射防止膜（メタルキャップ）を必要に応じて、形成しても構わない。このとき、画素部Ａの第２の埋め込み層１９の上には、導電膜が形成されない。
続いて、画素部Ａから周辺回路部Ｃにわたって全面に、例えば酸化シリコンからなる第３の絶縁膜２３を約５５０ｎｍ形成する。この膜は、画素部Ａにおいては、隔壁を形成するためのものであり、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃでは、それぞれ遮光膜２２及びパッド電極２１を保護する膜となる。
これらの結果、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃの第３の絶縁膜２３の表面では、画素部Ａの表面に比べて、遮光膜２２やパッド電極２１の高さの分だけ段差が形成されることになる。すなわち、本実施形態では例えば約７６０ｎｍだけ段差が形成されることになる。なお、画素部Ａと、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃとの内部配線層の数が異なる場合であっても遮光膜やパッド電極に起因する段差は同様に形成される。
次に、図６に示すように、リソグラフィ法、及びエッチング法等により、遮光部Ｂと周辺回路部Ｃとにおいて、遮光膜２２及びパッド電極２１の上から、遮光膜２２及びパッド電極２１の端部から２〜３μｍ離間した広い領域まで第３の絶縁膜２３の表面の一部をエッチング除去し、遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６を形成する。遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６の深さは、例えば約４００ｎｍとしている。このとき、遮光膜２２及びパッド電極２１の上に形成した第３の絶縁膜２３は完全に除去されず一部が残されており、例えば、遮光膜２２及びパッド電極２１の上に形成されている第３の絶縁膜２３の膜厚は１５０ｎｍ程度である。この薄く残った第３の絶縁膜２３により、遮光膜２２やパッド電極２１を保護することができる。
次に、図７に示すように、第３の絶縁膜２３の全面に例えば酸化シリコンからなる絶縁膜２４を約１００ｎｍ形成する。再度、酸化シリコンを形成するのは、遮光膜２２及びパッド電極２１の上に薄く残した第３の絶縁膜２３は、遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６を形成する際のエッチングに暴露されているため、遮光膜２２やパッド電極２１の信頼性が劣化する場合があるためである。新しく絶縁膜２４を形成することにより、アルミ配線等の配線の信頼性低下を抑制することができる。
次に、図８に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法等により、画素部Ａにおいて、隔壁溝２７を第３の絶縁膜２３及び絶縁膜２４を貫通するように形成する。ここでは、隔壁溝２７を例えば６５０ｎｍの深さで形成する。この隔壁溝２７には、カラーフィルタが埋め込まれる。隔壁溝２７は、固体撮像装置を上方から平面視したとき、格子状をしている。
次に、図９に示すように、リソグラフィ法及びエッチング法等により、周辺回路部Ｃにおいて、ワイヤーボンディング用のパッド開口部２８を第３の絶縁膜２３及び絶縁膜２４を貫通するように形成する。
次に、図１０に示すように、カラーフィルタを例えば、緑色フィルタ、青色フィルタ２９ａ、赤色フィルタ２９ｂの順で形成する（緑色フィルタは図示していない）。具体的には、画素部Ａにおいて、それぞれの隔壁溝２７に予め決められた色のカラーフィルタをそれぞれ形成する。隣接するカラーフィルタ同士の間には、第３の絶縁膜２３からなる隔壁が挿設された構造となる。図１０では、画素部Ａにおいて隔壁溝２７に青色フィルタ２９ａを形成し、遮光部Ｂと周辺回路部Ｃとにおいて青色フィルタ２９ａと赤色フィルタ２９ｂとを重ねて形成した場合を示している。パッド開口部２８においては、青色フィルタ２９ａ及び赤色フィルタ２９ｂは現像で除去され、形成されないようにする。
最後に、図１１に示すように、マイクロレンズ３０を形成する。マイクロレンズ３０は、集光特性を向上させるため、光の通路となる導波路の凹部１７の上方で上凸型になるように形成する。パッド電極２１の上に位置するマイクロレンズ３０の外延部は、リソグラフィ法及びエッチング法等によりパッド電極２１が露出するように除去される。
このような製造方法によれば、図１及び図２に示す固体撮像装置を得ることができる。
以下、本実施形態に係る固体撮像装置において形成した遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６の詳細と、遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６を形成した理由について順次説明する。
まず、遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６のレイアウトパターンの一例を図１２に示す。なお、図１２は画素部Ａ、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃを上方から平面視した図である。
図１２において、斜線部が遮光膜２２及びパッド電極２１を示している。また、遮光膜２２の周りを取り囲むように形成されている実線が第３の絶縁膜２３を一部除去する領域（以下、「第１の除去領域Ｄ」と言う。）の外端部（外縁）を示している。そして、パッド電極２１の周りを取り囲むように形成されている実線が第３の絶縁膜２３を一部除去する領域（以下、「第２の除去領域Ｅ」と言う。）の外端部（外縁）を示している。図１２の場合には、それぞれ第１の除去領域Ｄ及び第２の除去領域Ｅの実線より内側に遮光膜溝２５又はパッド電極溝２６が形成されることになる。また、第１の除去領域Ｄ及び第２の除去領域Ｅの外端部はそれぞれ遮光膜２２又はパッド電極２１より寸法（距離）ａの分だけ大きく形成されている。
次に、第１の除去領域Ｄ及び第２の除去領域Ｅの溝幅の検討結果を図１３Ａ〜図１３Ｆに示す。なお、図１３Ａ〜図１３Ｆは遮光膜２２上又はパッド電極２１上に形成された第３の絶縁膜２３を一部除去する領域の断面図である。特に、図１３Ａ、図１３Ｃ及び図１３Ｅは、遮光膜２２上又はパッド電極２１上に形成された第３の絶縁膜２３に対して、第１の除去領域Ｄ又は第２の除去領域Ｅを形成する前の断面図である。そして、図１３Ｂは図１３Ａに対して、図１３Ｄは図１３Ｃに対して、図１３Ｆは図１３Ｅに対して、第１の除去領域Ｄ又は第２の除去領域Ｅを形成した後、つまり第３の絶縁膜２３を一部除去した後の断面図である。
図１３Ａ、図１３Ｃ及び図１３Ｅにおいて、第２の絶縁膜６０と遮光膜２２又はパッド電極２１との上に、第３の絶縁膜２３が形成されている。ここで、第１の除去領域Ｄ又は第２の除去領域Ｅを形成する前の第３の絶縁膜２３の膜厚をＴ２３とする。
図１３Ａ及び図１３Ｂに、ａ（図１、図１２の距離ａ）＝０の場合、即ち、遮光膜２２の外端部の位置と第１の除去領域Ｄの外端部の位置とが等しい場合を示す。この場合、第３の絶縁膜２３の一部除去を行うと、図１３Ｂに示すように、除去後に遮光膜２２の周縁に第３の絶縁膜２３が突起状に残留した形状となる。Ｔ２３＞ａ＞０の場合でも、ａ＝０の場合と同様で突起状の部分が残留する。なお、第１の除去領域Ｄの面積が遮光膜２２の面積よりも小さく、第１の除去領域Ｄが遮光膜２２の上のみの場合も同様である。ここで、遮光膜２２の代わりにパッド電極２１が形成されている場合においても同様である。
図１３Ｃ及び図１３Ｄに、ａ＝Ｔ２３の場合、即ち、遮光膜２２の外端部から第１の除去領域Ｄの外端部までの距離が第３の絶縁膜２３の膜厚と等しい場合を示す。遮光膜２２上において第３の絶縁膜２３はＴ２３の膜厚で形成されているので、被着率を１００％と仮定すると、遮光膜２２の側壁上にもＴ２３の膜厚の第３の絶縁膜２３が形成される。この場合、第３の絶縁膜２３の一部除去を行うと、図１３Ｄに示すように、遮光膜２２の上に形成されている第３の絶縁膜２３の膜厚はＴ２３よりも薄くなり、且つ遮光膜２２の周縁に突起状の部分も残留することがないため、遮光膜２２に起因する段差を低減することができ、色ムラ（画像ムラ）を低減させることができる。ここで、遮光膜２２の代わりにパッド電極２１が形成されている場合においても同様である。
図１３Ｅ及び図１３Ｆに、ａ＞Ｔ２３の場合、即ち、遮光膜２２の外端部から第１の除去領域Ｄの外端部までの距離が、第３の絶縁膜２３の膜厚分（Ｔ２３）より大きくなる場合を示す。この場合、第３の絶縁膜２３の一部除去を行うと、図１３Ｆに示すように、第３の絶縁膜２３の突起状の部分が残留することなく、遮光膜２２に起因する段差を低減でき、さらに第３の絶縁膜２３について遮光膜２２の周縁にＴ２３より膜厚が薄い領域（遮光膜溝２５）が形成される。遮光膜２２周縁に形成された遮光膜溝２５により、その上に形成するカラーフィルタが貯留される領域ができ、遮光膜２２に起因する段差のできる領域をさらに低減することができ、色ムラ（画像ムラ）を確実に低減させることができる。ここで、遮光膜２２の代わりにパッド電極２１が形成されている場合においても同様である。
また、図１２に示したように、画素部Ａにおける隔壁溝２７と遮光部Ｂにおける遮光膜溝２５とは、重なり合わないように形成される。言い換えると、隔壁溝２７と遮光膜溝２５との間には必ず除去されていない状態のＴ２３の膜厚の第３の絶縁膜２３が形成されている。隔壁溝２７と遮光膜溝２５とが重なり合うと、隔壁が形成されないためである。同様に、隔壁溝２７とパッド電極溝２６とも重なり合わないように形成される。
また、ａ＞Ｔ２３の場合、隣り合う遮光膜２２同士の間隔又は隣り合うパッド電極２１同士の間隔ｂがＴ２３の２倍より小さい場合には、隣り合う溝同士が重なり合うように形成される。言い換えると、隣り合う遮光膜２２同士又は隣り合うパッド電極２１同士の間にＴ２３の膜厚の第３の絶縁膜２３が存在しない。遮光膜２２とパッド電極２１との間隔がＴ２３の２倍より小さい場合にも、同様にその遮光膜２２の溝（遮光膜溝２５）とパッド電極２１の溝（パッド電極溝２６）とは重なり合い、遮光膜２２とパッド電極２１との間にはＴ２３の膜厚の第３の絶縁膜２３が存在しない。
以上の検討より、遮光膜溝２５は、遮光膜２２の外端部から第１の除去領域Ｄの外端部までの距離ａが、第３の絶縁膜２３の膜厚分より大きくなるように形成されることが好ましい。ここで、第１の除去領域Ｄの外端部とは、図１において、遮光膜溝２５の内壁面のうち遮光膜２２より遠い方の内壁面をいう。同様に、パッド電極溝２６は、パッド電極２１の外端部から第２の除去領域Ｅの外端部までの距離ａが、第３の絶縁膜２３の膜厚分より大きくなるように形成されることが好ましい。ここで、第２の除去領域Ｅの外端部とは、図１において、パッド電極溝２６の内壁面のうちパッド電極２１より遠い方の内壁面をいう。画素部Ａにおいて形成される隔壁溝２７は、第３の絶縁膜２３を貫通するように形成されるため、上記を言い換えると、遮光膜溝２５は、遮光膜溝２５の外端部から遮光膜２２までの距離が、隔壁溝２７の深さより大きくなるように形成され、パッド電極溝２６は、パッド電極溝２６の外端部からパッド電極２１までの距離が、隔壁溝２７の深さより大きくなるように形成されることが好ましい。さらに、隔壁を形成するために遮光膜溝２５と隔壁溝２７との間には第３の絶縁膜２３が形成されていなければならない。また、パッド電極溝２６と隔壁溝２７との間にも第３の絶縁膜２３が形成されていなければならない。従って、遮光膜溝２５の外端部から遮光膜２２までの距離ａは、遮光膜２２と隔壁溝２７との間の距離ｃよりも小さくされる。同様に、パッド電極２１と隔壁溝２７とが隣接している場合は、パッド電極溝２６の外端部からパッド電極２１までの距離ａはパッド電極２１と隔壁溝２７との間の距離（図示していない）よりも小さくされる。
次に、ａ＞Ｔ２３の場合に、遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６の深さについて検討した結果を図１４Ａ〜図１４Ｃに示す。図１４Ａは、遮光膜溝２５又はパッド電極溝２６を形成する前の固体撮像装置の断面図であり、図１４Ｂ及び図１４Ｃは、遮光膜溝２５又はパッド電極溝２６を形成した後の固体撮像装置の断面図である。以下では、説明を簡単にするために、遮光膜溝２５の場合について説明するが、パッド電極溝２６についても同様である。なお、図１４Ａ〜図１４Ｃでは、遮光膜２２の膜厚をＴ２２（パッド電極２１の膜厚をＴ２１）、第３の絶縁膜２３の膜厚をＴ２３、遮光膜溝２５の深さをＴ２５（パッド電極溝２６の深さをＴ２６）で示している。
図１４Ｂに、Ｔ２５＝Ｔ２３の場合、即ち、第３の絶縁膜２３の膜厚と形成される遮光膜溝２５の深さとが等しい場合を示す。この条件の場合、遮光膜溝２５の形成を行うと、遮光膜２２に起因する段差をＴ２３だけ低減することができる。また、第３の絶縁膜２３を貫通すると共に第２の絶縁膜６０の表面に溝が形成されて構成される遮光膜溝２５の場合も同様である。
図１４Ｃに、Ｔ２５＜Ｔ２３の場合、即ち、第３の絶縁膜２３の膜厚より形成される遮光膜溝２５の深さのほうが小さい場合を示す。この条件の場合、遮光膜溝２５の形成を行うと、遮光膜２２に起因する段差をＴ２５だけ低減することができる。さらに、この条件の場合、遮光膜溝２５の形成を行うと、遮光膜２２の上に第３の絶縁膜２３が薄く残存するため、遮光膜２２の上部及びこれらの周縁に形成されている第２の埋め込み層１９や第１の埋め込み層１８が第３の絶縁膜２３から露出することがなく、例えば遮光膜溝２５の形成時のエッチングなどに暴露されることもないため、抵抗値の上昇や信頼性の低下という問題を抑えることができ、より好ましい。
本実施形態においては、遮光膜２２又はパッド電極２１に起因する段差（Ｔ２２又はＴ２１）は例えば約７６０ｎｍ、エッチング等により形成される遮光膜溝２５又はパッド電極溝２６の深さ（Ｔ２５又はＴ２６）は例えば約４００ｎｍとしているので、表面段差は例えば約７６０ｎｍから約３６０ｎｍに低減することができる。つまり、例えば約４００ｎｍ分の段差をなくすことができる。
また、遮光膜溝２５又はパッド電極溝２６を形成する前の表面段差は遮光膜２２又はパッド電極２１の厚み分（Ｔ２２又はＴ２１）であるので、形成される遮光膜溝２５又はパッド電極溝２６の深さはＴ２２又はＴ２１以下でよい。
つまり、遮光膜２２及びパッド電極２１に起因する段差を低減させ、さらに信頼性を低下させないために、形成される遮光膜溝２５又はパッド電極溝２６の深さは、０より大きく、遮光膜２２又はパッド電極２１上に形成した第３の絶縁膜２３の膜厚より小さいことが好ましい。
また、遮光膜溝２５又はパッド電極溝２６の深さは、隔壁溝２７の深さより浅いことが好ましい。
以上説明したように、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、画素部Ａを有する固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板１における画素部Ａに複数のフォトダイオード４０を形成する工程と、半導体基板１の上に、複数のフォトダイオード４０を覆うように第１の絶縁膜５０を形成する工程とを備えている。そして、固体撮像装置の製造方法は、さらに、第１の絶縁膜５０における複数のフォトダイオード４０の各々の上方に位置する部分に凹部１７を選択的に形成する工程と、第１の絶縁膜５０の上に、凹部１７を埋め込むように第２の絶縁膜６０を形成することにより、フォトダイオード４０に光を導く光導波路を形成する工程と、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃ等の画素部Ａの外側の領域であって第２の絶縁膜６０の上に遮光膜２２及びパッド電極２１等の導電膜を形成する工程とを備えている。そして、固体撮像装置の製造方法は、さらに、第２の絶縁膜６０の上及び導電膜の上に第３の絶縁膜２３を形成する工程と、画素部Ａの外側の領域であって導電膜の上及び導電膜の周辺に形成されている第３の絶縁膜２３を薄膜化する工程と、画素部Ａにおいて、第３の絶縁膜２３を貫通するように隔壁（隔壁溝２７の内部の第３の層間絶縁膜１４）を形成する工程とを備える。特に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、遮光膜２２及びパッド電極２１を形成した後、第３の絶縁膜２３を形成し、その第３の絶縁膜２３に遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６を形成することを特徴としている。
また、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法では、画素部Ａの外側の領域は遮光部Ｂと遮光部Ｂの外側に形成された周辺回路部Ｃとを含み、導電膜を形成する工程において、導電膜として第１の導電膜及び第２の導電膜を形成し、第１の導電膜（遮光膜２２）は遮光部Ｂに形成され、第２の導電膜（パッド電極２１）は周辺回路部Ｃに形成される。
また、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、さらに、周辺回路部Ｃにおける第１の絶縁膜５０に第１の内部配線９、第２の内部配線１２及び第３の内部配線１５等の配線を形成する工程を備え、第２の導電膜は配線と電気的に接続されるように形成される。
これにより、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃにできた遮光膜２２及びパッド電極２１の厚みに起因した段差を低減することができ、下地段差の少ない状態で、隔壁の形成、カラーフィルタの形成、マイクロレンズの形成が可能となる。このため、各材料をウエハ上で各画素内において均一に形成できるので、しみなどの画像ムラが発生することはなく、特性の優れた固体撮像装置を提供することができる。
（変形例）
次に、本実施形態の変形例の固体撮像装置について説明する。
図１５は、本実施形態の変形例に係る固体撮像装置の要部の模式断面図である。
この固体撮像装置は、半導体基板１内にフォトダイオートを有するのではなく、半導体基板１上に光電変換素子を有する点で本実施形態の固体撮像装置と異なる。この固体撮像装置は、積層型の固体撮像装置であるが、図１で示したフォトダイオード型と同様、半導体基板１に区画された画素部Ａと遮光部Ｂと周辺回路部Ｃとから構成されており、第１の内部配線９、第２の内部配線１２及び第３の内部配線１５等の内部配線を有する。以下、本実施形態の固体撮像装置と異なる点を中心に説明する。
画素部Ａ及び遮光部Ｂには、フォトダイオード４０は形成されていないが、入射光の光電変換を行う光電変換素子７０が内部配線より上方に形成されている。光電変換素子７０は、順次積層された、例えば窒化チタン等から構成される下部電極３２と、例えば有機材料を何層か形成してなる積層体から構成される光電変換膜３３と、例えば酸化インジウムズズ等から構成される上部電極３４とから構成されている。光電変換素子７０は、下部電極３２と接続されたコンタクトホール３１を介して内部配線と接続されている。光電変換素子７０（上部電極３４）と第３の絶縁膜２３との間には、第１の保護膜３５及び第２の保護膜３６が第２の絶縁膜として挿入されている。
遮光部Ｂ及び周辺部Ｃには、フォトダイオード型と同様に、遮光膜２２とパッド電極２１とが形成されている。つまり、画素部Ａには光電変換素子７０があり、遮光部Ｂには光電変換素子７０と遮光膜２２、周辺回路部Ｃにはパッド電極２１が形成されている。従って、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃでは遮光膜２２又はパッド電極２１により段差が形成されるが、このような段差上に、カラーフィルタ（青色フィルタ２９ａ及び赤色フィルタ２９ｂ）や、マイクロレンズ３０を形成すると、しみなどの画像ムラが発生し易い。しかし、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃにおいて遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６が形成されているため、フォトダイオード型と同様に、遮光膜２２及びパッド電極２１による段差を低減することができる。その結果、本変形例の固体撮像装置においても、しみなどの画像ムラの発生を低減することができ、特性の優れた固体撮像装置を提供することができる。
以上、本発明の固体撮像装置及びその製造方法について、実施形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
例えば、本実施形態においては、隔壁溝２７、遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６を形成する第３の絶縁膜２３を酸化シリコンにより構成するとしたが、これに必ずしも限定する必要はない。第３の絶縁膜２３は、カラーフィルタの屈折率及び第２の絶縁膜６０より低い屈折率の材料で構成されればよい。第３の絶縁膜２３を構成する材料として、例えば、屈折率が１.３〜１.６程度の材料が好ましい。
本実施形態においては、簡略化のため、下地（第１の絶縁膜５０）に形成している内部配線（第１の内部配線９、第２の内部配線１２及び第３の内部配線１５）は、画素部Ａ、遮光部Ｂ、周辺回路部Ｃともに３層の構成を用いて説明した。しかし、下地の内部配線はこの形態に必ずしも限定される必要はなく、例えば、画素部Ａの内部配線が２層で、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃの内部配線が３層の場合であっても、画素部Ａ内とそれ以外の領域で遮光膜２２又はパッド電極２１の厚みに起因する段差が少なくとも生じている状況は変わりなく、本実施形態の効果は同様に得ることができる。
本実施形態においては、第２の絶縁膜６０を形成した後に第２の絶縁膜６０に接するように遮光膜２２及びパッド電極２１を形成しているが、遮光膜２２及びパッド電極２１を形成する前に、第２の絶縁膜６０に接するように例えば酸化シリコンからなる第４の絶縁膜を形成し、その上に遮光膜２２及びパッド電極２１を形成してもよい。この場合、固体撮像装置では、第２の絶縁膜６０と第３の絶縁膜２３との間に第４の絶縁膜が形成され、遮光膜２２及びパッド電極２１等の導電膜は第４の絶縁膜の上に形成され、画素部Ａでは、カラーフィルタは第３の絶縁膜２３及び第４の絶縁膜を貫通するように形成される。ここで、画素部Ａにおいては第３の絶縁膜２３及び第４の絶縁膜を貫通するように隔壁溝２７を形成し、遮光部Ｂ及び周辺回路部Ｃにおける遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６は第３の絶縁膜２３を貫通し、第４の絶縁膜は貫通しない構造としてもよい。第４の絶縁膜は、第２の絶縁膜６０よりも屈折率が低い材料であることが好ましく、さらには、第３の絶縁膜２３と同じ材料からなる膜であることが好ましい。
本実施形態においては、第３の絶縁膜２３に対して遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６のいずれも形成する構成としたが、遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６のうちいずれかの溝のみを形成してもよい。ただし、遮光膜溝２５及びパッド電極溝２６のいずれも形成すると、どちらかのみを形成する場合よりもチップ全面を平坦化することができるため、しみ（画像ムラ）をより抑制することができる。
本実施形態においては、第２の絶縁膜６０に形成する導電膜の例として遮光膜２２及びパッド電極２１を挙げて説明した。しかし、第２の絶縁膜６０の上に形成される導電膜であって、その導電膜の上面の少なくとも一部が第３の絶縁膜２３に覆われるように形成される導電膜であれば、遮光膜２２及びパッド電極２１に限定される必要はない。このような導電膜であれば、その導電膜に起因する段差は形成されるので、その導電膜に対して本発明を適用することでしみ（画像ムラ）を抑制するという効果が奏される。
本実施形態においては、カラーフィルタ上に直接マイクロレンズ３０を形成したが、平坦化膜として透明性の高い膜を、カラーフィルタとマイクロレンズ３０との間に形成してもかまわない。
本実施形態においては、フォトダイオードとカラーフィルタとの間に集光機能を有する構成として光導波路を形成しているが、集光機能を有する構成としてはこれに限られるものではない。固体撮像装置に要求される性能に応じて、光導波路に代えて、上凸形状あるいは下凸形状の層内レンズが形成されてもよい。あるいは、集光機能を有する構成は形成されなくてもよい。
本発明は、カラーフィルタ間に設けられた隔壁を有する固体撮像装置等において、画素部の外側の領域に形成された導電膜に起因する段差を低減するのに広く利用することができる。
Ａ 画素部
Ｂ 遮光部
Ｃ 周辺回路部
Ｄ 第１の除去領域
Ｅ 第２の除去領域
１ 半導体基板
２ ｎ型層
３ ｐ型層
４ ゲート絶縁膜
５ ゲート電極
６ 下層絶縁膜
７ 下地絶縁膜
８ 第１の層間絶縁膜
９ 第１の内部配線
１０ 第１のライナ膜
１１ 第２の層間絶縁膜
１２ 第２の内部配線
１３ 第２のライナ膜
１４ 第３の層間絶縁膜
１５ 第３の内部配線
１６ 第３のライナ膜
１７ 凹部
１８ 第１の埋め込み層
１９ 第２の埋め込み層
２０ コンタクトホール
２１ パッド電極
２２ 遮光膜
２３ 第３の絶縁膜
２４ 絶縁膜
２５ 遮光膜溝
２６ パッド電極溝
２７ 隔壁溝
２８ パッド開口部
２９ａ 青色フィルタ
２９ｂ 赤色フィルタ
３０ マイクロレンズ
３１ コンタクトホール
３２ 下部電極
３３ 光電変換膜
３４ 上部電極
３５ 第１の保護膜
３６ 第２の保護膜
４０ フォトダイオード
５０ 第１の絶縁膜
６０ 第２の絶縁膜
７０ 光電変換素子

Claims (16)

  1. 入射する光の光電変換を行う画素部を有する固体撮像装置であって、
    半導体基板と、
    前記半導体基板の上に形成された第２の絶縁膜と、
    前記第２の絶縁膜の上に形成された第３の絶縁膜とを備え、
    前記画素部では、
    前記第２の絶縁膜の上に、複数のカラーフィルタが形成され、
    隣接する前記カラーフィルタ同士の間には、前記第３の絶縁膜の一部からなる隔壁が挿設され、
    前記画素部の外側の領域では、
    前記第２の絶縁膜の上に、少なくとも一部が前記第３の絶縁膜に覆われるように導電膜が形成され、
    前記第３の絶縁膜は、前記導電膜または前記第２の絶縁膜により生じた段差を低減する膜である
    固体撮像装置。
  2. さらに、
    前記半導体基板と前記第２の絶縁膜の間に第１の絶縁膜を備え、
    前記画素部では、
    前記半導体基板に複数のフォトダイオードが形成されており、
    前記第１の絶縁膜は、前記複数のフォトダイオードの各々の上方に位置する部分に凹部を有し、
    前記第２の絶縁膜は前記凹部を埋め込み、
    前記凹部内の前記第２の絶縁膜は、前記フォトダイオードに光を導く光導波路を構成する
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記画素部は、
    前記半導体基板と前記第２の絶縁膜との間に光電変換膜を備える
    請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 前記導電膜の上と前記導電膜の周辺の前記第２の絶縁膜の上とに形成された前記第３の絶縁膜の膜厚は、前記隔壁の膜厚よりも小さい
    請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  5. 前記画素部の外側の領域では、
    前記導電膜の周辺の前記第３の絶縁膜に溝部が形成されており、
    前記溝部の内壁面のうち前記導電膜より遠い方の内壁面から前記導電膜までの距離が、前記隔壁の膜厚以上である
    請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  6. 前記第３の絶縁膜は、前記第２の絶縁膜より屈折率が低い膜からなる
    請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  7. 前記画素部の外側の領域は遮光部を含み、
    前記導電膜は前記遮光部に形成される遮光膜である
    請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  8. 前記画素部の外側の領域は周辺回路部を含み、
    前記周辺回路部は、
    前記第１の絶縁膜に形成された配線と、
    前記配線の上に形成され、前記配線と電気的に接続されたパッド電極とを有し、
    前記導電膜は前記パッド電極である
    請求項２〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  9. 前記画素部の外側の領域は遮光部と前記遮光部の外側に形成された周辺回路部とを含み、
    前記導電膜は第１の導電膜と第２の導電膜とを含み、
    前記第１の導電膜は前記遮光部に形成された遮光膜であり、
    前記周辺回路部は、
    前記第１の絶縁膜に形成された配線と、
    前記配線の上に形成され、前記配線と電気的に接続されたパッド電極とを有し、
    前記第２の導電膜は前記パッド電極である
    請求項２〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  10. 前記画素部の外側の領域では、
    前記導電膜の周辺の前記第２の絶縁膜の上に形成された前記第３の絶縁膜の膜厚が前記隔壁の膜厚よりも薄い部分が前記導電膜の周囲を取り囲むように形成されている
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  11. さらに、
    前記第２の絶縁膜と前記第３の絶縁膜との間に形成された第４の絶縁膜を備え、
    前記導電膜は前記第４の絶縁膜の上に形成されており、
    前記画素部では、
    前記カラーフィルタは前記第３の絶縁膜及び前記第４の絶縁膜を貫通するように形成されている
    請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  12. 前記導電膜はアルミニウムを含む膜からなる単層膜である
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  13. 前記導電膜は少なくともアルミニウムを含む膜を有する積層膜である
    請求項１〜１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  14. 画素部を有する固体撮像装置の製造方法であって、
    半導体基板における前記画素部に複数のフォトダイオードを形成する工程と、
    前記半導体基板の上に、前記複数のフォトダイオードを覆うように第１の絶縁膜を形成する工程と、
    前記第１の絶縁膜における前記複数のフォトダイオードの各々の上方に位置する部分に凹部を選択的に形成する工程と、
    前記第１の絶縁膜の上に、前記凹部を埋め込むように第２の絶縁膜を形成することにより、前記フォトダイオードに光を導く光導波路を形成する工程と、
    前記画素部の外側の領域であって前記第２の絶縁膜の上に導電膜を形成する工程と、
    前記第２の絶縁膜の上及び前記導電膜の上に第３の絶縁膜を形成する工程と、
    前記画素部の外側の領域であって前記導電膜の上及び前記導電膜の周辺に形成されている第３の絶縁膜を薄膜化して、前記導電膜及び前記第２の絶縁膜により生じた段差を低減する工程と、
    前記画素部において、前記第３の絶縁膜を貫通するように隔壁溝を形成する工程と、
    前記隔壁溝にカラーフィルタを形成する工程とを備えている
    固体撮像装置の製造方法。
  15. 前記画素部の外側の領域は遮光部と前記遮光部の外側に形成された周辺回路部とを含み、
    前記導電膜を形成する工程において、前記導電膜として第１の導電膜及び第２の導電膜を形成し、
    前記第１の導電膜は前記遮光部に形成され、
    前記第２の導電膜は前記周辺回路部に形成される
    請求項１４に記載の固体撮像装置の製造方法。
  16. さらに、前記周辺回路部における前記第１の絶縁膜に配線を形成する工程を備え、
    前記第２の導電膜は前記配線と電気的に接続されるように形成される
    請求項１５に記載の固体撮像装置の製造方法。
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