WO2013172232A1 - 固体撮像装置、及び、電子機器 - Google Patents

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solid
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reflective layer
insulating
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啓介 畑野
戸田　淳
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ソニー株式会社
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    • H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors

Definitions

  • the present technology relates to a back-illuminated solid-state imaging device and an electronic device on which the solid-state imaging device is mounted.
  • the solid-state imaging device As a structure of the solid-state imaging device, there is a back-illuminated solid-state imaging device in which a photodiode is formed on the surface opposite to the surface on which the electrodes and wirings of the base are formed, and photoelectric conversion is performed by irradiating light from the back surface. It has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
  • the pixel structure of this back-illuminated solid-state imaging device is shown in FIG.
  • the upper surface side of the semiconductor substrate 41 is a light incident surface, and the opposite surface is a circuit formation surface.
  • the pixel structure of this solid-state imaging device includes a photodiode PD as a photoelectric conversion unit 42 in a semiconductor substrate 41.
  • a reflection plate 44 formed of a metal film is formed on the circuit formation surface. The reflector 44 reflects the light transmitted through the semiconductor substrate 41 and makes it incident on the photoelectric conversion unit 42 again. This improves the sensitivity of the solid-state imaging device.
  • the light incident on the photoelectric conversion unit includes a component that passes through the photoelectric conversion unit on the long wavelength side. For this reason, it is difficult to photoelectrically convert all the light incident on the photoelectric conversion unit and contribute to the sensitivity.
  • a solid-state imaging device includes a semiconductor substrate having one surface as a circuit formation surface and the other surface as a light-receiving surface, a photoelectric conversion unit provided on the semiconductor substrate, and a photoelectric conversion unit.
  • a reflective layer provided on the circuit formation surface and an insulating portion disposed on the reflective layer are provided.
  • An electronic apparatus includes the solid-state imaging device and a signal processing circuit that processes an output signal of the solid-state imaging device.
  • the solid-state imaging device of an embodiment of the present technology by providing the reflective layer on the circuit formation surface side, the light transmitted through the semiconductor substrate can be reflected by the reflective layer and incident again on the photoelectric conversion unit. it can. For this reason, the sensitivity of the solid-state imaging device can be improved.
  • FIG. 22B is a manufacturing process diagram of the solid-state imaging device following FIG. 22A.
  • FIG. 22B is a manufacturing process diagram of the solid-state imaging device following FIG. 22B.
  • FIG. 22D is a manufacturing process diagram of the solid-state imaging device following FIG. 22C.
  • FIG. 22D is a manufacturing process diagram for a solid-state imaging device, following FIG. 22D;
  • FIG. 22D is a manufacturing process diagram for a solid-state imaging device, following FIG. 22E;
  • FIG. 21 shows a planar structure of a reflecting plate in the photoelectric conversion unit in the pixel structure shown in FIG. As shown in FIG. 21, it is conceivable that the reflection plate 44 is formed in a rectangular shape having a size substantially equal to that of the photoelectric conversion unit in order to more efficiently reflect the light transmitted through the substrate.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view in order of the steps showing the method of manufacturing the backside illumination type solid-state imaging device shown in FIG.
  • the photoelectric conversion unit 42 is formed on the semiconductor substrate 41 bonded on the support substrate 51.
  • an insulating layer 43 is formed on the semiconductor substrate 41.
  • the reflector groove 58 is formed in the insulating layer 43.
  • a wiring groove for forming a metal wiring is formed at the same time.
  • a seed layer 53 for depositing a metal film is formed by lamination.
  • the barrier metal 47 tantalum, tantalum nitride, or a laminated film thereof is used.
  • the seed layer 53 deposits copper by sputtering when copper wiring is used.
  • a metal film 48 is deposited by a plating method.
  • the metal film 48 copper or a copper alloy film obtained by adding Ti, Zr, Hf, Cr, Co, Al, Sn, Ni, Mg, Ag, or the like to copper is used.
  • the metal film 48 is mixed with the seed layer 53, and both are integrated after the metal film is deposited by plating.
  • the reflective film 44 is formed by leaving the metal film 48 only in the reflective plate groove 58 by CMP (Chemical-Mechanical-Polishing) method. At this time, when the metal film 48 is CMPed, polishing is once stopped on the surface of the barrier metal. However, the CMP is further performed to remove the barrier metal 47 deposited on the region other than the inside of the groove.
  • a cap film 52 for preventing diffusion of the metal film of the reflective plate 44 is formed on the reflective plate 44.
  • the cap film 52 for example, a silicon nitride film (SiN), silicon carbide (SiC), silicon carbonitride (SiCN), or the like is used.
  • the formation of the reflector is completed. Furthermore, although not shown in the drawing, by forming a further wiring layer, removing the support substrate 51, forming a color filter on the semiconductor substrate 41 on the light incident surface side, forming an on-chip lens, etc.
  • the back-illuminated solid-state imaging device shown in FIG. 20 is completed.
  • copper having a low resistance and excellent reliability such as electromigration is generally used as a wiring material in accordance with the demand for forming fine wiring.
  • copper wiring has been used with pixel miniaturization and high integration of signal readout circuits.
  • wiring formation by a damascene method is generally performed. In that case, considering the formation of the reflector at the same time as the wiring, the above-described damascene method is also applied to the formation of the reflector.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of the same process as that immediately after the metal film 48 shown in FIG. 22F is embedded in the reflector groove by CMP.
  • CMP is performed by the damascene method so as to leave the metal film 48 in the groove, so-called dishing, in which copper is overpolished and greatly dented in the central portion of the groove, particularly when the width of the groove pattern is wide occurs.
  • the width of the reflector in the solid-state imaging device is almost the same as the size of the pixel and has a width of about several microns. In this case, dishing is likely to occur.
  • the film thickness is greatly reduced at the central portion of the metal film 48 by dishing, light is transmitted through the thin film thickness portion and the function as a reflector is reduced. Furthermore, when the film thickness becomes thinner than a certain value, there is a problem that the copper aggregates and disappears. In the present embodiment, this problem can be solved and the reflector can be formed simultaneously with the wiring formation by the damascene method.
  • FIG. 1 illustrates a CMOS solid-state imaging device as an example of a solid-state imaging device according to an embodiment of the present technology.
  • the configuration of FIG. 1 is a configuration common to the solid-state imaging device according to each embodiment described below.
  • a so-called back-illuminated CMOS solid-state imaging device having a light incident surface on the side opposite to the circuit formation surface (front surface) side of the semiconductor substrate will be described.
  • the solid-state imaging device 1 of the present embodiment includes a pixel unit (a plurality of pixels 2 including a photoelectric conversion unit regularly arranged in a two-dimensional array on a semiconductor substrate 11 such as a silicon substrate ( A so-called imaging region) 3 and a peripheral circuit portion.
  • a pixel unit a plurality of pixels 2 including a photoelectric conversion unit regularly arranged in a two-dimensional array on a semiconductor substrate 11 such as a silicon substrate ( A so-called imaging region) 3 and a peripheral circuit portion.
  • a unit pixel including one photoelectric conversion unit and a plurality of pixel transistors is used.
  • a so-called pixel sharing structure in which a plurality of photoelectric conversion units share one pixel transistor other than the transfer transistor can be applied.
  • the plurality of pixel transistors include, for example, three transistors including a transfer transistor, a reset transistor, and an amplification transistor, or four transistors including a selection transistor, as will be described later.
  • the peripheral circuit section includes a vertical drive circuit 4, a column signal processing circuit 5, a horizontal drive circuit 6, an output circuit 7, a control circuit 8, and the like.
  • the control circuit 8 receives an input clock and data for instructing an operation mode, and outputs data such as internal information of the solid-state imaging device. That is, the control circuit 8 generates a clock signal and a control signal that serve as a reference for operations of the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6 and the like based on the vertical synchronization signal, the horizontal synchronization signal, and the master clock. To do. These signals are input to the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like.
  • the vertical drive circuit 4 is constituted by, for example, a shift register, selects a pixel drive wiring, supplies a pulse for driving the pixel to the selected pixel drive wiring, and drives the pixels in units of rows. That is, the vertical drive circuit 4 selectively scans each pixel 2 of the pixel unit 3 in the vertical direction sequentially in units of rows. Then, a pixel signal based on a signal charge generated in accordance with the amount of received light, for example, in a photodiode serving as a photoelectric conversion element of each pixel 2 is supplied to the column signal processing circuit 5 through the vertical signal line 9.
  • the column signal processing circuit 5 is arranged, for example, for each column of the pixels 2, and performs signal processing such as noise removal for each pixel column on a signal output from the pixels 2 for one row. That is, the column signal processing circuit 5 performs signal processing such as CDS, signal amplification, and AD conversion for removing fixed pattern noise unique to the pixel 2.
  • a horizontal selection switch (not shown) is connected to the horizontal signal line 10 at the output stage of the column signal processing circuit 5.
  • the horizontal drive circuit 6 is constituted by, for example, a shift register, and sequentially outputs horizontal scanning pulses to select each of the column signal processing circuits 5 in order, and the pixel signal is output from each of the column signal processing circuits 5 to the horizontal signal line. 10 to output.
  • the output circuit 7 performs signal processing on the signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 5 through the horizontal signal line 10 and outputs the signals. For example, only buffering may be performed, or black level adjustment, column variation correction, various digital signal processing, and the like may be performed.
  • the input / output terminal 12 exchanges signals with the outside.
  • FIG. 2 shows a cross-sectional view of the pixel portion of the backside illumination type solid-state imaging device of the present embodiment.
  • FIG. 3 shows a planar layout of the reflective layer of the solid-state imaging device. 3 shows a planar structure of the reflecting portion in the sectional view showing the pixel structure of the solid-state imaging device in FIG. 2, and the sectional view along AA ′ in FIG. 3 corresponds to the sectional view of the reflecting layer in FIG. To do.
  • the unit pixels shown in FIG. 2 are arranged in a matrix in an arbitrary number in the matrix direction to constitute a solid-state imaging device.
  • a photoelectric conversion unit 22 is formed in a semiconductor substrate 21.
  • a reflective layer 24 is formed on the circuit forming surface side opposite to the light incident surface of the semiconductor substrate 21.
  • the reflective layer 24 includes a reflective portion 28 having a main configuration and an insulating portion 23 formed between the reflective portions 28.
  • the planar structure of the reflective layer 24 has a configuration in which a gap is formed in a slot shape in the reflection portion 28 and the insulating portion 23 is disposed in this gap.
  • the reflecting portion 28 is made of, for example, copper or a copper alloy obtained by adding Ti, Zr, Hf, Cr, Co, Al, Sn, Ni, Mg, Ag or the like to copper, aluminum, aluminum oxide, silver, or the like. .
  • the reflecting portion 28 is preferably formed of the same material as the wiring formed in the solid-state imaging device, it is preferable to use copper or a copper alloy.
  • the thickness of the reflecting portion 28 is set to a thickness that does not transmit light. Specifically, when copper is used for the reflecting portion 28, the thickness is preferably 30 nm or more.
  • a barrier metal 27 is formed on the surface of the reflecting portion 28 in order to prevent copper from diffusing into the insulating portion 23. As the barrier metal 27, tantalum, tantalum nitride, or a laminated film thereof is used.
  • the width of the insulating portion 23 arranged in the reflective layer 24 is wide, incident light is transmitted through the insulating portion 23 and the reflectance is lowered. For this reason, it is desirable that the width of the insulating portion 23 arranged in the reflective layer 24 is wide when the wavelength of the reflected light is long and narrow when the wavelength of the reflected light is short. For example, in order to set the transmittance for light having a wavelength of 650 nm corresponding to red light in the visible light region to 5% or less, the width of the insulating portion 23 is set to 0.25 microns or less.
  • the width of the reflective portion that is, the interval between the insulating portions 23 is formed to be not more than three times the width of the insulating portion 23.
  • the reflective layer 24 by providing the reflective layer 24, the light transmitted through the semiconductor substrate 21 can be reflected by the reflective layer 24 and incident again on the photoelectric conversion unit 22. For this reason, the sensitivity of the solid-state imaging device can be improved. Further, in the solid-state imaging device, when the reflective layer 24 is formed by the damascene method, dishing of the reflective portion 28 is suppressed by the insulating portion 23 in the CMP process. For this reason, it is possible to form the reflective layer 24 with high reliability while suppressing the occurrence of metal film thickness reduction. In FIG.
  • the insulating portion 23 in the reflective layer 24 is arranged in a slot shape, but is arranged in a so-called slit shape so that the insulating portion 23 extends to the end of the reflective layer 24. Also good. 3 shows the reflective layer 24 of a single pixel, the reflective layer 24 may be formed across a plurality of pixels. Similarly, an insulating portion arranged in a slit shape may be continuously formed between a plurality of pixels.
  • FIG. 4 shows a planar structure of a first modification of the reflective layer of the solid-state imaging device of the above-described embodiment.
  • the reflective layer having the planar structure shown in FIG. 4 can be applied to the back-illuminated solid-state imaging device shown in FIG.
  • the reflective layer 24 is obtained by arranging the insulating portion 23 in the reflective portion 28 in a slot shape.
  • the distance between the slot-like insulating portions 23 arranged in the reflecting portion 28 is narrow at the central portion of the reflecting layer 24 and gradually increases toward the peripheral portion. Is arranged.
  • the reflecting portion 28 and the insulating portion 23 are formed of different materials.
  • the reflection angle with respect to incident light can be controlled.
  • the reflective layer 24 is formed of the insulating portion 23 having a refractive index smaller than that of the reflective portion 28, the reflected light has a reflection angle from the wider interval of the insulating portion 23 having a smaller refractive index to the narrower one. Change.
  • the reflective layer 24 is configured from the insulating portion 23 having a higher refractive index than the reflective portion 28, the reflection angle changes from the narrower one to the wider interval of the insulating portion 23 having the higher refractive index.
  • the reflection layer 24 is configured from the insulating portion 23 having a refractive index smaller than that of the reflecting portion 28, and the reflection angle changes from the wider spacing between the insulating portions 23 to the narrower one. . That is, the reflected light is concentrated in the direction in which the density of the insulating portion 23 is high. For this reason, as shown in FIG. 4, by narrowing the interval between the insulating portions 23 at the center of the reflective layer 24, the reflected light can be collected in the central direction of the photoelectric conversion portion (pixel).
  • the reflective layer 24 is formed by the damascene method, dishing of the reflective portion 28 is suppressed by the insulating portion 23 in the CMP process. For this reason, it is possible to form the reflective layer 24 with high reliability without reducing the thickness of the metal film. Furthermore, the reflected light from the reflective layer 24 is reflected toward the center of the photoelectric conversion unit. For this reason, the reflected light is easily collected by the photoelectric conversion unit formed in the semiconductor substrate, and the sensitivity of the solid-state imaging device can be improved.
  • FIG. 5 shows a planar structure of a second modification of the reflective layer of the solid-state imaging device of the above-described embodiment.
  • the reflective layer having the planar structure shown in FIG. 5 can be applied to the back-illuminated solid-state imaging device whose sectional view is shown in FIG.
  • the reflective layer 24 is configured by disposing the insulating part 23 in the reflective part 28 in a slot shape.
  • a rectangular insulating portion 23 pattern is provided by the slot-like insulating portion 23 disposed in the reflecting portion 28.
  • the rectangular insulating portion 23 includes a small rectangular pattern with a large rectangular pattern, and a plurality of rectangular insulating sections 23 are arranged at the same interval.
  • the insulating portion 23 may be formed in a rectangular shape as shown in FIG.
  • the symmetry of the pattern is high, so that the reflection characteristics of the reflective layer 24 can be kept constant even with respect to the angle fluctuation of the incident light.
  • the occurrence of dishing is suppressed by the insulating portion 23 in the CMP process for forming the reflective portion 28. For this reason, it is possible to form the reflective layer 24 while suppressing the occurrence of film loss of the reflective portion 28. Furthermore, since the pattern layout of the insulating portion 23 is highly symmetrical, it is possible to suppress changes in reflection characteristics due to fluctuations in the light incident angle on the reflective layer, and to reduce changes in sensitivity when the light incident angle changes into the solid-state imaging device.
  • FIG. 6 shows a planar structure of a third modification of the reflective layer of the solid-state imaging device of the above-described embodiment.
  • the reflective layer having the planar structure shown in FIG. 6 can be applied to the back-illuminated solid-state imaging device shown in FIG.
  • a plurality of rectangular insulating parts 23 are formed by the slot-like insulating parts 23 arranged in the reflecting part 28.
  • the rectangular insulating portion 23 includes a small rectangular pattern with a large rectangular pattern, and is arranged so that the distance between adjacent patterns is narrow at the central portion of the reflective layer 24 and gradually increases toward the peripheral portion. Has been.
  • the angle of the reflected light varies depending on the distance between the reflecting portion 28 and the insulating portion 23 of the reflecting layer 24. As illustrated in FIG. 6, the light is reflected toward the center of the reflective layer 24 by narrowing the interval between the insulating portions 23 at the center and wide at the periphery.
  • the reflective layer 24 when the reflective layer 24 is formed by the damascene method, the occurrence of dishing is suppressed by the insulating portion 23 in the CMP process for forming the reflective portion 28. For this reason, it is possible to form the reflective layer 24 while suppressing the occurrence of film loss of the reflective portion 28. Furthermore, the light incident on the reflective layer 24 is reflected toward the center of the reflective layer 24 by arranging the insulating portion 23 as described above. For this reason, it becomes easy to concentrate reflected light on the photoelectric conversion part formed in the semiconductor substrate, and the sensitivity of the solid-state imaging device can be improved.
  • FIG. 7 shows a planar structure of a fourth modification of the reflective layer of the solid-state imaging device of the above-described embodiment.
  • the reflective layer having the planar structure shown in FIG. 7 can be applied to the back-illuminated solid-state imaging device shown in FIG.
  • a plurality of concentric insulating portions 23 are formed by the slot-like insulating portions 23 arranged in the reflecting portion 28.
  • the concentric insulating portions 23 are arranged at equal intervals so that a large circular pattern includes a small circular pattern.
  • the insulating portion 23 may be formed in a concentric shape as shown in FIG.
  • the occurrence of dishing is suppressed by the insulating portion 23 in the CMP process for forming the reflective portion 28. For this reason, it is possible to form the reflective layer 24 while suppressing the occurrence of film loss of the reflective portion 28. Furthermore, since the pattern layout of the insulating portion 23 is highly symmetrical, it is possible to suppress changes in reflection characteristics due to fluctuations in the light incident angle on the reflective layer, and to reduce changes in sensitivity when the light incident angle changes into the solid-state imaging device.
  • FIG. 8 shows a planar structure of a fifth modification of the reflective layer of the solid-state imaging device of the above-described embodiment.
  • the reflective layer having the planar structure shown in FIG. 8 can be applied to the back-illuminated solid-state imaging device whose sectional view is shown in FIG.
  • a plurality of concentric insulating portions 23 are formed by the slot-like insulating portions 23 arranged in the reflecting portion 28.
  • the concentric insulating parts 23 are arranged so that a large circular pattern contains a small circular pattern, and the distance between adjacent insulating parts 23 is narrow at the central part of the reflective layer and gradually becomes wider toward the peripheral part. ing.
  • the angle of the reflected light varies depending on the distance between the reflecting portion 28 and the insulating portion 23 of the reflecting layer 24. As shown in FIG. 8, light is reflected to the center side of the reflective layer 24 by narrowing the interval between the insulating portions 23 at the central portion and widening at the peripheral portion.
  • the reflective layer 24 in this modification when the reflective layer 24 is formed by the damascene method, the occurrence of dishing is suppressed by the insulating portion 23 in the CMP process for forming the reflective portion 28. For this reason, it is possible to form the reflective layer 24 while suppressing the occurrence of film loss of the reflective portion 28. Furthermore, the light incident on the reflective layer 24 is reflected toward the center of the reflective layer 24 by arranging the insulating portion 23 as described above. For this reason, it becomes easy to concentrate reflected light on the photoelectric conversion part formed in the semiconductor substrate, and the sensitivity of the solid-state imaging device can be improved. Further, in the fifth modification, the arrangement of the insulating portion 23 when viewed from the center of the reflective layer 24 has complete objectivity. For this reason, even when the incident direction of light changes, the reflectance is constant, and the sensitivity of the solid-state imaging device does not depend on the incident angle of light, and the change in sensitivity when the incident angle of light changes can be suppressed.
  • FIG. 9 shows a planar structure of a sixth modification of the reflective layer of the solid-state imaging device of the above-described embodiment.
  • the reflective layer having the planar structure shown in FIG. 9 can be applied to the back-illuminated solid-state imaging device shown in FIG.
  • the reflecting portion 28 constituting the reflecting layer 24 is composed of an assembly of metal wirings.
  • positioned in the reflection part 28 is comprised from the insulating layer formed between metal wiring.
  • the reflection unit 28 includes a first metal wiring 31, a second metal wiring 32, a third metal wiring 33, a fourth metal wiring 34, a fifth metal wiring 35, a sixth metal wiring 36,
  • the seventh metal wiring 37 and the eighth metal wiring 38 are configured as an aggregate of a plurality of metal wirings.
  • the reflection layer 24 in this modification is composed of an assembly of metal wirings, an insulating portion 23 is formed between adjacent metal wirings.
  • the distance between adjacent metal wirings that is, the width of the insulating layer, is preferably set to 0.25 microns or less so that light does not pass through.
  • the reflective layer is configured using metal wiring, and therefore, it is possible to easily form the reflective layer 24 by the damascene method in the wiring forming process.
  • FIG. 10 is a plan view for explaining the configuration of the solid-state imaging device of the above-described embodiment.
  • FIG. 10 shows a planar configuration of the pixel portion of the backside illumination type solid-state imaging device shown in FIG.
  • the solid-state imaging device 1 has a pixel unit 3 in which pixels are arranged in a matrix in a matrix direction.
  • the pixel unit 3 is divided into nine regions from a region a to a region i. The case will be described.
  • FIG. 11 shows a planar structure of the reflecting portion 28 and the insulating portion 23 corresponding to nine regions from the region a to the region i of the pixel portion 3 in FIG.
  • the reflective layers 24 a to 24 i have a configuration in which an insulating portion 23 is disposed in the reflective portion 28.
  • the arrangement patterns of the reflecting portions 28 and the insulating portions 23 constituting the reflecting layers 24 a to 24 i are different.
  • each pixel formed in the region e corresponding to the center of the pixel portion 3 has the reflective layer 24e in which the insulating portion 23 is arranged in a slot-like pattern having the same distance from the adjacent insulating portion 23. That is, each pixel formed in the region e has the same configuration as the pixel configuration shown in the first embodiment described above, and includes the reflective layer 24e having the same configuration as the reflective layer of the first embodiment.
  • each pixel formed in the regions b, d, f, and h includes the reflective layers 24 b, d, f, and h having the same configuration as the reflective layer of the first modified example.
  • the pixels formed in the regions a, c, g, and i located at the corners of the pixel unit 3 have a hook shape in which the slot-shaped insulating unit 23 is arranged with a concave portion toward the center of the pixel unit 3.
  • the reflective layers 24a, c, g, and i are disposed on the surface.
  • the insulating part 23 is formed in a pattern in which two slot-like insulating parts 23 are continuous along the outer sides of the regions a, c, g, and i.
  • the insulating portions 23 are arranged so that the interval between the insulating portions 23 is narrow in the direction close to the center of the pixel portion 3 and gradually becomes wider toward the peripheral portion of the pixel portion 3.
  • incident light is incident vertically at the center of the pixel unit 3 and is incident obliquely from the center of the pixel unit 3 toward the end as it goes to the end of the pixel unit 3.
  • the pixel unit 3 is divided into a plurality of regions, and in each region, the reflection layer 24 in which the arrangement of the insulating unit 23 is different is provided, so that the reflection direction of light in the reflection layer 24 is changed in the pixels in each region. It can be directed to the center of the photoelectric conversion unit.
  • the pixel unit 3 of the solid-state imaging device is divided into a plurality of regions, and the pattern of the insulating unit 23 of the reflective layer 24 provided in each pixel is different in each region.
  • the direction of the reflected light of the reflective layer 24 can be controlled in each region, and the sensitivity distribution depending on the incident angle of light in the pixel unit 3 can be made uniform.
  • the reflective layers 24a to 24i shown in FIG. 12 show the planar structure of the reflective portion 28 and the insulating portion 23 corresponding to nine regions from the region a to the region i of the pixel portion 3 in FIG.
  • each of the reflection layers 24a to 24i has a configuration in which a rectangular insulating portion 23 is arranged in the reflection portion 28.
  • the rectangular insulating portion 23 includes a small rectangular pattern with a large rectangular pattern and is arranged in a plurality of rectangular patterns. In this region ai, the arrangement of the rectangular pattern of the insulating portion 23 constituting the reflective layers 24ai differs.
  • the insulating portion 23 is provided with a plurality of rectangular insulating portion patterns having the same center of gravity at the same interval. That is, each pixel formed in the region e has the reflective layer 24e having the same configuration as that of the second modified example.
  • the pixels formed in the upper, lower, left, and right regions b, d, f, and h with respect to the region e of the pixel unit 3 are such that the rectangular pattern of the insulating portion 23 is located at the center of the pixel unit 3 as the pattern is arranged inside.
  • the reflective layers 24b, d, f, and h are arranged so as to be close to the center position of the pattern.
  • the rectangular pattern of the insulating unit 23 is located at the center of the pixel unit 3 as the pattern is arranged inside. It has reflection layers 24a, c, g, i arranged so as to be close to the center position of the pattern.
  • incident light is incident vertically at the center of the pixel unit 3 and is incident obliquely from the center of the pixel unit 3 toward the end as it goes to the end of the pixel unit 3.
  • the pixel unit 3 is divided into a plurality of regions, and in each region, the reflection layer 24 in which the arrangement of the insulating unit 23 is different is provided, so that the reflection direction of light in the reflection layer 24 is changed in the pixels in each region. It can be directed to the center of the photoelectric conversion unit.
  • the pixel unit 3 of the solid-state imaging device is divided into a plurality of regions, and the pattern of the insulating unit 23 of the reflective layer 24 provided in each pixel is different in each region.
  • the direction of the reflected light of the reflective layer 24 can be controlled in each region, and the sensitivity distribution depending on the incident angle of light in the pixel unit 3 can be made uniform.
  • the reflective layer 24a to the reflective layer 24i shown in FIG. 13 show a planar structure of the reflective portion 28 and the insulating portion 23 corresponding to nine regions from the region a to the region i of the pixel portion 3 in FIG.
  • each of the reflective layers 24a to 24i has a configuration in which a circular insulating portion 23 is disposed in the reflective portion 28.
  • the circular insulating portion 23 includes a small circular pattern with a large circular pattern and is arranged in a plurality of circular patterns. In this region ai, the arrangement of the circular pattern of the insulating portion 23 constituting the reflective layers 24ai differs.
  • each pixel formed in the region e has the reflective layer 24e having the same configuration as that of the fourth modified example.
  • the pixels formed in the regions b, d, f, and h above, below, left, and right with respect to the region e of the pixel unit 3 have a circular pattern of the insulating portion 23 in the center of the pixel unit 3 as the pattern is arranged on the inner side.
  • the reflective layers 24b, d, f, and h are arranged so as to be close to the center position of the pattern.
  • the circular insulating pattern 23 is arranged at the center of the pixel unit 3 as the pattern is arranged on the inner side. It has reflection layers 24a, c, g, i arranged so as to be close to the center position of the pattern.
  • incident light is incident vertically at the center of the pixel unit 3 and is incident obliquely from the center of the pixel unit 3 toward the end as it goes to the end of the pixel unit 3.
  • the pixel unit 3 is divided into a plurality of regions, and in each region, the reflection layer 24 in which the arrangement of the insulating unit 23 is different is provided, so that the reflection direction of light in the reflection layer 24 is changed in the pixels in each region. It can be directed to the center of the photoelectric conversion unit.
  • the pixel unit 3 of the solid-state imaging device is divided into a plurality of regions, and the pattern of the insulating unit 23 of the reflective layer 24 provided in each pixel is different in each region.
  • the direction of the reflected light of the reflective layer 24 can be controlled in each region, and the sensitivity distribution depending on the incident angle of light in the pixel unit 3 can be made uniform.
  • the pixel portion is divided into nine regions to form a reflection layer having a different pattern.
  • the number of regions to be divided is not limited to nine, and the image region can be changed as necessary. The number of divisions can be determined. Furthermore, the width of each region can be arbitrarily determined, and it is not necessary to form all the regions with the same area.
  • the pixel portion may have a reflective layer having a different pattern for each pixel. In the pixels close to the center of the pixel portion, the insulating portions are arranged at equal intervals, and a reflection layer having a configuration in which the density of the insulating portion increases in the central direction of the pixel portion as the peripheral pixels are formed.
  • the insulating portions 23 are formed so that the distance between the insulating portions 23 gradually increases toward the outer periphery of the reflective layer 24. .
  • the reflection characteristics of the reflective layer 24 can be controlled by controlling the distance between the insulating portions 23.
  • the above design requires the arrangement of the insulating portion 23 based on the zone plate design method. However, the design method is not limited as long as the condensing characteristic of the reflective layer can be obtained without being limited to the above method.
  • the case where the insulating portions are arranged concentrically is shown.
  • the insulating portions arranged in the slot shape and the rectangular shape in the second and fourth modified examples are also described. Can be applied.
  • the reflected light can be condensed toward the center of the reflective layer.
  • the seventh to ninth modifications can also be applied to the reflective layer provided in the pixels in the peripheral region excluding the central region of the pixel portion. In the pixels in the peripheral region, the reflected light can be controlled by adjusting the distance between the insulating portions from the center direction of the pixel toward the outer periphery.
  • Second Embodiment (Solid-State Imaging Device)> A second embodiment of the solid-state imaging device will be described.
  • the second embodiment is the same as the solid-state imaging device of the first embodiment described above except for the reflective layer. For this reason, in the following description of the second embodiment, only the configuration different from the above-described first embodiment will be described, and the description of the same configuration as the first embodiment will be omitted.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating a pixel structure of a solid-state imaging device according to the second embodiment of the present technology.
  • the photoelectric conversion unit 22 is formed in the semiconductor substrate 21.
  • the first reflective layer 24A and the second reflective layer 24B are formed on the circuit forming surface side opposite to the light incident surface of the semiconductor substrate 21. That is, in the backside illumination type solid-state imaging device, a plurality of reflective layers are laminated on the circuit formation surface.
  • the first reflective layer 24A and the second reflective layer 24B each include a reflective portion 28 having a main configuration, and an insulating portion 23 formed between the reflective portions 28. Further, a barrier metal 27 is provided on the surface of the reflecting portion 28.
  • FIG. 16 shows a planar structure of the first reflective layer 24A and the second reflective layer 24B of the solid-state imaging device.
  • the planar structure of the first reflective layer 24A and the second reflective layer 24B has a configuration in which a gap is formed in a slot shape in the reflective portion 28, and the insulating portion 23 is disposed in the gap. At this time, the positions of the insulating portions 23 formed in the first reflective layer 24A and the second reflective layer 24B are formed so as not to overlap in the spatial direction.
  • the first reflective layer 24A and the second reflective layer 24B can be easily formed without increasing the number of processes by forming the first reflective layer 24A and the second reflective layer 24B simultaneously with the wiring formed on the same wiring layer in the solid-state imaging device by the damascene method. .
  • the arrangement positions of the insulating portions 23 of the first reflective layer 24A and the second reflective layer 24B are formed so as not to overlap in the vertical direction of the space. For this reason, the light that has passed through the insulating portion 23 of the first reflective layer 24 ⁇ / b> A is reflected by the second reflective layer 24 ⁇ / b> B and can be incident on the photoelectric conversion portion 22. Therefore, a more sensitive solid-state imaging device can be realized.
  • the case where the reflective layer is formed in two layers is shown, but three or more reflective layers may be formed so that the insulating portion of the reflective layer does not overlap in the vertical direction of the space. Should be arranged.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a pixel structure of a solid-state imaging device according to the third embodiment of the present technology.
  • the photoelectric conversion unit 22 is laminated in the semiconductor substrate 21.
  • a reflective layer 24 is formed on the circuit forming surface side opposite to the light incident surface of the semiconductor substrate 21.
  • the photoelectric conversion unit 22 includes a photoelectric conversion unit 22B corresponding to the wavelength of blue light, a photoelectric conversion unit 22G corresponding to the wavelength of green light, and a wavelength of red light in a visible light region from a direction close to the incident surface of the semiconductor substrate 21.
  • the photoelectric conversion part 22R corresponding to is formed.
  • light corresponding to the blue, green, and red wavelength ranges is photoelectrically converted, and a luminance signal corresponding to light of three colors of blue, green, and red is generated in a single pixel. Can be acquired.
  • the reflection layer 24 provided on the circuit forming surface side of the semiconductor substrate 21 has a configuration excellent in red light reflection characteristics.
  • the reflection part 28 is formed from copper and a copper alloy having good reflection characteristics with respect to red light.
  • Long wavelength light such as red light has a low absorptance in the semiconductor substrate 21.
  • the semiconductor substrate 21 on which the photoelectric conversion unit is formed is formed with a relatively thin thickness, so that long wavelength light is transmitted through the semiconductor substrate 21. To the circuit forming surface side. For this reason, by providing the reflective layer 24, the long wavelength light transmitted through the semiconductor substrate 21 can be returned to the photoelectric conversion unit 22R of the semiconductor substrate 21 again. That is, by reflecting on the reflective layer 24, the distance that the light passes through the photoelectric conversion unit 22R can be substantially doubled.
  • the width of the insulating portion 23 is desirably set to a width of 650 nm or less, which is the central wavelength of light in the red wavelength range that is photoelectrically converted by the photoelectric conversion portion 22 ⁇ / b> R formed at a position closest to the reflective layer 24. . Furthermore, in order to raise the reflected light rate, it is preferable to set it as 0.25 micrometer or less. By setting the width of the insulating portion 23 to 0.25 ⁇ m or less, the transmittance of light having a wavelength of 650 nm corresponding to red light can be reduced to 5% or less.
  • FIG. 18 shows a planar structure of the reflective layer 24 shown in FIG. A cross-sectional view along B-B ′ in FIG. 18 corresponds to the cross-sectional view in FIG. 17.
  • the planar structure of the reflective layer 24 is similar to the first embodiment described above, in which a gap is formed in the reflective portion 28 in the form of a slot, and the insulating portion 23 is disposed in the gap. Become.
  • the reflective layer 24 in which the insulating unit 23 is disposed can be applied.
  • the reflective portion 28 is formed by the CMP method, the occurrence of dishing is suppressed, and the reflective layer 24 can be formed while suppressing the occurrence of film loss of the reflective portion 28.
  • the reflected light from the reflective layer 24 is reflected toward the center of the photoelectric conversion unit. For this reason, reflected light is easily collected by the photoelectric conversion portion formed in the semiconductor substrate, and the sensitivity can be improved.
  • the three-layer photoelectric conversion unit is formed in the semiconductor substrate.
  • any of the photoelectric conversion units may be formed using a photoelectric conversion film on the semiconductor substrate on the light incident surface side.
  • a stacked structure may be employed.
  • the reflective layer may be set to have an insulating portion width for efficiently reflecting light in a wavelength region that is photoelectrically converted by the photoelectric conversion portion formed at a position closest to the reflective layer.
  • light in the wavelength range for photoelectric conversion is efficiently reflected by the photoelectric conversion unit formed at the position closest to the reflective layer, improving sensitivity at the photoelectric conversion unit. Can be planned.
  • planar layout of all the reflective layers described so far can be applied to the back-illuminated solid-state imaging device and the reflective layer structure of the back-illuminated solid-state imaging device having a stacked photoelectric conversion unit.
  • An optimal layout may be applied for each region.
  • an optimal insulating portion arrangement layout can be used for the reflective layer formed of each layer.
  • the configuration of the reflective layer of each modification of the first embodiment described above may be applied.
  • FIG. 19 illustrates a schematic configuration when the solid-state imaging device is applied to a camera (camera 100) capable of capturing a still image or a moving image as an example of an electronic apparatus.
  • the camera 100 includes a solid-state imaging device 101, an optical system 102 that guides incident light to a light receiving sensor unit of the solid-state imaging device 101, a shutter device 103 provided between the solid-state imaging device 101 and the optical system 102, and the solid-state imaging device 101. And a driving circuit 104 for driving the motor.
  • the camera 100 further includes a signal processing circuit 105 that processes an output signal of the solid-state imaging device 101.
  • the solid-state imaging device 101 can be applied to the solid-state imaging device shown in the above-described embodiments and modifications.
  • the optical system (optical lens) 102 forms image light (incident light) from a subject on an imaging surface (not shown) of the solid-state imaging device 101. Thereby, signal charges are accumulated in the solid-state imaging device 101 for a certain period.
  • the optical system 102 may be configured by an optical lens group including a plurality of optical lenses.
  • the shutter device 103 controls the light irradiation period and the light shielding period of the incident light to the solid-state imaging device 101.
  • the drive circuit 104 supplies a drive signal to the solid-state imaging device 101 and the shutter device 103.
  • the drive circuit 104 controls the signal output operation to the signal processing circuit 105 of the solid-state imaging device 101 and the shutter operation of the shutter device 103 by the supplied drive signal. That is, in this example, a signal transfer operation from the solid-state imaging device 101 to the signal processing circuit 105 is performed by a drive signal (timing signal) supplied from the drive circuit 104.
  • the signal processing circuit 105 performs various types of signal processing on the signal transferred from the solid-state imaging device 101. Then, the signal (video signal) subjected to various signal processing is stored in a storage medium (not shown) such as a memory, or is output to a monitor (not shown).
  • a storage medium such as a memory
  • an electronic apparatus with improved image quality characteristics can be provided by using the solid-state imaging device 101 capable of increasing sensitivity.
  • this indication can also take the following structures.
  • a semiconductor substrate having one surface as a circuit formation surface and the other surface as a light receiving surface, a photoelectric conversion unit provided on the semiconductor substrate, and provided on the circuit formation surface on the photoelectric conversion unit
  • a solid-state imaging device comprising: a reflective layer; and an insulating part disposed on the reflective layer.
  • the reflective layer includes a slot-shaped insulating portion disposed in a reflective portion made of a metal film.
  • the insulating unit disposed in the reflecting unit has a width smaller than a wavelength range of light detected by the photoelectric conversion unit.
  • the reflective layer has a configuration in which the reflective portion and the insulating portion are alternately arranged, and the spacing between the reflective portion and the insulating portion having the smaller refractive index is the center of the reflective layer.
  • the reflective layer has a configuration in which the reflective portion and the insulating portion are alternately arranged, and the barycentric position of the pattern made of a material having a higher refractive index among the reflective portion and the insulating portion is
  • the reflective layer includes the reflective portion and the insulating portion formed in a plurality of wiring layers.
  • the solid-state imaging device according to any one of (2) to (5), wherein the reflecting section is formed of an assembly of a plurality of wirings formed in the same wiring layer.
  • the solid-state imaging device according to any one of (2) to (7), wherein the reflecting section is made of a metal film formed by a damascene method.
  • the solid-state imaging device according to any one of (1) to (8), wherein a plurality of photoelectric conversion units are stacked in a single pixel.
  • An electronic apparatus comprising: the solid-state imaging device according to any one of (1) to (10); and a signal processing circuit that processes an output signal of the solid-state imaging device.

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Abstract

　一方の面を回路形成面とし、他方の面を受光面とする半導体基体２１と、半導体基体２１に設けられた光電変換部２２と、光電変換部２２上において回路形成面に設けられた反射層２４と、反射層２４に配置された絶縁部２３とを備える固体撮像装置を構成する。

Description

固体撮像装置、及び、電子機器
　本技術は、裏面照射型の固体撮像装置、及び、この固体撮像装置が搭載される電子機器に係わる。
　固体撮像装置の構造として、基体の電極や配線等が形成されている面と反対側の面にフォトダイオードを形成し、裏面より光を照射して光電変換を行う裏面照射型の固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この裏面入射型の固体撮像装置の画素構造を図２０に示す。図２０に示す固体撮像装置は、半導体基体４１の上面側を光入射面とし、その反対側の面が回路形成面である。この固体撮像装置の画素構造は、半導体基体４１内に、光電変換部４２としてフォトダイオードＰＤを備える。また、回路形成面には、金属膜により形成された反射板４４が形成されている。反射板４４は、半導体基体４１を透過した光を反射し、再び光電変換部４２へと入射させる。これにより、固体撮像装置の感度の向上が図られている。
特開２００６－２６１３７２号公報
　裏面照射型の固体撮像装置において、光電変換部に入射した光は、長波長側において光電変換部を透過する成分が存在する。このため、光電変換部に入射した光をすべて光電変換させ、感度に寄与させることが難しい。
　したがって、フォトダイオードに入射した光を光電変換する効率を高めることにより、感度の向上が可能な固体撮像装置、及び、電子機器を提供することが望ましい。
　本技術の一実施の形態の固体撮像装置は、一方の面を回路形成面とし、他方の面を受光面とする半導体基体と、半導体基体に設けられた光電変換部と、光電変換部上において回路形成面に設けられた反射層と、反射層に配置された絶縁部とを備える。本技術の一実施の形態の電子機器は、上記固体撮像装置と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを備える。
　本技術の一実施の形態の固体撮像装置によれば、回路形成面側に反射層を備えることにより、半導体基体を透過した光を反射層で反射し、再び光電変換部へと入射させることができる。このため、固体撮像装置の感度の向上が可能となる。
　本技術一実施の形態によれば、感度の向上が可能な固体撮像装置、及び、電子機器を提供することができる。
固体撮像装置の概略平面構成を示す平面図である。 第１実施形態の固体撮像装置の構成を示す断面図である。 第１実施形態の固体撮像装置の反射層の構成を示す平面図である。 第１実施形態の第１変形例の反射層の構成を示す平面図である。 第１実施形態の第２変形例の反射層の構成を示す平面図である。 第１実施形態の第３変形例の反射層の構成を示す平面図である。 第１実施形態の第４変形例の反射層の構成を示す平面図である。 第１実施形態の第５変形例の反射層の構成を示す平面図である。 第１実施形態の第６変形例の反射層の構成を示す平面図である。 固体撮像装置の画素部の平面構成を示す図である。 第１実施形態の第７変形例の反射層の構成を示す平面図である。 第１実施形態の第８変形例の反射層の構成を示す平面図である。 第１実施形態の第９変形例の反射層の構成を示す平面図である。 反射層の絶縁部のパターンを説明するための平面図である。 第２実施形態の固体撮像装置の構成を示す断面図である。 第２実施形態の固体撮像装置の反射層の構成を示す平面図である。 第３実施形態の固体撮像装置の構成を示す断面図である。 第３実施形態の固体撮像装置の反射層の構成を示す平面図である。 電子機器の構成を示す図である。 比較例に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。 比較例に係る固体撮像装置の反射層の構成を示す平面図である。 比較例に係る固体撮像装置の製造工程図である。 図２２Ａに続く固体撮像装置の製造工程図である。 図２２Ｂに続く固体撮像装置の製造工程図である。 図２２Ｃに続く固体撮像装置の製造工程図である。 図２２Ｄに続く固体撮像装置の製造工程図である。 図２２Ｅに続く固体撮像装置の製造工程図である。 図２２Ｆに続く固体撮像装置の製造工程図である。 従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。
　以下、本技術を実施するための最良の形態の例を説明するが、本技術は以下の例に限定されるものではない。
　なお、説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像装置の概要
２．第１実施形態（固体撮像装置）
３．第２実施形態（固体撮像装置）
４．第３実施形態（固体撮像装置）
５．電子機器
〈１．固体撮像装置の概要〉
　固体撮像装置の概要について説明する。図２０に示す固体撮像装置の画素構造は、反射板４４がダマシンプロセスにより形成された場合を示している。反射板４４は、金属膜４８と、その側面および底面を覆うバリアメタル４７により構成されている。図２１は、図２０に示す画素構造において、光電変換部における反射板の平面構造を示すものである。図２１に示すように、反射板４４は、基板を透過した光をより効率的に反射させるためには光電変換部とほぼ同等の大きさの矩形状に形成することが考えられる。
　比較例の固体撮像装置の問題点を、以下に説明する。図２２は、図２０に示す裏面照射型の固体撮像装置の製造方法を示す工程順断面図である。まず、図２２Ａに示すように、支持基板５１上に接合された半導体基体４１に光電変換部４２を形成する。次に、図２２Ｂに示すように、半導体基体４１上に絶縁層４３を形成する。次に、図２２Ｃに示すように、絶縁層４３に、反射板用溝５８を形成する。このとき、図示していないが、金属配線を形成するための配線用溝が同時に形成される。さらに、図２２Ｄに示すように、バリアメタル４７を形成した後に、金属膜をメッキ被着するためのシード層５３を積層形成する。このとき、バリアメタル４７としては、タンタル、窒化タンタル、又は、これらの積層膜を用いる。また、シード層５３は、銅配線を用いる場合には、銅をスパッタリング法により被着する。次に、図２２Ｅに示すように、金属膜４８をメッキ法により被着する。金属膜４８としては、銅、又は、銅にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ａｇ等を添加した銅合金膜を用いる。金属膜４８は、シード層５３と混ざり合い、メッキにより金属膜を被着した後には両者は一体化する。次に、図２２Ｆに示すように、金属膜４８をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法により反射板用溝５８内のみに残して、反射板４４を形成する。このとき、金属膜４８をＣＭＰすると一旦バリアメタルの表面で研磨はストップするが、さらにＣＭＰを行うことで、溝内部以外の領域に被着したバリアメタル４７を除去する。次に、図２２Ｇに示すように、反射板４４上に、反射板４４の金属膜の拡散防止用のキャップ膜５２を形成する。キャップ膜５２としては、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、炭窒化シリコン（ＳｉＣＮ）等を用いる。ここまでの工程により、反射板の形成が完了する。さらに、図示しないが、必要に応じて更なる配線層の形成、支持基板５１の除去、光入射面側の半導体基体４１上へのカラーフィルタの形成、オンチップレンズの形成等を行うことで、図２０に示した裏面照射型の固体撮像装置が完成する。
　回路が高集積化された半導体素子においては、微細配線形成の要求に伴い、低抵抗で、エレクトロマイグレーション等の信頼性に優れた銅を配線材料として用いるのが一般的である。固体撮像装置においても、画素の微細化や信号読出し回路の高集積化に伴い、銅配線が用いられてきている。銅を配線に用いる場合には、ダマシン法による配線形成が一般的に行われる。その場合、反射板を配線と同時に形成することを考えると、反射板の形成にも上述のダマシン法が適用される。
　次に、ダマシン法により反射板を形成する場合の問題点を図２３により説明する。図２３は、図２２Ｆに示す金属膜４８をＣＭＰにより反射板用溝内に埋め込み形成した直後と、同一工程での断面図を示す。ダマシン法により、溝内に金属膜４８を残すようにＣＭＰを行う場合は、特に溝パターンの幅が広い場合に、溝の中央部分において銅が過研磨され大きく凹む、いわゆる、ディッシングが生じる。固体撮像装置における反射板の幅は、画素のサイズとほぼ同一であり、数ミクロン程度の幅を有する。この場合、ディッシングが生じ易い。ディッシングにより金属膜４８の中央部で膜厚が大きく減少する場合には、膜厚の薄い部分で光が透過し、反射板としての機能が低下する。さらに、膜厚がある値よりも薄くなった場合には、銅が凝集して消失してしまうという問題がある。本実施の形態では、この問題点を解消し、ダマシン法による配線形成と同時に反射板を形成することができる。
〈２．第１実施形態（固体撮像装置）〉
［固体撮像装置の概略構成］
　図１に、本技術の一実施の形態に係る固体撮像装置の一例として、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置について説明する。図１の構成は、下記に説明する各実施形態に係る固体撮像装置に共通の構成である。また、本実施の形態では、半導体基体の回路形成面（表面）側とは反対側に光の入射面を有する、いわゆる、裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置について説明する。
　本実施の形態の固体撮像装置１は、図１に示すように、半導体基体１１例えばシリコン基板に、光電変換部を含む複数の画素２が規則的に２次元アレイ状に配列された画素部（いわゆる撮像領域）３と、周辺回路部とを有している。画素２としては、１つの光電変換部と複数の画素トランジスタからなる単位画素が用いられる。また、画素２としては、複数の光電変換部に転送トランジスタ除く他の１つの画素トランジスタを共有させた、いわゆる画素共有の構造を適用することができる。複数の画素トランジスタとしては、後述するように、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタの３つのトランジスタ、あるいは選択トランジスタを追加した４つのトランジスタが挙げられる。
　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等を有して構成される。
　制御回路８は、入力クロックと、動作モード等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等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等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、画素部３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、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づ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に対し、画素列ごとにノイズ除去等の信号処理を行う。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等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。
［固体撮像装置の画素構成］
　次に、本実施の形態の固体撮像装置の画素部の断面構成について説明する。図２に、本実施形態の裏面照射型の固体撮像装置の画素部の断面図を示す。また、図３に、固体撮像装置の反射層の平面レイアウトを示す。図３は、図２の固体撮像装置の画素の構造を示す断面図における反射部の平面構造を示し、図３におけるＡ－Ａ’に沿った断面図が図２における反射層の断面図に相当する。なお、図示していないが、図２に示す単位画素が行列方向に任意の個数にマトリクス状に配置され、固体撮像装置が構成される。
　図２に示すように、本例の裏面照射型の固体撮像装置においては、半導体基体２１内に光電変換部２２が形成されている。そして、半導体基体２１の光入射面と反対側の回路形成面側に反射層２４が形成されている。反射層２４は、主たる構成となる反射部２８と、反射部２８の間に形成された絶縁部２３とからなる。また、図３に示すように、反射層２４の平面構造は、反射部２８内にスロット状に空隙が形成され、この空隙に絶縁部２３が配置された構成となる。
　反射部２８は、例えば、銅、又は、銅にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｍｇ、Ａｇ等を添加した銅合金、アルミニウム、酸化アルミニウム、及び、銀等からなる。特に、反射部２８は、固体撮像装置に形成する配線と同じ材料により形成することが好ましいため、銅又は銅合金を用いることが好ましい。反射部２８の厚さは、光を透過しない厚さとする。具体的には、反射部２８に銅を用いる場合には、３０ｎｍ以上とすることが好ましい。反射部２８が銅又は銅合金からなる場合には、絶縁部２３への銅の拡散を防ぐために、反射部２８の表面にバリアメタル２７が形成される。バリアメタル２７としては、タンタル、窒化タンタル、又は、これらの積層膜を用いる。
　反射層２４内に配置する絶縁部２３の幅が広い場合には、入射光が絶縁部２３を透過して反射率が低下する。このため、反射層２４内に配置する絶縁部２３の幅は、反射させる光の波長が長い場合には幅を広く、反射させる光の波長が短い場合には幅を狭く形成することが望ましい。例えば、可視光域のうち赤色光に相当する波長６５０ｎｍの光に対する透過率を５％以下とするためには、絶縁部２３の幅を０．２５ミクロン以下とする。また、反射部の幅、つまり、絶縁部２３同士の間隔は、絶縁部２３の幅の３倍以下の幅で形成することが、反射層２４形成時のダマシンプロセスでのディッシング抑制の観点から好ましい。
　上述の固体撮像装置では、反射層２４を備えることにより、半導体基体２１を透過した光を反射層２４で反射し、再び光電変換部２２へと入射させることができる。このため、固体撮像装置の感度の向上が可能となる。また、固体撮像装置において、反射層２４をダマシン法により形成する場合に、ＣＭＰ工程において絶縁部２３により反射部２８のディッシングが抑制される。このため、金属膜の膜減りの発生を抑制しつつ、信頼性の高い反射層２４の形成が可能になる。なお、図３では、反射層２４内の絶縁部２３は、スロット状に配置されているが、反射層２４の端部まで絶縁部２３が延在するよう、所謂、スリット状に配置されていてもよい。また、図３では単一画素の反射層２４を示しているが、この反射層２４が複数の画素に跨って形成されていてもよい。同様に、スリット状に配置される絶縁部が、複数の画素間で連続して形成されていてもよい。
［反射層の第１変形例：絶縁部の間隔］
　図４は、上述の実施形態の固体撮像装置の反射層の第１変形例の平面構造を示すものである。図４に示す平面構造を有する反射層は、図２に示した裏面照射型の固体撮像装置に適用することができる。反射層２４は、反射部２８中に絶縁部２３がスロット状に配置されたものである。そして、図４に示す第１変形例では、反射部２８内に配置されるスロット状の絶縁部２３同士の距離が、反射層２４の中央部で狭く、周辺部に向けて漸次広くなるように配置されている。
　このように、反射部２８と絶縁部２３とは、それぞれ異なる材料から形成されている。屈折率が異なる絶縁部２３を、反射部２８内にスロット状に複数並行して形成することにより、入射光に対する反射角度を制御することができる。具体的には、反射部２８よりも屈折率が小さい絶縁部２３から反射層２４が構成される場合、反射光は、屈折率の小さい絶縁部２３の間隔が広い方から狭い方に反射角度が変化する。また、反射部２８よりも屈折率が大きい絶縁部２３から反射層２４が構成される場合、屈折率の大きい絶縁部２３の間隔が狭い方から広い方に反射角度が変化する。
　図４に示す構成では、反射部２８よりも屈折率が小さい絶縁部２３から反射層２４が構成されている場合を示し、絶縁部２３同士の間隔が広い方から狭い方に反射角度が変化する。つまり、絶縁部２３の密度が高い方向に反射光が集中する。このため、図４に示すように、反射層２４の中央で絶縁部２３の間隔を狭くすることにより、反射層２４から反射光を、光電変換部（画素）の中央方向に集めることができる。
　本変形例における絶縁部スロットの配置方法によると、反射層２４をダマシン法により形成する場合に、ＣＭＰ工程において絶縁部２３により反射部２８のディッシングが抑制される。このため、金属膜の膜減りが生じることなく、信頼性の高い反射層２４の形成が可能になる。さらに、反射層２４からの反射光が、光電変換部の中央方向に反射される。このため、半導体基体内に形成された光電変換部により反射光が集光されやすくなり、固体撮像装置の感度の向上が可能となる。
［反射層の第２変形例：絶縁部パターン］
　図５は、上述の実施形態の固体撮像装置の反射層の第２変形例の平面構造を示すものである。図５に示す平面構造を有する反射層は、図２に断面図を示した裏面照射型の固体撮像装置に適用することができる。反射層２４は、反射部２８中に絶縁部２３がスロット状に配置されることで構成される。図５に示す第２変形例では、反射部２８内に配置するスロット状の絶縁部２３により、矩形状の絶縁部２３のパターンを有する。そして、この矩形状の絶縁部２３は、大きい矩形状パターンが小さい矩形状パターンを内包し、同一間隔で複数個配置されている。
　平行な直線状の絶縁部２３をスリット状に形成する以外にも、図５に示すように、絶縁部２３を矩形状に形成してもよい。矩形状の絶縁部２３を等間隔で配置することにより、パターンの対称性が高いため、入射光の角度変動に対しても、反射層２４の反射特性を一定に保つことができる。
　本変形例における反射層２４の構成パターンにおいても、反射層２４をダマシン法で形成する場合に、反射部２８を形成するＣＭＰ工程において、絶縁部２３によりディッシングの発生が抑制される。このため、反射部２８の膜減りの発生を抑制しつつ反射層２４の形成が可能となる。
　さらに、絶縁部２３のパターンのレイアウトの対称性が高いため、反射層への光入射角変動による反射特性の変化が抑制でき、固体撮像装置への光入射角変動時の感度変化を小さくできる。
［反射層の第３変形例：絶縁部パターン］
　図６は、上述の実施形態の固体撮像装置の反射層の第３変形例の平面構造を示すものである。図６に示す平面構造を有する反射層は、図２に示した裏面照射型の固体撮像装置に適用することができる。図６に示す第３変形例では、反射部２８内に配置されるスロット状の絶縁部２３により、矩形状の絶縁部２３が複数形成されている。この矩形状の絶縁部２３は、大きい矩形状パターンが小さい矩形状パターンを内包し、隣接するパターン同士の距離が、反射層２４の中央部で狭く、周辺部に向けて漸次広くなるように配置されている。
　上述の第１変形例と同様に、反射光の角度は、反射層２４の反射部２８と絶縁部２３との間隔により変化する。図６に示すように、絶縁部２３の間隔を、中央部で狭く、周辺部で広くすることにより、光が反射層２４の中央側に反射される。
　本変形例における反射層２４の構成パターンにおいても、反射層２４をダマシン法で形成する場合に、反射部２８を形成するＣＭＰ工程において、絶縁部２３によりディッシングの発生が抑制される。このため、反射部２８の膜減りの発生を抑制しつつ反射層２４の形成が可能となる。さらに、絶縁部２３を上述の配置とすることで、反射層２４に入射した光が、反射層２４の中央方向に向かうように反射される。このため、半導体基体内に形成された光電変換部に反射光を集光させやすくなり、固体撮像装置の感度の向上が可能となる。
［反射層の第４変形例：絶縁部パターン］
　図７は、上述の実施形態の固体撮像装置の反射層の第４変形例の平面構造を示すものである。図７に示す平面構造を有する反射層は、図２に示した裏面照射型の固体撮像装置に適用することができる。
　図７に示す第４変形例では、反射部２８内に配置するスロット状の絶縁部２３により、同心円状の絶縁部２３が複数形成されている。同心円状の絶縁部２３は、大きい円状パターンが小さい円状パターンを内包して、等間隔に配置されている。平行な直線状の絶縁部２３をスリット状に形成する以外にも、図７に示すように、絶縁部２３を同心円状に形成してもよい。同心円状の絶縁部２３を等間隔で配置することにより、上述の第２変形例と同様に、パターンの対称性が高いため、入射光の角度変動に対しても、反射層２４の反射特性を一定に保つことができる。
　本例における反射層２４の構成パターンにおいても、反射層２４をダマシン法で形成する場合に、反射部２８を形成するＣＭＰ工程において、絶縁部２３によりディッシングの発生が抑制される。このため、反射部２８の膜減りの発生を抑制しつつ反射層２４の形成が可能となる。さらに、絶縁部２３のパターンのレイアウトの対称性が高いため、反射層への光入射角変動による反射特性の変化が抑制でき、固体撮像装置への光入射角変動時の感度変化を小さくできる。
［反射層の第５変形例：絶縁部パターン］
　図８は、上述の実施形態の固体撮像装置の反射層の第５変形例の平面構造を示すものである。図８に示す平面構造を有する反射層は、図２に断面図を示した裏面照射型の固体撮像装置に適用することができる。
　図８に示す第５変形例では、反射部２８内に配置するスロット状の絶縁部２３により、同心円状の絶縁部２３が複数形成されている。同心円状の絶縁部２３は、大きい円状パターンが小さい円状パターンを内包して、隣接する絶縁部２３の距離が反射層の中央部で狭く、周辺部に向けて漸次広くなるように配置されている。上述の第１変形例と同様に、反射光の角度は、反射層２４の反射部２８と絶縁部２３との間隔により変化する。図８に示すように、絶縁部２３の間隔を、中央部で狭く、周辺部で広くすることにより、光が反射層２４の中央側に反射される。
　本変形例における反射層２４の構成パターンにおいても、反射層２４をダマシン法で形成する場合に、反射部２８を形成するＣＭＰ工程において、絶縁部２３によりディッシングの発生が抑制される。このため、反射部２８の膜減りの発生を抑制しつつ反射層２４の形成が可能となる。さらに、絶縁部２３を上述の配置とすることで、反射層２４に入射した光が、反射層２４の中央方向に向かうように反射される。このため、半導体基体内に形成された光電変換部に反射光を集光させやすくなり、固体撮像装置の感度の向上が可能となる。また、第５変形例では、反射層２４の中心から見たときの絶縁部２３の配置が完全対象性を有する。このため、光の入射方向が変化した場合でも反射率が一定となり、固体撮像装置の感度が光入射角に依存せずに、光入射角変動時の感度変化を抑制することができる。
［反射層の第６変形例：絶縁部パターン］
　図９は、上述の実施形態の固体撮像装置の反射層の第６変形例の平面構造を示すものである。図９に示す平面構造を有する反射層は、図２に示した裏面照射型の固体撮像装置に適用することができる。
　図９に示す第６変形例では、反射層２４を構成する反射部２８が、金属配線の集合体から構成されている。そして、反射部２８内に配置される絶縁部２３が、金属配線間に形成された絶縁層から構成されている。反射部２８は、例えば図９に示すように、第１金属配線３１、第２金属配線３２、第３金属配線３３、第４金属配線３４、第５金属配線３５、第６金属配線３６、第７金属配線３７、及び、第８金属配線３８の複数の金属配線の集合体として構成される。
　本変形例における反射層２４は、金属配線の集合体により構成されているため、隣接する金属配線間には、絶縁部２３が形成される。反射層２４を構成する領域においては、隣接する金属配線の距離、つまり、絶縁層の幅を、光が透過しないように０．２５ミクロン以下とすることが好ましい。本変形例における固体撮像装置では、金属配線を用いて反射層を構成するため、配線形成工程において、ダマシン法により容易に反射層２４を形成することが可能になる。
［反射層の第７変形例：画素部］
　固体撮像装置に適用される反射層の第７変形例について説明する。図１０は、上述の実施形態の固体撮像装置の構成を説明するための平面図である。この図１０では、図２に示した裏面照射型の固体撮像装置の画素部の平面構成を示している。図１０に示すように、固体撮像装置１は、画素が行列方向にマトリクス配置された画素部３を有しており、ここでは画素部３を、領域ａから領域ｉまでの９つの領域に区分した場合について説明する。
　図１１に示す反射層２４ａから反射層２４ｉは、図１０における画素部３の領域ａから領域ｉまでの９つの領域に対応する、反射部２８と絶縁部２３の平面構造を示している。図１１に示すように、反射層２４ａ～ｉは、反射部２８内に絶縁部２３が配置された構成である。そして、領域ａ～ｉにおいて、反射層２４ａ～ｉを構成する反射部２８と絶縁部２３の配置パターンが異なる。
　画素部３の中央に相当する領域ｅに形成される画素は、絶縁部２３が、隣接する絶縁部２３との距離を等しくしたスロット状のパターンに配置されている反射層２４ｅを有する。つまり、領域ｅに形成される各画素は、上述の第１実施形態に示す画素構成と同様の構成となり、第１実施形態の反射層と同様の構成の反射層２４ｅを有する。
　画素部３の領域ｅに対して上下左右の領域ｂ，ｄ，ｆ，ｈに形成される画素は、スロット状の絶縁部２３の間隔が、画素部３の中央に近い方向では狭く、画素部３の周辺部に向けて漸次広くなるように配置されている反射層２４ｂ，ｄ，ｆ，ｈを有する。つまり、領域ｂ，ｄ，ｆ，ｈに形成される各画素は、上述の第１変形例の反射層と同じ構成の反射層２４ｂ，ｄ，ｆ，ｈを有する。
　また、画素部３の角部に位置する領域ａ，ｃ，ｇ，ｉに形成される画素は、スロット状の絶縁部２３の配置が、画素部３の中心部に向かって凹部を向けたかぎ型に配置されている反射層２４ａ，ｃ，ｇ，ｉを有する。絶縁部２３は、２つのスロット状の絶縁部２３が、領域ａ，ｃ，ｇ，ｉの外側の辺に沿って連続したパターンに形成されている。そして、この絶縁部２３の間隔が、画素部３の中央に近い方向では狭く、画素部３の周辺部に向けて漸次広くなるように配置されている。
　固体撮像装置において入射光は、画素部３の中央部では垂直に入射し、画素部３の端部に行くに従い、画素部３の中心から端部方向に向けて斜め方向に入射する。このため、画素部３を複数の領域に分け、それぞれの領域において、絶縁部２３の配置を異ならせた反射層２４を設けることにより、各領域の画素において反射層２４での光の反射方向を光電変換部の中央部へ向けることができる。
　本例における反射層２４の構成では、固体撮像装置の画素部３を複数の領域に分け、それぞれの領域において各画素に設けられる反射層２４の絶縁部２３のパターンを異ならせている。この構成により、各領域において、反射層２４の反射光の方向を制御し、画素部３内での光の入射角に依存した感度分布を均一化することが可能になる。
［反射層の第８変形例：画素部］
　固体撮像装置に適用される反射層の第８変形例について説明する。図１２に示す反射層２４ａから反射層２４ｉは、図１０における画素部３の領域ａから領域ｉまでの９つの領域に対応する、反射部２８と絶縁部２３の平面構造を示している。
　図１２に示すように、反射層２４ａ～ｉは反射部２８内に矩形状の絶縁部２３が配置された構成である。矩形状の絶縁部２３は、大きい矩形状パターンが小さい矩形状パターンを内包して、複数の矩形状パターンに配置されている。そして、この領域ａ～ｉにおいて反射層２４ａ～ｉを構成する絶縁部２３の矩形状パターンの配置が異なる。
　画素部３の中央に相当する領域ｅに形成される画素は、絶縁部２３が、重心位置を同じくする矩形状の絶縁部パターンが同一の間隔で複数個配置されている。つまり、領域ｅに形成される各画素は、上述の第２変形例と同様の構成の反射層２４ｅを有する。
　画素部３の領域ｅに対して上下左右の領域ｂ，ｄ，ｆ，ｈに形成される画素は、矩形状パターンの絶縁部２３が、内側に配置されるパターンほど画素部３の中央部にパターンの中心位置近くなるように配置された反射層２４ｂ，ｄ，ｆ，ｈを有する。同様に、画素部３の角部に位置する領域ａ，ｃ，ｇ，ｉに形成される画素は、矩形状パターンの絶縁部２３が、内側に配置されるパターンほど画素部３の中央部にパターンの中心位置近くなるように配置された反射層２４ａ，ｃ，ｇ，ｉを有する。
　固体撮像装置において入射光は、画素部３の中央部では垂直に入射し、画素部３の端部に行くに従い、画素部３の中心から端部方向に向けて斜め方向に入射する。このため、画素部３を複数の領域に分け、それぞれの領域において、絶縁部２３の配置を異ならせた反射層２４を設けることにより、各領域の画素において反射層２４での光の反射方向を光電変換部の中央部へ向けることができる。
　本例における反射層２４の構成では、固体撮像装置の画素部３を複数の領域に分け、それぞれの領域において各画素に設けられる反射層２４の絶縁部２３のパターンを異ならせている。この構成により、各領域において、反射層２４の反射光の方向を制御し、画素部３内での光の入射角に依存した感度分布を均一化することが可能になる。
［反射層の第９変形例：画素部］
　固体撮像装置に適用される反射層の第９変形例について説明する。図１３に示す反射層２４ａから反射層２４ｉは、図１０における画素部３の領域ａから領域ｉまでの９つの領域に対応する、反射部２８と絶縁部２３の平面構造を示している。
　図１３に示すように、反射層２４ａ～ｉは反射部２８内に円状の絶縁部２３が配置された構成である。円状の絶縁部２３は、大きい円状パターンが小さい円状パターンを内包して、複数の円状パターンに配置されている。そして、この領域ａ～ｉにおいて反射層２４ａ～ｉを構成する絶縁部２３の円状パターンの配置が異なる。
　画素部３の中央に相当する領域ｅに形成される画素は、絶縁部２３が、同心円状に等間隔で複数個配置されている。つまり、領域ｅに形成される各画素は、上述の第４変形例と同様の構成の反射層２４ｅを有する。
　画素部３の領域ｅに対して上下左右の領域ｂ，ｄ，ｆ，ｈに形成される画素は、円状パターンの絶縁部２３が、内側に配置されるパターンほど画素部３の中央部にパターンの中心位置近くなるように配置された反射層２４ｂ，ｄ，ｆ，ｈを有する。同様に、画素部３の角部に位置する領域ａ，ｃ，ｇ，ｉに形成される画素は、円状パターンの絶縁部２３が、内側に配置されるパターンほど画素部３の中央部にパターンの中心位置近くなるように配置された反射層２４ａ，ｃ，ｇ，ｉを有する。
　固体撮像装置において入射光は、画素部３の中央部では垂直に入射し、画素部３の端部に行くに従い、画素部３の中心から端部方向に向けて斜め方向に入射する。このため、画素部３を複数の領域に分け、それぞれの領域において、絶縁部２３の配置を異ならせた反射層２４を設けることにより、各領域の画素において反射層２４での光の反射方向を光電変換部の中央部へ向けることができる。
　本例における反射層２４の構成では、固体撮像装置の画素部３を複数の領域に分け、それぞれの領域において各画素に設けられる反射層２４の絶縁部２３のパターンを異ならせている。この構成により、各領域において、反射層２４の反射光の方向を制御し、画素部３内での光の入射角に依存した感度分布を均一化することが可能になる。
　なお、上述の第７～９変形例では、画素部を９つの領域に分けてパターンの異なる反射層を構成しているが、分割する領域は９つに限らず、必要に応じてイメージ領域の分割数を決めることができる。さらに、各領域の広さも任意に決めることができ、すべての領域を同じ面積で形成しなくてもよい。また、画素部を複数の領域に分割する構成にかえて、画素部において画素毎にパターンの異なる反射層を有する構成としてもよい。画素部の中心に近い画素では絶縁部を等間隔に配置し、周辺部の画素ほど画素部の中心方向に絶縁部の密度が高くなる構成の反射層を形成する。
［絶縁部パターン］
　反射層に集光特性を付与する場合に、反射層２４に形成する絶縁部２３の配置について図１４を用いて説明する。ここでは、反射層２４に同心円状の絶縁部を配置する構成、つまり、上述の第５変形例の構成について説明する。
　反射層２４に同心円状に絶縁部２３を配置して、反射光を画素の中央に集中させるためには、反射層２４の外周に向かうにつれ、絶縁部２３の間隔が序々に広がるように形成する。反射層２４の中央からｎ個（ｎ＝１、２、３、４・・・）の絶縁部２３が配置される場合、ｎ番目の絶縁部２３とｎ＋１番目の絶縁部２３の距離を、（ｎ＋１）１／２×ａ（ａは定数）となるように、絶縁部２３を配置する。即ち、中心から１番目の絶縁部２３の反射板中心からの距離をａとした場合、２番目の絶縁部２３の１番目の絶縁部２３からの距離を（２）１／２×ａ＝１．４１×ａとする。そして、３番目の絶縁部２３の２番目の絶縁部２３からの距離を（３）１／２×ａ＝１．７３×ａとする。４番目の絶縁部２３の３番目の絶縁部２３からの距離を（４）１／２×ａ＝２×ａとする。このように、絶縁部２３の間隔を制御することにより、反射層２４の反射特性を制御することができる。上記の設計はゾーンプレートの設計方法を基に絶縁部２３の配置を求めているが、上記の方法に限らず反射層の集光特性を得ることができれば、設計手法は問わない。
　なお、上述の説明では、絶縁部を同心円状に配置する場合について示しているが、例えば、上述の第２変形例や第４変形例のスロット状、矩形状の配置の絶縁部に対しても、適用することができる。反射層の中心から外周に向かうに従い、同様に間隔を広げていくことで、反射光を反射層の中央方向に集光させることができる。さらに、第７～９変形例においても、画素部の中心の領域を除く、周辺領域の画素に設ける反射層に対しても適用することができる。周辺領域の画素において、画素の中心方向から外周に向かうに従い、絶縁部の間隔を調整することにより、反射光の制御が可能となる。
〈３．第２実施形態（固体撮像装置）〉
　固体撮像装置の第２実施形態について説明する。第２実施形態は、上述の第１実施形態の固体撮像装置と、反射層以外の構成は同じである。このため、以下の第２実施形態の説明では、上述の第１実施形態と異なる構成のみを説明し、第１実施形態と同様の構成の説明を省略する。
　図１５は、本技術の第２実施形態による固体撮像装置の画素の構造を示す断面図である。図１５に示す裏面照射型の固体撮像装置においては、半導体基体２１内に光電変換部２２が形成されている。そして、半導体基体２１の光入射面と反対側の回路形成面側に第１反射層２４Ａ及び第２反射層２４Ｂが形成されている。つまり、裏面照射型の固体撮像装置において、回路形成面に複数の反射層が積層形成されている。
　第１反射層２４Ａ及び第２反射層２４Ｂは、それぞれ主たる構成となる反射部２８と、反射部２８の間に形成された絶縁部２３とからなる。また、反射部２８の表面にバリアメタル２７を備える。
　また、固体撮像装置の第１反射層２４Ａ及び第２反射層２４Ｂの平面構造を図１６に示す。第１反射層２４Ａ及び第２反射層２４Ｂの平面構造は、反射部２８内にスロット状に空隙が形成され、この空隙に絶縁部２３が配置された構成となる。このとき、第１反射層２４Ａと第２反射層２４Ｂに形成される絶縁部２３の位置は、空間方向に重ならないように形成される。なお、第１反射層２４Ａ、第２反射層２４Ｂは、それぞれ固体撮像装置で同じ配線層に形成される配線と同時にダマシン法で形成することにより、工程数の増加なく容易に形成することができる。
　本例の固体撮像装置においては、第１反射層２４Ａと第２反射層２４Ｂの絶縁部２３の配置位置が、空間の縦方向に重ならないように形成されている。このため、第１反射層２４Ａの絶縁部２３を通過した光が、第２反射層２４Ｂで反射され、光電変換部２２へと入射させることが可能になる。従って、より感度の高い固体撮像装置を実現することができる。なお、本実施形態においては、反射層を二層に形成する場合を示しているが、三層以上の反射層を形成してもよく、反射層の絶縁部が空間の縦方向に重ならないように配置すればよい。
〈４．第３実施形態（固体撮像装置）〉
　固体撮像装置の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、上述の第１実施形態の固体撮像装置と、光電変換部以外の構成は同じである。このため、以下の第３実施形態の説明では、上述の第１実施形態と異なる構成のみを説明し、第１実施形態と同様の構成の説明を省略する。
　図１７は、本技術の第３実施形態による固体撮像装置の画素の構造を示す断面図である。図１７に示す裏面照射型の固体撮像装置においては、半導体基体２１内に光電変換部２２が積層形成されている。そして、半導体基体２１の光入射面と反対側の回路形成面側に反射層２４が形成されている。
　光電変換部２２は、半導体基体２１の入射面に近い方向から、可視光領域において、青色光の波長に対応する光電変換部２２Ｂ、緑色光の波長に対応する光電変換部２２Ｇ、赤色光の波長に対応する光電変換部２２Ｒが形成されている。それぞれの光電変換部２２Ｂ，Ｇ，Ｒでは、青、緑、赤の波長域に対応した光が光電変換され、単一画素において、青、緑、赤の三色の光に対応した輝度信号を取得することができる。
　また、図１７に示す固体撮像装置では、半導体基体２１の回路形成面側に設けられる反射層２４は、赤色光の反射特性に優れた構成である。例えば、反射部２８を、赤色光に対して反射特性が良好な銅及び銅合金から形成される。赤色光等の長波長光は、半導体基体２１での吸収率が低い。特に、本実施の形態のような裏面照射型の固体撮像装置では、光電変換部が形成される半導体基体２１を比較的薄い厚さで形成するため、長波長の光が半導体基体２１を透過して、回路形成面側まで到達する。このため、反射層２４を設けることにより、半導体基体２１を透過した長波長光を、再び半導体基体２１の光電変換部２２Ｒに戻すことができる。つまり、反射層２４で反射させることにより、光が光電変換部２２Ｒを通過する距離を実質的に２倍にすることができる。
　反射層２４において、絶縁部２３の幅は、反射層２４に最も近い位置に形成する光電変換部２２Ｒで光電変換する赤の波長域の光の中心波長である６５０ｎｍ以下の幅とすることが望ましい。さらに、反射光率を上げるために、０．２５μｍ以下とすることが好ましい。絶縁部２３の幅を０．２５μｍ以下にすることで、赤色光に相当する波長６５０ｎｍの光の透過率を５％以下にすることができる。
　図１８に、図１７に示す反射層２４の平面構造を示す。図１８におけるＢ－Ｂ’に沿った断面図が図１７の断面図に相当する。図１８に示すように、反射層２４の平面構造は、上述の第１実施形態と同様に、反射部２８内にスロット状に空隙が形成され、この空隙に絶縁部２３が配置された構成となる。
　本実施の形態の固体撮像装置のように、半導体基体２１内に複数の光電変換部２２が形成されている場合にも、絶縁部２３が配置された反射層２４を適用することができる。反射部２８をＣＭＰ法で形成する際に、ディッシングの発生が抑制され、反射部２８の膜減りの発生を抑制しつつ反射層２４の形成が可能になる。さらに、反射層２４からの反射光が、光電変換部の中央方向に反射される。このため、半導体基体内に形成された光電変換部により反射光が集光されやすくなり、感度の向上が可能となる。
　なお、第３実施形態では、三層の光電変換部を半導体基体内に形成しているが、このうちの任意の光電変換部を、光入射面側の半導体基体上に光電変換膜を用いて積層する構造としてもよい。この場合でも、反射層は、最も反射層に近い位置に形成する光電変換部で光電変換する波長域の光を効率よく反射させるための絶縁部幅を設定すればよい。光電変換膜を積層した裏面照射型の固体撮像装置において、最も反射層に近い位置に形成した光電変換部で光電変換する波長域の光が効率良く反射され、光電変換部での感度の向上を図ることができる。
　なお、これまで説明した全ての反射層の平面レイアウトは、裏面照射型の固体撮像装置、及び、積層型の光電変換部を有する裏面照射型の固体撮像装置の反射層構造に適用することができ、領域ごとに最適なレイアウトを適用してよい。さらに、複数層の配線層で反射層を形成する場合に、それぞれの層で形成する反射層に最適な絶縁部配置レイアウトを用いることができる。第２実施形態及び第３実施形態においても、上述の第１実施形態の各変形例の反射層の構成を適用してもよい。
〈５．電子機器〉
　次に、上述の固体撮像装置を備える電子機器の実施形態について説明する。上述の固体撮像装置は、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、撮像機能を有する携帯電話、又は、撮像機能を備えた他の機器等の電子機器に適用することができる。図１９に、電子機器の一例として、固体撮像装置を静止画像又は動画を撮影可能なカメラ（カメラ１００）に適用した場合の概略構成を示す。
　カメラ１００は、固体撮像装置１０１と、固体撮像装置１０１の受光センサ部に入射光を導く光学系１０２と、固体撮像装置１０１及び光学系１０２間に設けられたシャッタ装置１０３と、固体撮像装置１０１を駆動する駆動回路１０４とを備える。さらに、カメラ１００は、固体撮像装置１０１の出力信号を処理する信号処理回路１０５を備える。
　固体撮像装置１０１には、上述の各実施形態及び変形例に示す固体撮像装置を適用することができる。光学系（光学レンズ）１０２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１０１の撮像面（不図示）上に結像させる。これにより、固体撮像装置１０１内に、一定期間、信号電荷が蓄積される。なお、光学系１０２は、複数の光学レンズを含む光学レンズ群で構成してもよい。また、シャッタ装置１０３は、入射光の固体撮像装置１０１への光照射期間及び遮光期間を制御する。
　駆動回路１０４は、固体撮像装置１０１及びシャッタ装置１０３に駆動信号を供給する。そして、駆動回路１０４は、供給した駆動信号により、固体撮像装置１０１の信号処理回路１０５への信号出力動作、及び、シャッタ装置１０３のシャッタ動作を制御する。すなわち、この例では、駆動回路１０４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１０１から信号処理回路１０５への信号転送動作を行う。
　信号処理回路１０５は、固体撮像装置１０１から転送された信号に対して、各種の信号処理を施す。そして、各種信号処理が施された信号（映像信号）は、メモリ等の記憶媒体（不図示）に記憶される、又は、モニタ（不図示）に出力される。
　上述のカメラ１００等の電子機器によれば、高感度化が可能な固体撮像装置１０１を用いることにより、画質特性の向上した電子機器を提供することができる。
　なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）一方の面を回路形成面とし、他方の面を受光面とする半導体基体と、前記半導体基体に設けられた光電変換部と、前記光電変換部上において前記回路形成面に設けられた反射層と、前記反射層に配置された絶縁部と、を備える固体撮像装置。
（２）前記反射層は、金属膜からなる反射部内に、スロット状の前記絶縁部が配置されている、上記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）前記反射部内に配置される前記絶縁部は、光電変換部の検出する光の波長域よりも小さい幅を有する、上記（２）に記載の固体撮像装置。
（４）前記反射層は前記反射部と前記絶縁部とが交互に配置された構成を有し、前記反射部及び前記絶縁部のうち、屈折率の小さいほうの配置間隔が前記反射層の中心に向かって徐々に小さくなるように配置されている、上記（２）又は（３）に記載の固体撮像装置。
（５）前記反射層は前記反射部と前記絶縁部とが交互に配置された構成を有し、前記反射部と前記絶縁部のうち屈折率の大きいほうの材料からなるパターンの重心位置が、画素部の端になるほど前記反射層の中心から前記画素部の中心方向にずれた位置に配置されている、上記（２）から（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（６）前記反射層が、複数の配線層に形成された前記反射部と前記絶縁部とからなる、上記（２）から（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７）前記反射部が、同一の配線層に形成された複数の配線の集合体からなる、上記（２）から（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８）前記反射部は、ダマシン法により形成された金属膜からなる、上記（２）から（７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（９）単一の画素内に複数の光電変換部が積層されている、上記（１）から（８）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１０）前記絶縁部は、積層された前記光電変換部のうち、最も前記反射層に近い前記光電変換部の検出する光の波長域よりも小さい幅を有する、上記（９）に記載の固体撮像装置。
（１１）（１）から（１０）のいずれかに記載の固体撮像装置と、前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と、を備える電子機器。
　本出願は、日本国特許庁において２０１２年５月１６日に出願された日本特許出願番号第２０１２－１１２６０８号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
　当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。

Claims (11)

  1. 　一方の面を回路形成面とし、他方の面を受光面とする半導体基体と、
    　前記半導体基体に設けられた光電変換部と、
    　前記光電変換部上において前記回路形成面に設けられた反射層と、
    　前記反射層に配置された絶縁部と
    　を備える固体撮像装置。
  2. 　前記反射層は、金属膜からなる反射部内に、スロット状の前記絶縁部が配置されている
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　前記反射部内に配置される前記絶縁部は、光電変換部の検出する光の波長域よりも小さい幅を有する
    　請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記反射層は前記反射部と前記絶縁部とが交互に配置された構成を有し、前記反射部及び前記絶縁部のうち、屈折率の小さいほうの配置間隔が前記反射層の中心に向かって徐々に小さくなるように配置されている
    　請求項２に記載の固体撮像装置。
  5. 　前記反射層は前記反射部と前記絶縁部とが交互に配置された構成を有し、前記反射部と前記絶縁部のうち屈折率の大きいほうの材料からなるパターンの重心位置が、画素部の端になるほど前記反射層の中心から前記画素部の中心方向にずれた位置に配置されている
    　請求項２に記載の固体撮像装置。
  6. 　前記反射層が、複数の配線層に形成された前記反射部と前記絶縁部とからなる
    　請求項２に記載の固体撮像装置。
  7. 　前記反射部が、同一の配線層に形成された複数の配線の集合体からなる
    　請求項２に記載の固体撮像装置。
  8. 　前記反射部は、ダマシン法により形成された金属膜からなる
    　請求項２に記載の固体撮像装置。
  9. 　単一の画素内に複数の光電変換部が積層されている
    　請求項１に記載の固体撮像装置。
  10. 　前記絶縁部は、積層された前記光電変換部のうち、最も前記反射層に近い前記光電変換部の検出する光の波長域よりも小さい幅を有する
    　請求項９に記載の固体撮像装置。
  11. 　一方の面を回路形成面とし、他方の面を受光面とする半導体基体と、前記半導体基体に設けられた光電変換部と、前記光電変換部上において前記回路形成面に設けられた反射層と、前記反射層に配置された絶縁部と、を有する固体撮像装置と、
    　前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と
    　を備える電子機器。
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