(57)【要約】【課題】微細画素での感度の向上を図り、かつ偽信号を低減できる固体撮像装置及びその製造方法を提供する。また、この固体撮像装置を備えた電子機器を提供する。【解決手段】固体撮像装置２１が、光電変換素子を含む画素２が複数配列された有効画素部に、前記画素２間を遮光する非導体からなる画素間遮光膜４３を有する。【選択図】図２
2010109295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子を含む画素が複数配列された有効画素部に、前記画素間を遮光する非導体からなる画素間遮光膜を有する
固体撮像装置。
【請求項２】
前記有効画素部は、光電変換素子と画素トランジスタとにより構成された前記画素と、前記画素の上方に配置された導体による配線層を有し、
前記配線層と反対側から前記光電変換素子に入射光が照射される
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記画素の開口幅が３μｍ以下である
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記画素間遮光膜が、アモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜、Ｇｅ膜、ＧａＮ膜、ＣｄＴｅ膜、ＧａＡｓ膜、ＩｎＰ膜、非導体構造のカーボン膜、黒色レジスト膜、有機光電変換膜のいずれかで形成されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
導体からなる遮光膜が配置されたオプティカルブラック部を有する
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記オプティカルブラック部の導体からなる遮光膜が、前記非導体からなる画素間遮光膜の上方に形成されている
請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記非導体からなる画素間遮光膜と、前記導体からなる遮光膜が同じ高さに形成されている
請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項８】
絶縁膜内に形成された前記非導体からなる画素間遮光膜と、
前記絶縁膜上に形成されたカラーフィルタとを有する
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項９】
絶縁膜上に形成された前記非導体からなる画素間遮光膜と、
前記画素間遮光膜に接して形成されたカラーフィルタとを有する
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
有効画素部およびオプティカルブラック部にわたって非導体からなる画素間遮光膜を形成する工程と、
次に、前記オプティカルブラック部の前記画素間遮光膜の上方に導体からなる遮光膜を形成する工程を
有する固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
オプティカルブラック部に導体からなる遮光膜を形成する工程と、
次に、前記導体からなる遮光膜と同じ高さで、有効画素部に非導体からなる画素間遮光膜を形成する工程とを
有する固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記画素間遮光膜を、アモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜、Ｇｅ膜、ＧａＮ膜、ＣｄＴｅ膜、ＧａＡｓ膜、ＩｎＰ膜、非導体構造のカーボン膜、黒色レジスト膜、有機光電変換膜のいずれかで形成する
請求項１０又は１１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備え、
前記固体撮像装置は、
光電変換素子を含む画素が複数配列された有効画素部に、前記画素間を遮光する非導体からなる画素間遮光膜を有する
電子機器。
【請求項１４】
前記固体撮像装置の有効画素部は、
光電変換素子と画素トランジスタとにより構成され前記画素と、
前記画素の上方に配置された導体による配線層を有し、
前記配線層と反対側から前記光電変換素子に入射光が照射される
請求項１３記載の電子機器。
【請求項１５】
前記固体撮像装置における画素の開口幅が３μｍ以下である
請求項１３記載の電子機器。
【請求項１６】
前記固体撮像装置における前記画素間遮光膜が、アモルファスシリコン膜、ポリシリコン膜、Ｇｅ膜、ＧａＮ膜、ＣｄＴｅ膜、ＧａＡｓ膜、ＩｎＰ膜、非導体構造のカーボン膜、黒色レジスト膜、有機光電変換膜のいずれかで形成されている
請求項１３記載の電子機器。
【請求項１７】
前記固体撮像装置に、導体からなる遮光膜が配置されたオプティカルブラック部を有する
請求項１３記載の電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法、並びに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサに代表される増幅型固体撮像装置と、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサに代表される電荷転送型固体撮像装置に大別される。これら固体撮像装置は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどに広く用いられている。また、近年、カメラ付き携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などのモバイル機器に搭載される固体撮像装置としては、電源電圧が低く、消費電力の観点などからＣＭＯＳイメージセンサが多く用いられている。
【０００３】
固体撮像装置として、多層配線層が形成された側とは反対側の基板裏面側から光を入射させるようにした、いわゆる裏面入射型のＣＭＯＳイメージセンサが提案され（例えば、特許文献１参照）、現在開発されている。
【０００４】
図１０に、従来の裏面入射型のＣＭＯＳ固体撮像装置の例を示す。図１０は、撮像領域の要部の断面図である。図１０では、シリコン部（半導体基板に相当）１１２の入射光Ｌが照射される側の面を裏面１１２Ｂとし、その反対側の面を表面１１２Ａとしている。
【０００５】
この裏面入射型のＣＭＯＳ固体撮像装置１１１は、シリコン部（半導体基板に相当する）１１２に光電変換素子となるフォトダイオードＰＤと複数の画素トランジスタからなる複数の画素が配列されている。シリコン部１１２の表面１１２Ａ側には、画素トランジスタのゲート電極１２１、１２２が形成され、さらに、層間絶縁膜１２４を介して複数層の配線１２５を配置した多層配線層１２６、さらに支持基板１２７が形成されている。多層配線層１２６と支持基板１２７は接着剤層１２８を介して接合される。シリコン部１１２の裏面１１２Ｂ側には、層間絶縁膜１３０との界面にｐ型半導体領域１２９が形成され、層間絶縁膜１３０上にオンチップカラーフィルタ１３１及びオンチップレンズ１３２が形成される。符号１３３は単位画素を示す。
【０００６】
フォトダイオードＰＤは、ｐ型のシリコン部１１２の表面１１２Ａ側から裏面１１２Ｂ側にわたり形成された、ｐ型半導体領域１１３と電荷蓄積領域となるｎ型半導体領域１１４と比較的低不純物濃度のｎ−半導体領域１１５とから構成される。ｎ−半導体領域１１５は、画素トランジスタの形成領域の下（図では上方）にまで延長して形成される。
【０００７】
シリコン部１１２では、表面１１Ａ側にｎ型のソース・ドレイン領域１１７、１１８、１１９が形成され、ゲート絶縁膜を介してゲート電極１２１、１２２が形成され、複数の画素トランジスタが形成される。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタ追加して４つのトランジスタで構成することもできる。
【０００８】
このＣＭＯＳ固体撮像装置１１１では、入射光Ｌが図１０の上方から（裏面１１２Ｂ側から）入射し、オンチップレンズ１３２によってフォトダイオードＰＤに集光するように曲げられ、オンチップカラーフィルタ１３１で色成分が分離されてフォトダイオードＰＤに入る。フォトダイオードＰＤでは入射光を受けて光電変換される。
【０００９】
画素１３３の境界付近に入射した光Ｌは、オンチップレンズ１３２の境界付近を通り、シリコン部１１２に入射する。オンチップレンズ１３２の境界付近では、光が十分に曲げられず通過し、そのまま光電変換されることが起こる。画素１３３の境界付近では、フォトダイオードＰＤが分離されているので、フォトダイオードＰＤ間で光電変換された光電子は、どちらのフォトダイオードＰＤに入るかは確率の問題となる。
【００１０】
例えば、緑（Ｇ）のオンチップカラーフィルタを通った光から発生した光電子は、その下のフォトダイオードＰＤに入って欲しいが、ある確率で隣接する赤（Ｒ）や青（Ｂ）のオンチップカラーフィルタの下のフォトダイオードＰＤに入ってしまう。このように、光が通過したオンチップカラーフィルタの画素と、光電子が検出される画素が異なる現象は混色と呼ばれ、色の再現性を悪化させる。
【００１１】
混色は、光が斜め入射するときに更に増加する。角度によっては、オンチップカラーフィルタの端部を斜めに通過した光が、隣の画素のフォトダイオードＰＤに入ってしまうことも起こる。
【００１２】
混色を低減するために、従来は図８に示すように、画素１３３間に遮光メタル１４１を配置していた。遮光メタル１４１は、層間絶縁膜１３０内に埋め込まれるように、配置される。遮光メタル１４１の付近の領域Ａの拡大図を図９に示す。図９に示すように、シリコン部１１２の上方にシリコン酸化膜１４２が形成され、その上にＡｌやＷによる遮光メタルを形成し、パターニングして画素間遮光メタル１４１が形成される。さらに、パシベーションと分光調整のためのシリコン窒化膜（ＳｉＮ）膜で遮光メタル１４１が被覆され、その上に、シリコン酸化（ＳｉＯ２）膜あるいは有機膜などの平坦化膜１４４が形成される。この平坦化膜１４４上にオンチップカラーフィルタ１３１、有機平坦化層１４５、オンチップレンズ１３２が形成される。
【００１３】
ＣＭＯＳ固体撮像装置１１１には、画素部において、有効画素部の外側にオプティカルブラック（ＯＰＢ）部という、黒レベルを検出するために金属層（遮光メタル）を被せて遮光された画素部が存在することが多い。オプティカルブラック部以外の有効画素部では、画素のフォトダイオードＰＤ上の遮光メタルを開口し、画素間に遮光メタルを残して、画素間に入射してきた光をブロックすることで混色を低減している。
【００１４】
なお、裏面入射型のＣＭＯＳ固体撮像装置において、隣り合うオンチップレンズ間の無効領域に対応したフォトダイオード間に素子分離領域を形成した構成が、特許文献２に開示されている。また、裏面入射型のＣＭＯＳ固体撮像装置において、画素間及びオプティカルブラック部の遮光膜をメタルで形成し、この遮光メタルの電位を固定した構成が、特許文献３に開示されている。
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−３１７８５号公報
【特許文献２】特開２００５−３４７７０９号公報
【特許文献３】特開２００６−１９６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
図８に示した画素間を遮光する遮光メタル１４１を配置したＣＭＯＳ固体撮像装置では、画素が微細化されるに伴い、画素の開口部と画素間遮光膜の面積比以上に感度が低下するという問題点があった。この感度低下は、次の２つの現象が起こることによる。
【００１７】
１つは遮光メタルに起因した静電遮蔽効果である。画素間を遮蔽する遮蔽メタルは、通常、平面的に見ると格子状の規則正しい形状に形成されている。遮光メタルは、導体であるため光が入射すると、光の電場の変化で電子が遮光メタル内を動き、光エネルギーを吸収し、画素の開口部が微細化してくると開口部を通る光が減衰するという静電遮蔽が起こる。特に、画素の微細化に伴い、画素の開口幅が３μｍ以下になると、可視光の波長が無視できなくなってきており、可視光の静電遮蔽による損失が起こってくる。
【００１８】
２つ目は、可視光の回折効果である。画素の開口幅ｗが３μｍ以下になると、可視光の波長が無視できなくなり、可視光の回折効果が無視できなくなってきて、オンチップレンズの集光が効きにくくなっている。
特に、前者の減少が大きい。
【００１９】
また、遮光メタルは、ここに照射された光の大部分を反射する。画素間の遮光メタル１４１が格子状の規則正しいパターンを有しているので、反射光が干渉し合って、例えばカメラレンズ等で反射されて戻って来る。干渉光が反射して戻って来た場合には、見た目に直ぐに分かる規則正しい偽信号を形成してしまうことが多い。
【００２０】
上述では、裏面入射型のＣＭＯＳ固体撮像装置について、その遮光メタルの問題点を説明したが、その他、ＣＣＤ固体撮像装置においても、画素の微細化に伴い同様の問題が生じる。
【００２１】
本発明は、上述の点に鑑み、微細画素での感度の向上を図り、かつ偽信号を低減できる固体撮像装置及びその製造方法を提供するものである。
また、本発明は、上記固体撮像装置を備えた、カメラ等の電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明に係る固体撮像装置は、光電変換素子を含む画素が複数配列された有効画素部と、画素間を遮光する非導体からなる画素間遮光膜とを有する。
【００２３】
本発明の固体撮像装置では、画素間遮光膜が非導体で形成されるので、画素間遮光膜に照射された光は反射されずに画素間遮光膜に吸収される。画素間遮光膜が非導体であるので、画素が微細化されても画素間遮光膜での静電遮蔽効果が抑制される。
【００２４】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、有効画素部およびオプティカルブラック部にわたって非導体からなる画素間遮光膜を形成する工程と、次に、オプティカルブラック部の画素間遮光膜の上方に導体からなる遮光膜を形成する工程を有する。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、オプティカルブラック部に導体からなる遮光膜を形成する工程と、次に、前記導体からなる遮光膜と同じ高さで、有効画素部に非導体からなる画素間遮光膜を形成する工程とを有する。
【００２５】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、有効画素部の画素間遮光膜を非導体で形成するので、画素間遮光膜に照射された光は、反射されずに画素間遮光膜に吸収される。画素間遮光膜を非導体で形成するので、静電遮蔽効果が抑制される。オプティカルブラック部の遮光膜は導体で形成するので、光を確実に遮光することができる。
【００２６】
本発明に係る電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備える。固体撮像装置は、光電変換素子を含む画素が複数配列された有効画素部に、画素間を遮光する非導体からなる画素間遮光膜を有する。
【００２７】
本発明の電子機器では、上記非導体の画素間遮光膜を有する固体撮像装置を備えるので、画素間遮光膜での照射光の反射が起こらず、撮像レンズと固体撮像装置との間の反射が発生しない。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る固体撮像装置によれば、微細画素での感度の向上を図ることができる。また、偽信号を抑制することができる。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、微細画素での感度の向上、偽信号が抑制される固体撮像装置を製造することができる。
本発明に係る電子機器によれば、固体撮像装置において、画素が微細化されても感度の向上、偽信号の抑制が図られるので、小型化、高品質の電子機器を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図１に、本発明に適用されるＣＭＯＳ固体撮像装置の一例の概略構成を示す。本例の固体撮像装置１は、図１に示すように、半導体基板、例えばシリコン基板に複数の光電変換素子を含む画素２が規則的に２次元的に配列された画素部（いわゆる撮像領域）３と、周辺回路部とを有して構成される。画素部３は、有効画素部（いわゆる有効撮像領域）３Ａと、その外側の黒レベルを検出する遮光膜で覆われたいわゆるオプティカルブラック（ＯＰＢ）部（いわゆるオプティカルブラック領域）３Ｂ（斜線図示）とを有して構成される。画素２は、光電変換素子となる例えばフォトダイオードと、複数の画素トランジスタ（いわゆるＭＯＳトランジスタ）を有して成る。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタ追加して４つのトランジスタで構成することもできる。単位画素の等価回路は通常と同様である。
【００３１】
周辺回路部は、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８などを有して構成される。
【００３２】
制御回路８は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像装置の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路８では、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基いて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に入力する。
【００３３】
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し、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子となる例えばフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基く画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
【００３４】
カラム信号処理回路５は、画素２の例えば列ごとに配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。すなわちカラム信号処理回路５は、画素２固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳや、信号増幅、ＡＤ変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されて設けられる。
【００３５】
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。
【００３６】
出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子１２は、外部と信号のやりとりをする。
【００３７】
＜第１実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２に、本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置は、裏面入射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用したものである。また、図１の画素部３の有効画素部３Ａの要部を示す。図２ではシリコン部２２の入射光Ｌが照射される面を裏面２２Ｂとし、その反対の面を表面２２Ａとしている。
【００３８】
第１実施の形態に係る固体撮像装置２１は、シリコン部（半導体基板に相当する）２２に光電変換素子となるフォトダイオードＰＤと複数の画素トランジスタからなる複数の画素が、２次元マトリックス状に配列、形成される。シリコン部２２は、第１導電型、本例ではｐ型のシリコン部で形成される。シリコン部２２の表面２２Ａ側には、画素トランジスタのゲート電極３１、３２が形成され、さらに、層間絶縁膜３４を介して配線層３５を複数層配置した多層配線層３６が形成される。さらに、多層配線層３６に、接着剤層３８を介して支持基板３７が接合される。
【００３９】
一方、シリコン部２２の裏面２２Ｂ側には、層間絶縁膜４０を介して、オンチップカラーフィルタ４１、オンチップレ４２が順次形成される。シリコン部２２の裏面２２Ｂの層間絶縁膜４０との界面付近には、暗電流を抑制するためのｐ型半導体領域３０が形成される。
【００４０】
フォトダイオードＰＤは、ｐ型のシリコン部２２の表面２２Ａ側から裏面２２Ｂ側にわたり形成された、ｐ型半導体領域２３と、電荷蓄積領域となる第２導電型であるｎ型の半導体領域２４と、ｎ型半導体領域より低濃度のｎ−半導体領域２５とから構成される。ｎ−半導体領域２５は、画素トランジスタの形成領域の下（図２では上方）にまで延長して形成される。このｎ−半導体領域２５により、フォトダイオードＰＤの面積が広くなる。
【００４１】
シリコン部２２の表面２２Ａ側には複数のソース・ドレイン領域２７、２８、２９が形成され、それぞれ対をなすソース・ドレイン領域間にゲート絶縁膜を介してゲート電極３１、３２が形成され、複数の画素トランジスタが構成される。複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ及び増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタ追加して４つのトランジスタで構成することもできる。図示の例では、代表として、フォトダイオードＰＤとソース・ドレイン領域２７とゲート電極３１で転送トランジスタＴｒ１が構成される。ソース・ドレイン領域２７は、フローティングディフージョン（ＦＤ）となる。他のソース・ドレイン領域２８及び２９とゲート電極３２とによりトランジスタＴｒ２が構成される。但し、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタのいずれも同様の構成であるので、トランジスタＴｒ２は、代表させて１つだけ示している。
【００４２】
この裏面入射型のＣＭＯＳ固体撮像装置では、入射光Ｌが図２の多層配線層３６とは反対側の上方から（裏面２２Ｂ側から）入射し、オンチップレンズ４２によってフォトダイオードＰＤに集光するように曲げられ、オンチップカラーフィルタ４１で色成分が分離されてフォトダイオードＰＤに入る。フォトダイオードＰＤでは入射光を受けて光電変換される。
【００４３】
そして、本実施の形態においては、特に、隣合う画素２の間（以下、画素間という）を遮光する画素間遮光膜４３が非導体で形成される。本例では、非導体の画素間遮光膜４３がオンチップカラーフィルタ４１下の層間絶縁膜４０中に形成される。但し、オプティカルブラック部３Ｂ（図１参照）を有する場合は、オプティカルブラック部３Ｂの遮光膜（後述する）は、通常通り金属層で形成する。オプティカルブラク部３Ｂは、黒レベルを検出するためのものであるので、光の透過率として１００万分の１などの十分な遮光性が求められ、金属層を用いる。画素間遮光は、混色を低減することが目的であるので、遮光性があればその分効果が有り、光の透過率が数分の１でも構わないことが多い。
【００４４】
ここで、画素間とは、フォトダイオードＰＤ間のことであり、オンチップカラーフィルタ４１の境界でもある。フォトダイオードＰＤの入射面側（裏面２２Ｂ側）は、画素トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２の配列に影響されにくいので、ほぼ正方形に形成でき、画素間遮光膜４３は、図３に示すように、格子状に形成すればよい。図３において、破線４４は画素２の境界、符号Ｄは画素サイズ、符号ｗは画素の開口部の幅、すなわち画素間遮光膜４３の開口部４５の開口幅をそれぞれ示す。
【００４５】
ここでは、一般的な分類と同じく、電気伝導率がグラファイト（電気伝導率１０６Ｓ／ｍ）と同等以上のものが導体、電気伝導率が１０−６Ｓ／ｍ以下のものを不導体（絶縁体）、その中間の値をとるものを半導体と分類する。非導体とは、導体以外のもの、すなわち不導体と半導体とする。１０６Ｓ／ｍという電気伝導率は、１ｍｍ２の断面積で１ｍの導体の抵抗が１Ωになる電気の通りやすさである。
【００４６】
非導体の画素間遮光膜４３は、可視光を吸収する非導体材料が好ましく、例えばアモルファスシリコン膜で形成することができる。その他、非導体の画素間遮光膜４３としては、ポリシリコン、Ｇｅ、ＧａＮ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、ＩｎＰなどの半導体膜、あるいは非導体構造のカーボン膜や、黒色レジストなどの有機膜や、太陽電池に用いる有機光電変換膜などが適用できる。これらの非導電体膜の材質は、いずれも可視光を反射せず吸収する性質を有する。画素間遮光膜４３として、有機系の材料膜を用いた場合には、その上の層間絶縁膜は有機物による平坦化膜とするのが良い。
【００４７】
本実施の形態では、画素の微細化に伴い、開口幅ｗが３μｍ以下に微細化された画素を有する固体撮像装置に適用して好適である。例えば、開口幅ｗが１．４μｍ程度やそれ以下に微細化した画素にも適用可能である。
【００４８】
［画素間遮光膜の構成例］
図４Ａ、Ｂに、本実施の形態に係る固体撮像装置２１の有効画素部とオプティカルブラック部の遮光膜の例を示す。図４Ａに示す第１例は、層間絶縁膜４０内に、有効画素部３Ａ及びオプティカルブラック部３Ｂにわたり非導体、例えばアモルファスシリコン膜による画素間遮光膜４３が形成される。さらにオプティカルブラック部３Ｂに対応する画素間遮光膜４３上に、オプティカルブラック部３Ｂの全域にわたり導体例えば金属膜による遮光膜４６が形成される。画素間遮光膜４３と金属膜による遮光膜４６は層間絶縁膜４０を介して形成される。オプティカルブラック部３Ｂの遮光膜４６は、例えばタングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属膜で形成することができる。層間絶縁膜４０の最表面は平坦化されている。この平坦化された層間絶縁膜４０上に、オンチップカラーフィルタ４１及びオンチップレンズ４２が形成される。
【００４９】
オプティカルブラック部３Ｂにも画素間遮光膜４３を形成する場合、画素間遮光膜４３の方を金属のＯＰＢ用の遮光膜４６よりも下に形成するのが良い。理由は、斜め光に対して画素間を良好に遮光するためには、画素間遮光膜４３をシリコン部２２に近づけた方がより有効となるからである。ＯＰＢ用の遮光膜４６は、ラフなパターンで、何十画素〜何百画素にわたって覆うので、上方でも構わない。
【００５０】
図４Ｂに示す第２例は、画素間遮光膜４３をオプティカルブラック部３Ｂ側には形成しない構成としている。すなわち、有効画素部３Ａに対応する領域に非導体、例えばアモルファスシリコン膜による画素間遮光膜４３が形成される。さらに、オプティカルブラック部３Ｂに対応する領域に、この画素間遮光膜４３と同じ高さ位置となるように、オプティカルブラック部３Ｂの全域にわたり導体例えば金属膜によるＯＰＢ用の遮光膜４６が形成される。これら有効画素部３Ａの画素間遮光膜４３と、ＯＰＢ用の遮光膜４６は、上記と同様に、層間絶縁膜４０内に形成される。平坦化された層間絶縁膜４０上に、オンチップカラーフィルタ４１及びオンチップレンズ４２が形成される。
【００５１】
［固体撮像装置の製造方法の例］
次に、本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法、特に、画素間遮光膜４３とＯＰＢ用の遮光膜４６の形成方法の例を説明する。
【００５２】
製造方法の第１例（図４Ａの構成に対応する）を説明する。先ず、シリコン部２２の裏面２２Ｂ上に例えばシリコン酸化膜による第１層間絶縁膜４０１（図４Ａ参照）を形成する。この第１層間絶縁膜４０１上に有効画素部３Ａ及びオプティカルブラック部３Ｂにわたり非導体、例えばアモルファスシリコン膜による画素間遮光膜４３を形成する。次に、例えばシリコン酸化膜による第２層間絶縁膜４０２（図４Ａ参照）を形成し、平坦化された第２層間絶縁膜４０２上に、オプティカルブラック部３Ｂの全域にわたり導体、例えばＷ、Ａｌなどの金属膜、本例ではＷ膜によるＯＰＢ用の遮光膜４６を形成する。次に、例えばシリコン酸化膜による第３層間絶縁膜４０３（図４Ａ参照）を形成し、第３層間絶縁膜４０３上を平坦化した後、オンチップカラーフィルタ４１及びオンチップレンズ４２を形成する。このようにして、目的の固体撮像装置２１を得る。
【００５３】
製造方法の第２例（図４Ｂの構成に対応する）を説明する。先ず、図５Ａに示すように、シリコン部２２の裏面２２Ｂ上に例えばシリコン酸化膜による第１層間絶縁膜４０１を形成する。次に、第１層間絶縁膜４０１上の全面に例えばＷ、Ａｌなどの金属膜、本例ではＷ膜による遮光膜４６を形成した後、選択エッチングして、図５Ｂに示すように、オプティカルブラック領域３Ｂにのみ、ＯＰＢ用の遮光膜４６を残す。
【００５４】
次に、有効画素部３Ａの第１層間絶縁膜４０１及びＯＰＢ用の遮光膜４６の全面に、非導体、例えばアモルファスシリコン膜を形成する。その後、選択エッチングして、図５Ｃに示すように、有効画素部３Ａに対応する領域にのみ、アモルファスシリコン膜による画素間遮光膜４３を形成する。
【００５５】
ここで、このアモルファスシリコン膜の選択エッチングの際に、ＯＰＢ用の遮光膜４６の端部の段差部（Ａ部参照）に一部アモルファスシリコンの側壁４３ａが残る。ＯＰＢ用の遮光膜４６は、広いパターンであるので、段差部はＡ部しかない。従って、この段差部のアモルファスシリコンの側壁４３ａの除去は容易に行える。
因みに、先にアモルファスシリコンによる画素間遮光膜４３を形成し、その後にＯＰＢ用の遮光膜４６を形成した場合には、画素間遮光膜４３の段差部がＢ部に示すように画素ごとに存在し、しかも近接して存在する。従って、この画素間遮光膜４３の段差部に形成されるタングステン（Ｗ）の側壁（残債）を除去することが難しくなる。
【００５６】
次に、有効画素部３Ａ及びオプティカルブラック部３Ｂを含む全面に、例えばシリコン酸化膜による第２層間絶縁膜４０２を形成する。そして、図５Ｄに示すように、第２層間絶縁膜４０２上を平坦化する。
【００５７】
次に、図５Ｅに示すように、第２層間絶縁膜４０２上に、オンチップカラーフルタ４１及びオンチップレンズ４２を形成して、目的の固体撮像装置２１を得る。
【００５８】
第１実施の形態に係る固体撮像装置２１によれば、有効画素部３Ａにおける画素間遮光膜４３を非導体、例えばアモルファスシリコン膜により形成するので、画素間遮光膜４３に照射される可視光は、画素間遮光膜４３で吸収され、反射が抑制される。従って、従来のように、画素間遮光膜で反射した光がカメラレンズ等で反射されて戻ってくる、という現象が抑えられ、干渉による規則正しくて目立つ偽信号を低減することができる。また、画素間遮光膜４３が非導体で形成されるので、導体で形成されたときのような静電遮蔽が起こらない。このため、画素の微細化に伴って、開口幅ｗが微細化されても、開口部を通る光が静電遮蔽により減衰することがない。
【００５９】
非導体の画素間遮光膜４３は、金属の遮光膜と違って可視光の透過は存在するが、画素間遮光膜が無い場合に比較して混色は大幅に低減する。一方、ＯＰＢ用の遮光膜４６は、導体、例えば金属膜で形成されているので、可視光の遮光が確実に行え、黒レベルを検出することができる。
【００６０】
従って、第１実施の形態に係る固体撮像装置２１は、画素が微細化されても、特に画素の開口幅が３μｍ以下に微細化されても、静電遮蔽による感度の減少を抑え、高感度で、かつ偽信号が低減し、混色が低減された、裏面入射型のＣＭＯＳ固体撮像装置を提供することができる。
【００６１】
また、図４Ａの第１例で示すように、オプティカルブラック部３Ｂでは、ＯＰＢ用の遮光膜４６が、画素間遮光膜４３より上方に形成されている。このように、画素間遮光膜４３がＯＰＢ用の遮光膜４６より下方に配置されるときは、画素間遮光膜４３がシリコン部２２に近接しているので、斜め光に対して遮光効果が得られ、混色を起しにくくする。
【００６２】
図４Ｂの第２例で示すように、同じ高さに画素間遮光膜４３及びＯＰＢ用の遮光膜４６を形成するときは、画素間遮光膜４３がオンチップカラーフィルタ４１に近接する。このため、特に、オンチップカラーフィルタを透過した斜め光に対する画素間遮光が高くなり、混色を低減させる。また、オンチップカラーフィルタを作るときに、下地の段差が生じにくいので、オンチップカラーフィルタに段差が生じない。さらに、フォトダイオードＰＤとオンチップレンズ４２との間の距離が、図４Ａの第１例に比べて短くなり、フォトダイオードＰＤへの集光効率が上がる。
【００６３】
固体撮像装置の製造方法の第２例では、先にＯＰＢ用の遮光膜４６を形成し、その後に画素間遮光膜４３を形成することにより、画素間遮光膜４３の段差部の側壁にＯＰＢ用の遮光膜材料が残らず、感度不良を起すことがない。理由は、ＯＰＢ用の遮光膜４６は、ラフなパターンであるので、ＯＰＢ用の遮光膜４６を先に形成した方が、細かなパターンの段差が少なく、後にＯＰＢ用の遮光膜４６の段差部の側壁に残った画素間遮光膜材料の除去が容易になるからである。
【００６４】
因みに、逆に画素間遮光膜４３を先に形成し、後にＯＰＢ用の遮光膜４６を形成するときは、１画素ごとに画素間遮光膜に細かな段差ができるので、後から形成されたＯＰＢ用の遮光膜材料の完全除去が難しい。画素間遮光膜４３の段差部にＯＰＢ用の遮光膜材料が残ると、その画素は感度不良になる。
【００６５】
＜第２実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図６に、本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置も、裏面入射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用したものである。また、図６は画素部３の有効画素部３Ａの要部を示す。図６でも、図１と同様にシリコン部２２の入射光Ｌが照射される面を裏面２２Ｂとし、その反対の面を表面２２Ａとしている。
【００６６】
第２実施の形態に係る固体撮像装置５１は、シリコン部２２の裏面２２Ｂ上に層間絶縁膜３０を形成し、この層間絶縁膜３０上に非導体による画素間遮光膜４３を形成し、画素間遮光膜４３の上を平坦化しないで、直接オンチップカラーフィルタ４１を形成して成る。このオンチップカラーフィルタ４１上にオンチップレンズ４２が形成される。なお、図示しないが、オプティカルブラック部３Ｂには、導体によるＯＰＢ用の遮光膜４６が形成される。
【００６７】
第２実施の形態では、オンチップカラーフィルタ４１の形成に際し、オプティカルブラック部３Ｂとの間で段差があると、カラーフィルタレジストを塗布するときに、カラーフィルタレジストがこの段差にひっかかりストリエーションという塗布むらが発生しやすい。そのため、画素間遮光膜４３は、オプティカルブラック部３Ｂには形成せず、前述の図４Ｂに示すように、ＯＰＢ用の遮光膜４６と同じ高さに形成するのが良い。この場合、オンチップカラーフィルタ４１と画素間遮光膜４３が近接するので、特に斜め光に対して画素間遮光能力が高くなる。
【００６８】
それ以外の構成は、図２で説明したと同様であるので、図２と対応する部分には同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００６９】
第２実施の形態に係る固体撮像装置５１によれば、画素間遮光膜４３が、非導体で形成されるので、画素間遮光膜４３に照射された光は、画素間遮光膜４３で吸収され、反射が抑制される。また、画素間遮光膜４３において静電遮蔽効果が抑制される。従って、第１実施の形態と同様に、混色を防ぎ、画素が微細化されても感度の向上を図り、かつ偽信号を低減することができる。
【００７０】
本実施の形態の画素間遮光膜４３を非導体とする構成は、裏面入射型の固体撮像装置において有効である。裏面入射型ではない、表面入射型のＣＭＯＳ固体撮像装置では、画素間遮光膜を非導体で形成することは意味がない。理由は、表面入射型では、光が配線層を通って入射するが、配線層は当然導体で形成されるので、最上層の画素間遮光膜のみを非導体にしても、その下の配線層で静電遮蔽が起こってしまうので意味がないからである。また、表面入射型では、画素間遮蔽膜が電源ラインなどの配線層と兼ねている場合も多い。
【００７１】
＜第３実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
本発明に係る固体撮像装置は、ＣＣＤ固体撮像装置に適用することができる。図示しないが、ＣＣＤ固体撮像装置は、複数の受光部と、各受光部の列に対応して配置されたＣＣＤ構造の垂直転送レジスタと、ＣＣＤ構造の水平転送レジスタと、出力部とを有して成る。受光部は、半導体基板に光電変換素子であるフォトダイオードを形成して構成される。垂直転送レジスタ及び水平転送レジスタは、チャネル上領域にゲート絶縁膜を介して、電荷転送方向に複数の転送電極を配列して構成される。１つの受光部と垂直転送レジスタの受光部に対応する転送部とにより単位画素が構成される。
【００７２】
画素部は、有効画素部と黒レベルを検出するオプティカルブラック部を有して構成され、画素間遮光部とＯＰＢ用の遮光膜を有している画素間遮光膜は格子状に形成され、ＯＰＢ用の遮光膜は、オプティカルブラック部の全域にわたり形成される。遮光膜の上方には、平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタ及びオンチップレンズが形成される。
【００７３】
そして、本実施の形態においては、画素間遮光膜を前述した非導体で形成し、ＯＰＢ用の遮光膜を導体、例えば金属膜で形成して構成される。画素間遮光膜及び、画素間遮光膜とＯＰＢ用の遮光膜の構成は、図４Ａ，Ｂの構成を取り得る。
【００７４】
第３実施の形態に係る固体撮像装置、すなわちＣＣＤ固体撮像装置によれば、画素間遮光膜が、非導体で形成されるので、画素間遮光膜に照射された光は、画素間遮光膜で吸収され、反射が抑制される。また、画素間遮光膜において静電遮蔽効果が抑制される。従って、第１実施の形態と同様に、混色を防ぎ、画素が微細化されても感度の向上を図り、かつ偽信号を低減することができる。
【００７５】
＜第４実施の形態＞
［電子機器の構成例］
本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像装置を備えたカメラ、カメラ付き携帯機器、固体撮像装置を備えたその他の機器、等の電子機器に適用することができる。
【００７６】
本実施の形態に係る電子機器は、基本構成として、固体撮像装置と、固体撮像装置に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備え、固体撮像装置に上述の実施の形態の固体撮像装置を用いて構成される。
【００７７】
図７に、本発明の電子機器の一例としてカメラに適用した実施の形態を示す。本実施の形態に係るカメラ６１は、光学レンズ群（光学系）６２、固体撮像装置６３、ＤＳＰ（Digital signal processor）６４、フレームメモリ６５、中央処理装置（ＣＰＵ）６６、表示装置６７、記録装置６８、操作系６９及び電源系７０等を備えて構成される。このうち、ＤＳＰ６４、フレームメモリ６５、ＣＰＵ６６、表示装置６７、記録装置６８、操作系６９及び電源系７０は、共通のバスライン７１に接続されている。
【００７８】
光学レンンズ群６２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置６３の撮像面（画素アレイ部：画素部）に導くものである。固体撮像装置６３は、上述した実施の形態のいずれか１つの固体撮像装置が適用される。この固体撮像装置６３は、光学レンズ群６２によって撮像面に結像された像光を画素単位で電気信号に変換する。ＤＳＰ６４は、固体撮像装置６３を制御するとともに、そこからの信号を受け、画像信号を生成するものである。フレームメモリ６５は、ＤＳＰ６４で処理される画像信号を一時的に記憶するためにしようされるメモリである。
【００７９】
表示装置６７は、ＤＳＰ６４の処理結果として出力された画像信号を表示するものである。記録装置６８は、その画像信号を例えば磁気テープ、磁気ディスク、光ディスク等に記録するものである。操作系６９は、カメラを操作するためのものである。電源系７０は、固体撮像装置６３を駆動するための電力を供給するものである。
ＣＰＵは、これらの動作を制御する。
【００８０】
本発明の固体撮像装置６３は、規則的なパターンが並んでいる画素間遮光膜の反射率が低いので、そこで反射された光がまた光学レンズ群６２に反射し、かつ干渉し合ってできる規則的な偽画像があまり現れなくなる。本発明の固体撮像装置６３は、感度が高いので、ＤＳＰがノイズの少ない画像信号を生成することができる。
【００８１】
本発明は、光学系６２、固体撮像装置６３、ＤＳＰ６４、ＣＰＵ６６、フレームメモリ６５、電源系７０等をモジュール化したカメラモジュールの形態を取ることができる。
本発明は、このようなカメラモジュールを備えた例えば携帯電話に代表されるカメラ付き携帯機器などを構成することができる。
さらに上記のモジュール化した撮像機能を有するモジュール、いわゆる撮像機能モジュ−ルとして構成することができる。本発明は、このような撮像機能モジュールを備えた電子機器を構成することができる。
【００８２】
第４実施の形態に係るカメラ等の電子機器６１によれば、固体撮像装置において、画素が微細化されても感度の向上、偽信号の抑制が図られるので、小型化、高品質の電子機器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明に適用される固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第１実施の形態に係るＣＭＯＳ固体撮像装置の要部の構成図である。
【図３】本発明に係る非導体の画素間遮光膜の平面図である。
【図４】Ａ，Ｂ  本発明の固体撮像装置の画素間遮光膜とＯＰＢ用の遮光膜の構成図である。
【図５】Ａ〜Ｅ  本発明の固体撮像装置の画素間遮光膜とＯＰＢ用の遮光膜の製造工程の断面図である。
【図６】本発明の第２実施の形態に係るＣＭＯＳ固体撮像装置の要部の構成図である。
【図７】本発明の第４実施の形態に係る電子機器をカメラに適用した場合の概略構成図である。
【図８】従来のＣＭＯＳ固体撮像装置の一例を示す要部の構成図である。
【図９】図８のＡ領域の拡大断面図である。
【図１０】従来のＣＭＯＳ固体撮像装置の他の例を示す要部の構成図である。
【符号の説明】
【００８４】
１・・固体撮像装置、２・・画素、３・・画素部、３Ａ・・有効画素部、３Ｂ・・オプティカルブラック部、４・・垂直駆動回路、５・・カラム信号処理回路、６・・水平駆動回路、７・・出力回路、８・・制御回路、９・・垂直信号線、１０・・水平信号線、１１・・基板、１２・・入出力端子、２１・・固体撮像装置、２２シリコン部、ＰＤ・・フォトダイオード、３４・・層間絶縁膜、３５・・配線層、３６・・多層配線層、４０・・層間絶縁膜、４１・・オンチップカラーフィルタ、４２・・オンチップレンズ、４３・・画素間遮光膜、４６・・ＯＰＢ用の遮光膜
【図１】
2010109295.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010109295.tif 000009
【図８】
2010109295.tif 000010
【図９】
2010109295.tif 000011
【図１０】
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