(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射側の画素領域の有効画素領域上に各画素の光電変換部を囲んで形成し、かつオプティカルブラック領域上に延長して形成した遮光膜と、
前記光電変換部上に対応する領域に前記遮光膜で囲まれて形成された凹状部と、
前記遮光膜及び前記凹状部の表面に形成された相対的に屈折率が低い第１屈折率層と、
前記凹状部内を埋め込むように前記第１屈折率層上に形成された相対的に屈折率が高い第２屈折率層と、
前記オプティカルブラック領域上の前記第１屈折率層上に形成した感光性膜からなるフレア防止用膜とを有し、
前記遮光膜の側壁に設けられる前記第１屈折率層の膜厚は５０ｎｍ以上２００ｎｍ未満に設定されており、
前記有効画素領域において、前記遮光膜と前記第１屈折率層と前記第２屈折率層とにより、内部集光体が形成される
固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１屈折率層の表面と前記第２屈折率層の表面とは面一に形成されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記フレア防止用膜となる感光性膜の露光時に用いる露光光の波長をλ、前記第１屈折率層の屈折率をｎとすると、
前記遮光膜の表面に設けられる前記第１屈折率層の膜厚は、λ／２ｎ以外の値に設定されている
請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記遮光膜が光の入射方向に向かって断面の幅が広くなるテーパー状に形成されている
請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
色毎に前記遮光膜の開口幅が異なる
請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第２屈折率層上に該第２屈折率層より屈折率が高い第３屈折率層が形成され、
前記第２屈折率層と前記第３屈折率層により層内レンズが形成される
請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記有効画素領域の第２屈折率層上にカラーフィルタを有する
請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第２屈折率層がカラーフィルタで形成されている
請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
画素が光電変換部と複数の画素トランジスタで形成され、
前記画素トランジスタが半導体基板の表面側に形成され、
前記光電変換部が半導体基板の表面側から裏面側にわたって形成され、
前記半導体基板の裏面側から光入射される裏面照射型に構成されている
請求項７又は８記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
光入射側の画素領域の有効画素領域上に各画素の光電変換部を囲み、かつオプティカルブラック領域上に延長する遮光膜を形成し、前記光電変換部上に対応する領域に前記遮光膜で囲まれた凹状部を形成する工程と、
前記遮光膜及び前記凹状部の表面に相対的に屈折率が低い第１屈折率層を形成する工程と、
前記凹状部内に埋め込むように前記第１屈折率層上に相対的に屈折率が高い第２屈折率層を形成する工程と、
前記オプティカルブラック領域上の前記第１屈折率層上に感光性膜からなるフレア防止用膜を形成する工程とを有し、
前記第１屈折率層は、前記遮光膜の側壁に設けられる前記第１屈折率層の膜厚が５０ｎｍ以上２００ｎｍ未満になるように形成し、
前記有効画素領域において、前記遮光膜と前記第１屈折率層と前記第２屈折率層とにより、内部集光体を形成する
固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記遮光膜を、光の入射方向に向かって断面の幅が広くなるテーパー状に形成する
請求項１０記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
色毎に前記遮光膜の開口幅を異ならす
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】
前記第２屈折率層上に該第２屈折率層より屈折率が高い第３屈折率層を形成し、
前記第２屈折率層と前記第３屈折率層により層内レンズを形成する工程を有する
請求項１０乃至１２のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記有効画素領域の第２屈折率層上にカラーフィルタを形成する工程を有する
請求項１０乃至１３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第２屈折率層をカラーフィルタで形成する
請求項１０乃至１３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
画素を光電変換部と複数の画素トランジスタで形成し、
前記画素トランジスタを半導体基板の表面側に形成し、
前記光電変換部を半導体基板の表面側から裏面側にわたって形成し、
前記半導体基板の裏面側から光入射する裏面照射型に形成する
請求項１４又は１５記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の光電変換部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とを備え、
前記固体撮像装置は、請求項１乃至９のいずれかに記載の固体撮像装置で構成される
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置とその製造方法、及び固体撮像装置を備えたカメラなどの電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置（イメージセンサ）として、ＣＣＤ固体撮像装置あるいはＣＭＯＳ固体撮像装置等が知られている。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、さらにカメラ付き携帯電話などの各種携帯端末機器等に用いられている。
【０００３】
近年、感度を向上させる固体撮像装置として、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置が知られている。図２８に、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置の要部の一例を示す。この裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置１は、薄膜化された半導体基板２に表面側から裏面側にわたって光電変換部となるフォトダイオードＰＤが形成され、表面側に画素を構成する複数の画素トランジスタが形成される。図では、複数の画素トランジスタを、転送ゲート電極３を有する転送トランジスタＴｒ１で代表して示す。半導体基板２の表面上には層間絶縁膜４を介して複数層の配線５を配置した多層配線層６が形成され、多層配線層６上に接着層７を介して支持基板８が接合される。半導体基板２の裏面には複数層からなる絶縁膜９を介して平坦化膜１０が形成され、この平坦化膜１０上にオンチップカラーフィルタ（以下カラーフィルタという）１１及びオンチップマイクロレンズ（以下マイクロレンズという）１２が形成される。
【０００４】
一方、特許文献１に、フォトダイオードの上方に遮光膜で囲まれた光入射用開口に、パッシベーション膜とその上のパッシベーション膜より屈折率の高い透明誘電体膜を形成した固体撮像装置が示されている。パッシベーション膜はＮＳＧ膜、ＰＳＧ膜等で形成され、透明誘電体膜はアクリル酸エステル系樹脂で形成される。この固体撮像装置では、パッシベーション膜に入射下光をフォトダイオードに集光することができる。
【０００５】
フォトダイオードへの集光効率を向上させるために、導波路構造を内蔵させた固体撮像装置も特許文献２、３等に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−８２６１号公報
【特許文献２】特開平７−４５８０５号公報
【特許文献３】特許第４１６５０７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置では、図２９に示すように、半導体基板２の裏面側の絶縁膜９上に各画素のフォトダイオードＰＤを囲うように画素間を遮光する遮光膜１３を設けた構成も考えられている。遮光膜１３は、例えば金属膜で形成される。図２９における固体撮像装置１４のその他の構成は、図２８と同様であるので、図２８と対応する部分に同一符号を付して重複説明を省略する。
【０００８】
図３０〜図３２に、図２８の固体撮像装置１、図２９の画素間に遮光膜１３を有する固体撮像装置１４において、マイクロレンズ１２を介して入射した光の光路の概略を示す。固体撮像装置１では、図３０に示すように、入射光Ｌがより多くフォトダイオードＰＤ内に取り込めるので、デバイスの感度特性が向上する。しかし、入射光Ｌの一部は、隣接画素のフォトダイオードＰＤ内に取り込まれるため、混色の原因となる。
【０００９】
固体撮像装置１４では、図３１、図３２に示すように、画素間に遮光膜１３が設けられているので、遮光膜１３により隣接画素への入射光の侵入が素子され、混色が抑制される。しかし、遮光膜１３で一部の入射光Ｌが蹴られるため、感度特性が低下する。感度と混色は、トレードオフの関係にある。
【００１０】
また、遮光膜１３を有し、マイクロレンズ１１２の下部の平坦化膜１０や、カラーフィルタ１１等を薄膜化し、この薄膜化に合わせてマイクロレンズの曲率半径を最適化した固体撮像装置１５も考えられている（図３２）。固体撮像装置１５では、図３２に示すように、マイクロレンズ１２からフォトダイオードＰＤまでの距離が短縮されるので、入射光の断面方向の広がりが小さくなり、入射光が各画素のフォトダイオードＰＤ内に取り込まれる。従って、この構成を採用するときは、デバイスの感度特性や混色の改善に繋がることが知られている。しかし、上記の薄膜化のためには、有効画素領域外の段差の平坦化や、カラーフィルタの膜厚の均一性を十分確保する必要があり、その薄膜化には限界があった。
【００１１】
一方、固体撮像装置では、有効画素領域の画素間に遮光膜が形成されると共に、光学的黒レベルの基準を得るための画素領域、つまりオプティオカルブラック領域上にも遮光膜が形成される。そして、オプティカルブラック領域の遮光膜上に、フレアを防止するためのフレア防止用膜を形成することが試みられている。フレア防止用膜としては、感光性膜が用いられ、例えばカラーフィルタ等を利用して形成することができる。しかし、金属膜による遮光膜上に直接、フレア防止用膜を形成することは難しい。金属の遮光膜上のネガ型の感光性膜を単色光（例えば−線）で露光するとき、露光光と遮光膜界面での反射光の干渉による定在波効果で十分な露光がなされず、遮光膜上にフレア防止用膜を密着させることができない。
一般的には、画素部のカラーフィルタ形成時に、カラーフィルタの形成と同時にオプティカルブラックB部へのフレア防止膜を、緑色、赤色、青色フィルタなどを利用して形成している。
【００１２】
本発明は、上述の点に鑑み、光感度特性（以下感度特性という）の向上、及びシェーディング特性の改善を図り、さらにオプティカルブラック領域の遮光膜上のフレア防止用膜の形成を可能にした固体撮像装置とその製造方法を提供するものである。
本発明は、上記固体撮像装置を備えたカメラなど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】
【００１３】
本発明に係る固体撮像装置は、光入射側の画素領域の有効画素領域上に各画素の光電変換部を囲んで形成し、かつオプティカルブラック領域上に延長して形成した遮光膜と、光電変換部上に対応する領域に遮光膜で囲まれて形成された凹状部を有する。さらに、遮光膜及び凹状部の表面に形成された相対的に屈折率が低い第１屈折率層と、凹状部内を埋め込むように第１屈折率層上に形成された相対的に屈折率が高い第２屈折率層と、オプティカルブラック領域上の第１屈折率層上に形成したフレア防止用膜を有する。有効画素領域において、遮光膜と第１屈折率層と第２屈折率層とにより、内部集光体が形成される。そして、第１屈折率層は、遮光膜の側壁に設けられる第１屈折率層の膜厚が５０ｎｍ以上２００ｎｍ未満になるように形成されている。
【００１４】
本発明の固体撮像装置では、有効画素領域において、遮光膜及び凹状部の表面に相対的に屈折率が低い第１屈折率層を形成し、第１屈折率層上に凹状部内を埋め込むように相対的に屈折率が高い第２屈折率層が形成される。この遮光膜と第１屈折率層と第２屈折率層で内部集光体が形成されるので、内部集光体に斜めに入射した光は、第１屈折率層と第２屈折率層の界面で反射し、あるいは遮光膜と第１屈折率層の界面で反射し、光電変換部に向かって入射される。オプティカルブラック領域においては、遮光膜上に第１屈折率層が延長して形成され、この第１屈折率層上にフレア防止用膜が形成されるので、フレア防止用膜の密着性が良好となる。
【００１５】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、次の工程を有する。先ず、光入射側の画素領域の有効画素領域上に各画素の光電変換部を囲み、かつオプティカルブラック領域上に延長する遮光膜を形成し、光電変換部上に対応する領域に遮光膜で囲まれた凹状部を形成する工程を有する。次いで、遮光膜及び凹状部の表面に相対的に屈折率が低い第１屈折率を形成する工程と、凹状部内に埋め込むように第１屈折率層上に相対的に屈折率が高い第２屈折率層を形成する工程を有する。次いで、オプティカルブラック領域上の前記第１屈折率層上にフレア防止用膜を形成する工程を有する。このようにして、有効画素領域において、遮光膜と第１屈折率層と前記第２屈折率層とにより、内部集光体を形成する。そして、第１屈折率層は、遮光膜の側壁に設けられる第１屈折率層の膜厚が５０ｎｍ以上２００ｎｍ未満になるように形成する。
【００１６】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、有効画素領域において、遮光膜と凹状部を形成し、それらの表面に相対的に屈折率が低い第１屈折率層を形成し、第１屈折率層上に凹状部内に埋め込むように相対的に屈折率が高い第２屈折率層を形成している。この遮光膜と第１屈折率層と第２屈折率層で内部集光体を形成するので、内部集光体に斜めに入射した光は、第１屈折率層と第２屈折率層の界面で反射し、あるいは遮光膜と第１屈折率層の界面で反射し、光電変換部に向かって入射されることになる。オプティカルブラック領域においては、遮光膜上に第１屈折率層を延長して形成し、この第１屈折率層上にフレア防止用膜を形成するので、密着性の良いフレア防止用膜を形成することができる。
【００１７】
本発明に係る電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置の光電変換部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とを備える。固体撮像装置は、上記固体撮像装置で構成される。
【００１８】
本発明の電子機器では、上記本発明の固体撮像装置を備えるので、有効画素領域において、内部集光体に斜めに入射された光は、第１屈折率層と第２屈折率層の界面で反射し、あるいは遮光膜と第１屈折率層の界面で反射し、光電変換部に向かって入射される。オプティカルブラック領域では、遮光膜上に第１屈折率層が延長して形成され、この第１屈折率層上にフレア防止用膜が形成されるので、フレア防止用膜の密着性が良好となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る固体撮像装置によれば、感度特性の向上、及びシェーディング特性の改善を図ることができる。さらにオプティカルブラック領域では密着性の良いフレア防止用膜を形成することができる。
【００２０】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、感度特性の向上、及びシェーディング特性の改善が図られ、さらにオプティカルブラック領域に密着性のよいフレア防止用膜が形成された固体撮像装置を製造することができる。
【００２１】
本発明に係る電子機器によれば、固体撮像装置において、感度特性の向上、シェーディング特性の改善、フレア防止が図られ、高画質の電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の第1実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図２】Ａ〜Ｃ  第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法例を示す製造工程図（その１）である。
【図３】Ｄ〜Ｆ  第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法例を示す製造工程図（その２）である。
【図４】本発明に係る内部集光体の光導波路効果の説明図である。
【図５】本発明に係る内部集光体のレンズ効果の説明図である。
【図６】本発明に係るオプティカルブラック領域でのフレア防止用膜を形成するときの、露光時の定在効果の説明図である。
【図７】本発明に係る第１屈折率層の膜厚の説明図である。
【図８】本発明に係る固体撮像装置の第2実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図９】Ａ〜Ｃ  第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の例を示す要部の製造工程図である。
【図１０】本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図１１】Ａ〜Ｃ  第３実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の例を示す要部の製造工程図である。
【図１２】本発明に係る固体撮像装置の第４実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図１３】本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図１４】Ａ〜Ｃ  第５実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の例を示す要部の製造工程図である。
【図１５】第６実施の形態の固体撮像装置に適用されるベイヤー配列の原色カラーフィルタの平面図である。
【図１６】本発明に係る固体撮像装置の第６実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図１７】Ａ〜Ｄ  第６実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の例を示す要部の製造工程図である。
【図１８】第６実施の形態の変形例に係る固体撮像装置を示す要部の概略構成図である。
【図１９】Ａ〜Ｄ  第６実施の形態の変形例に係る固体撮像装置の製造方法の例を示す要部の製造工程図である。
【図２０】本発明に係る固体撮像装置の第７実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図２１】本発明に係る固体撮像装置の第８実施の形態を示す要部の概略構成図である。
【図２２】Ａ〜Ｃ  内部集光体の変形例を示す要部の構成図である。
【図２３】Ａ，Ｂ  本発明に係る固体撮像装置の変形例を示す要部の構成図である。
【図２４】本発明に係る固体撮像装置の第９実施の形態を示す要部の構成図である。
【図２５】本発明に係る固体撮像装置の第１０実施の形態を示す要部の構成図である。
【図２６】表１をグラフ化したＳｉＯ膜厚に対する感度特性図である。
【図２７】本発明の第１１実施の形態に係る電子機器を示す概略構成図である。
【図２８】従来の裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。
【図２９】参考例に係る裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置を示す概略構成図である。
【図３０】画素間の遮光膜が無い裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置の光入射状態を示す説明図である。
【図３１】画素間の遮光膜を有する裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置の光入射状態を示す説明図である。
【図３２】画素間の遮光膜を有する他の裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置の光入射状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施の形態（固体撮像装置の構成例と製造方法例）
２．第２実施の形態（固体撮像装置の構成例と製造方法例）
３．第３実施の形態（固体撮像装置の構成例と製造方法例）
４．第４実施の形態（固体撮像装置の構成例と製造方法例）
５．第５実施の形態（固体撮像装置の構成例と製造方法例）
６．第６実施の形態（固体撮像装置の構成例と製造方法例）
７．第７実施の形態（固体撮像装置の構成例）
８．第８実施の形態（固体撮像装置の構成例）
９．第９実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１０．第１０実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１１．第１１実施の形態（電子機器の構成例）
【００２４】
＜１．第１実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１に、本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。第１実施の形態に係る固体撮像装置２１は、薄膜化された例えばシリコンの半導体基板２２に、光電変換部となるフォトダイオードＰＤと複数の画素トランジスタとからなる複数の画素２６が２次元配列された画素領域２３を有する。画素領域２３は、有効画素領域２４と、有効画素領域２４の外側の光学的黒レベルの基準となる画素領域である、いわゆるオプティカルブラック領域２５とを有して成る。
【００２５】
画素２６は、フォトダイオードＰＤと複数の画素トランジスタとによる単位画素として構成することができる。また、画素２６は、共有画素構造とすることができる。共有画素構造は、複数のフォトダイオードＰＤと、複数の転送トランジスタと、共有する１つのフローティングディフュージョンと、共有する１つずつの他の画素トランジスタとから構成される。複数の画素トランジスタ（ＭＯＳ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１では、複数の画素トランジスタを、転送ゲート電極２７を有する転送トランジスタＴｒ１で代表して示している。
【００２６】
フォトダイオードＰＤは、半導体基板２２の表面側から裏面側にわたって形成される。画素トランジスタは、半導体基板２２の表面側に形成される。半導体基板２２の表面側の上部に層間絶縁膜２９を介して複数層の配線３０を配置してなる多層配線層３１が形成され、この多層配線層３１に例えばシリコン基板等による支持基板３２が接合される。多層配線層３１と支持基板３２との接合は、例えば接着剤層２８を介して接合することができる。
【００２７】
半導体基板２２の光入射側となる裏面上に単層膜あるいは複数層膜ならなる絶縁膜３４が形成される。この絶縁膜３４の上部にオンチップカラーフィルタ（以下、カラーフィルタという）３５、平坦化膜３６及びオンチップマイクロレンズ（以下、マイクロレンズという）３７が形成される。絶縁膜３４としては、例えばシリコン酸化膜やハフニウム酸化膜などから成る反射防止膜として構成することもできる。
【００２８】
そして、本実施の形態では、画素領域２３の有効画素領域２４及びオプティカルブラック領域２５の前記絶縁膜３４上に遮光膜３９が形成される。有効画素領域２４では、遮光膜３９が各画素のフォトダイオードＰＤを囲んで形成され、オプティカルブラック領域２５では、有効画素領域２４の遮光膜３９から延長して同じ膜による遮光膜３９が全面に形成される。有効画素領域２４では、各フォトダイオードＰＤ上に対応する領域に、遮光膜３９で囲まれた凹状部４１が形成される。  遮光膜３９は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗなどの単独膜や、その合金膜等の金属膜が用いられる。
【００２９】
有効画素領域２４からオプティカルブラック領域２５にかけて、遮光膜３９及び凹状部４１の表面に相対的に屈折率が低い第１屈折率層４２が形成される。第１屈折率層４２の材料としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン酸化炭化膜、フッ化マグネシウム膜、フッ化カルシウム膜等が用いられる。
【００３０】
有効画素領域２３では、第１屈折率層４２上に凹状部４１内を埋め込むように、第１屈折率層４２より相対的に屈折率が高い第２屈折率層４３が形成される。本例では、遮光膜３９が第２屈折率層４３内に埋め込まれるように形成され、第２屈折率層４３の表面が平坦化される。第２屈折率層４３の材料としては、例えば、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜などが用いられる。つまり、屈折率の大小関係は、第１屈折率層４２＜第２屈折率層４３である。各画素のフォトダイオードＰＤに対応して、遮光膜３９と第１屈折率層４２と第２屈折率層４３とにより、内部集光体が形成される。この第２屈折率層４３上に平坦化膜４０を介して上記のカラーフィルタ３５が形成される。平坦化膜４０は、第２屈折率層４３の屈折率より低い屈折率を有する。
【００３１】
一方、オプティカルブラック領域２４では、全面に形成された遮光膜３９上に、フレアを防止するための、フレア防止用膜４４が形成される。フレア防止用膜４４は、感光性膜を用い、露光処理して形成される。フレア防止用膜４４は、例えば、有効画素領域２４のカラーフィルタと同じ感光性膜（例えば青色フィルタのみ、あるいは赤色、緑色、青色フィルタの組み合わせ）、感光性のカーボンブラック膜、感光性のチタンブラック膜などを用いることができる。
【００３２】
第１屈折率層４２の膜厚ｔ４（遮光膜側壁側の膜厚）は、５０ｎｍ以上で２００ｎｍ未満（５０ｎｍ≦ｔ４＜２００ｎｍ）の範囲に設定することが好ましい。フォトダイオードＰＤに対応する凹上部底部の第１屈折率層４２の膜厚ｔ１は、上記膜厚ｔ４の約１．５倍となる。膜厚ｔ４が５０ｎｍ≦ｔ４＜２００ｎｍの範囲内であれば、後述するように、感度特性の向上、シェーディング特性の改善が図られ、さらにオプティカルブラック領域２５上に密着性の良いフレア防止用膜４４を形成することができる。
【００３３】
固体撮像装置２１では、通常と同様に、画素領域２３の周端に行く程、フォトダイオードＰＤの中心に対してカラーフィルタ中心及びマイクロレンズ中心を画素領域の中央に向かって漸次、あるいは段階的にシフトさせることが好ましい。シフト量はカラーフィルタ及びマイクロレンズとも同一にするか、もしくはマイクロレンズの方を大きくする。この構成により、高感度化、混色の発生及び輝度シェーディングの低減が図れる。
【００３４】
［固体撮像装置の変形例］
図１において、有効画素領域２４の第２屈折率層４３上に平坦化膜４０を形成したが、原理的には、平坦化膜４０を省略して、第２屈折率層４３上に直接、カラーフィルタ３５を形成して構成することもできる。
【００３５】
［固体撮像装置の製造方法例］
図２〜図３に、第１実施の形態に係る固体撮像装置２１の製造方法例を示す。先ず、詳細図示は省略するも、例えばシリコンの半導体基板２２の画素領域２３に各画素のフォトダイオードＰＤを形成すると共に、半導体基板の表面側に各画素の複数の画素トランジスタを形成する。画素は、有効画素領域２４及びオプティカルブラック領域２５に形成される。次いで、半導体基板２２の表面の上部に層間絶縁膜を介して複数層の配線を配置してなる多層配線層を形成する。次いで、多層配線層の表面に支持基板、例えばシリコン基板を接合し、その後、半導体基板２２を、裏面側からフォトダイオードＰＤが臨むように、研削、研磨等により薄膜化する。
【００３６】
次に、図２Ａに示すように、半導体基板２２の画素領域２３上に単層膜あるいは複数層膜による絶縁膜３４を形成する。絶縁膜３４は、シリコン酸化膜、ハフニウム酸化膜等を用いて反射防止膜として構成してもよい。次いで、この絶縁膜３４上に、有効画素領域２４及びオプティカルブラック領域２５の全面に遮光膜３９を形成し、フォトリソグラフィーとドライエッチングにより、遮光膜３９をパターニングする。これにより、有効画素領域２４に、各フォトダイオードＰＤを囲み、フォトダイオードＰＤに対応する領域に凹状部４１が形成されるような画素間を遮光する遮光膜３９を形成する。同時に、オプティカルブラック領域に、有効画素領域２４上の遮光膜３９から延長してオプティカルブラック領域２５の全面を遮光する遮光膜３９を形成する。遮光膜３９は、例えば、Ａｌ、Ｃｕ、Ｗ等の単独膜、あるいはその合金膜などの金属膜を用いて形成することができる。遮光膜３９の膜厚ｔ２は、出来るだけ薄い状態で遮光効果が得られるように、１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度が好ましい。有効画素領域２４における遮光膜３９の線幅ｗ１は、１５０ｎｍ以下が好ましい。本実施の形態では、画素サイズが１．５μｍ平方あるいはそれ以下の微細画素に適する。
【００３７】
次に、図２Ｂに示すように、有効画素領域２４及びオプティカルブラック領域２５の全面に、遮光膜３９及び凹状部４１の表面を覆って相対的に屈折率に低い第１屈折率層４２を成膜する。第１屈折率層４２としては、前述したように、シリコン酸化膜、シリコン酸化炭化膜、フッ化マグネシウム膜、フッ化カルシウム膜、フッ化リチュウムン膜等を用いることができる。これらの膜は、乾式法から成るＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、蒸着重合法等の成膜法で成膜することができる。第１屈折率層４２の膜厚ｔ４は、５０ｎｍ〜１５０ｎｍ未満程度とする。
【００３８】
次に、図２Ｃに示すように、有効画素領域２４及びオプティカルブラック領域２５の第１屈折率層４２上に、第１屈折率層４２より屈折率が高い第２屈折率層４３を成膜する。第２屈折率層４３としては、前述したように、シリコン窒化膜、シリコン酸化窒化膜などを用いることができる。
【００３９】
次に、図３Ｄに示すように、第２屈折率層４３上に所要の樹脂層４３を塗布する。樹脂層４３は、表面が実質的平坦となるように塗布される。樹脂層４３としては、例えばノボラック系樹脂、又はポリスチレン系樹脂、或いはその共重合系樹脂などを用いることができる。
【００４０】
次に、図３Ｅに示すように、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等を用いて、有効画素領域２４及びオプティカルブラック領域２５の樹脂層４３の上面から全面エッチバック処理を行う。有効画素領域２４では、表面に凹凸を有する第２屈折率層４３の表面を平坦化する。或いは、第２屈折率層の表面の凹凸を軽減する。有効画素領域２４において、各画素のフォトダイオードＰＤに対応して、遮光膜３９と、第１屈折率層４２と、第２屈折率層４３とによる内部集光体を形成する。一方、オプティカルブラック領域２５では、第２屈折率層４３が全て除去され、第１屈折率層４２が表面に露出する。エッチバック処理では、第１屈折率層４２をエッチングの終点検出、或いはＣＭＰ（化学機械研磨）の研磨ストッパーとして行うことができる。図３Ｅでは、第２屈折率層４３を第１屈折率層４２の面までエッチバックしている。有効画素領域２４では、第１屈折率層４２上に第２屈折率層４３を残すようにすることもできる。以下の実施の形態も同様にすることができる。
【００４１】
次に、図３Ｆに示すように、平坦化処理された第２屈折率層４３の表面に第２屈折率層４３より屈折率が低い平坦化膜４０を成膜する。次いで、有効画素領域２４の平坦化膜４０上にカラーフィルタ３５を形成し、オプティカルブラック領域２５の第１屈折率層４２上にフレア防止用膜４４を形成する。フレア防止用膜４４は、感光性膜を用いて形成され、例えば、カラーフィルタ３５の形成時に、同時にカラーフィルタ３５のうちの青色フィルタ、或いは格子状の緑色フィルタ及び赤色フィルタ上に全面青色フィルタの積層膜で形成することができる。このときは、有効画素領域２４の色フィルタと、オプティカルブラック領域２５のフレア防止用膜４４となる色フィルタとを露光、現像して同時に形成することができる。フレア防止用膜４４は、その他、カラーフィルタの形成工程とは別工程で、感光性を有するチタンブラック膜、感光性を有するカーボンブラック膜等を用いて露光、現像して形成することができる。
【００４２】
次いで、有効画素領域２４及びオプティカルブラック領域２５上の全面に平坦化膜３６を介してマイクロレンズ３７を形成する。このようにして、遮光膜３９を基準にして、セルフアライメントで各画素のフォトダイオードＰＤに対応した内部集光体が形成された目的の固体撮像装置２１を得る。
【００４３】
［製造方法の変形例］
前述の屈折率の低い第１屈折率層４２を、アクリル系樹脂、シロキサン系樹脂などの樹脂膜で形成する。この樹脂中にフッ素原子を付加したり、中空シリカ微粒子を添加することで更なる低屈折率が可能になる。
第１屈折率にシリコン酸化窒化膜を選択した場合、第２屈折率層４３は、成膜条件を変更して、高い屈折率のシリコン酸化窒化膜で形成すればよい。
【００４４】
第１実施の形態に係る固体撮像装置２１によれば、有効画素領域２４の各画素２６のフォトダイオードＰＤ上に、フォトダイオードＰＤを囲む遮光膜３９と、第１屈折率層４２と、凹状部４１内に埋め込まれた第２屈折率層４３とにより、内部集光体が構成される。マイクロレンズ３７を透過した入射光は、この内部集光体により集光され、フォトダイオードＰＤに入射される。従って、固体撮像装置２１における感度特性が向上し、また有効画素領域２４における中央と周辺との感度差を示すシェーディング特性を改善することができる。
【００４５】
オプティカルブラック領域２５では、遮光膜３９上に第１屈折率層４２を介して感光性膜によるフレア防止用膜４４が形成されるので、フレア防止用膜４４の密着性が向上し、信頼性の高いフレア防止用膜４４を形成することができる。従って、高画質の裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置を提供することができる。
【００４６】
本実施の形態の前記内部集光体は、導波路機能と、レンズ機能を合わせ持っている。この内部集光体の集光効果について、更に詳述する。図４は導波路機能の説明図である。図４に示すように、第２屈折率層４３に入射した光Ｌは、第２屈折率層４３とこれより屈折率の低い第１屈折率層４２との界面で全反射してフォトダイオードＰＤに導かれる。第２屈折率層４３に入射した光Ｌのうち一部界面を透過した光成分は、金属膜で形成された遮光膜３９により反射されてフォトダイオードＰＤに導かれる。このように、入射した光Ｌは、導波路効果によりフォトダイオードＰＤへ集光される。
【００４７】
図５は、レンズ機能の説明図である。第１屈折率層４２と第２屈折率層４３の屈折率関係が、第１屈折率層４２＜第２屈折率層４３、であるとき、入射する光Ｌの波面（破線図示）５１は、図５に示すようになる。すなわち、入射光Ｌが内部集光体に入るまでは光の波面５１は平行である。入射光Ｌが内部集光体に入った後は、入射光の進行速度が第２屈折率層４３中より第１屈折率層４２の方が速くなることで、光の波面５１は湾曲する。このように、屈折率差に基づく光の位相差で光の波面５１が湾曲し、レンズ作用が生じる。入射した光は、このレンズ効果によりフォトダイオードＰＤへ集光される。
【００４８】
次に、オプティカルブラック領域２５におけるフレア防止用膜４４の密着性は、露光光と内部界面での反射光との干渉で生じる定在波効果が影響する。図６を用いて説明する。有効画素領域２４及びオプティカルブラック領域２５上を含む第１屈折率層４２上に、例えばネガ型の感光性樹脂層５３を形成し、露光光を照射してパターンを形成する場合を検証する。図６Ｂに示すように、遮光膜３９として例えばタングステン（Ｗ）膜を用い、この上に第１屈折率層４２となる例えばシリコン酸化（ＳｉＯ）膜を形成し、その上にネガ型の感光性樹脂層５３を形成して露光する。露光は、ｉ線（波長（λ）：３６５ｎｍ）で行う。シリコン酸化膜の屈折率ｎは１．４７とする。感光性樹脂層５３としては、例えばカラーフィルタ用の顔料を内添した感光性樹脂や、透明感光性樹脂などで形成することができる。
【００４９】
感光性樹脂層５３に露光光Ｌａを照射したとき、感光性樹脂層５３と第１屈折率層４２との界面で反射する反射光（１）と、下地の遮光膜３９で反射する反射光（２）との干渉で界面５４に光強度の大小が生じ、いわゆる定在波が発生する。界面５４での光強度が最低となる周期Ｔは、下記の式で表される。
周期：Ｔ＝λ／２ｎ    
λ：露光波長
ｎ：第１屈折率層４２の屈折率
【００５０】
第１屈折率層４２の膜厚をλ／２ｎとしたときには、界面５４での光強度が最低となる。
例えば、露光光がｉ線（波長：３６５ｎｍ）で、第１屈折率層４２のシリコン酸化膜の屈折率ｎを１，４７とした場合、界面５４での光強度が最低となる第１屈折率層４２の膜厚ｔ３は、３６５／（２×１．４７）＝１２４．１ｎｍとなる。
【００５１】
界面５４での光強度が小さくなったとき、界面５４での密着性が低下し、ネガ型感光性樹脂層５３のパターン形成の際に膜剥がれなどの不具合が生じる。
【００５２】
従って、フレア防止用膜４４となる感光性樹脂層の密着性を向上するためには、上記例の場合、第１屈折率層４２の膜厚ｔ３を、λ／２ｎ以外の値に設定することが望ましい。
【００５３】
感光性樹脂層の密着性は、上記感光性樹脂層中の光強度によるものの他に、露光の際に感光性樹脂層中で起こる光化学反応によるものがある。例えば、感光性樹脂層中の感光成分が、露光により光ラジカル等を発生させ、それが連鎖的に起こる光化学反応等を起こして、樹脂層中の成分が架橋することにより、基板と密着する。
【００５４】
従って、第１屈折率層４２の膜厚ｔ３は、オプティカルブラック領域２５におけるフレア防止用膜４４の密着性を維持しつつ、前述の有効画素領域における感度特性の向上、及びシェーディング特性の改善を考慮して決定される。
【００５５】
表１に、第１屈折率層４２の膜厚における感度特性を示す。表１では、有効画素領域における第１屈折率層４２にシリコン酸化（ＳｉＯ）膜を用い、遮光膜３９の側壁側のＳｉＯ膜厚ｔ４を変化させたときの（図７参照）、入射光の入射角度に対する感度特性を示す。第１屈折率層４２を有しない試料を比較例とした。なお、シリコン酸化（ＳｉＯ）膜はＣＶＤ法で成膜するので、図７のフォトダイオードＰＤに対応する凹状部底部におけるシリコン酸化（ＳｉＯ）膜の膜厚ｔ１は、遮光膜側壁のＳｉＯ膜厚ｔ４の約１．５倍程度となる。図２６に、表１をグラフ化したＳｉＯ膜厚に対する感度特性を示す。表１、図２６は、入射光角度０°、膜厚０ｎｍのときの感度を１．０としたときの相対感度特性を示す。
【００５６】
【表１】
0005736755.tif 000002
【００５７】
表２に、第１屈折率層４２の膜厚におけるシェーディング特性を示す。表２では、遮光膜３９の側壁側のＳｉＯ膜厚ｔ４を変化させたときの、入射光の入射角度０°の感度特性「１．００」を基準に、画素領域周辺の入射角度の相当する入射角度２５°でのそれぞれの感度特性を示す。第１屈折率層４２を有しない試料を比較例とした。
【００５８】
【表２】
0005736755.tif 000003
【００５９】
表１及び図２６より、有効画素領域２４における第１屈折率層（ＳｉＯ膜）４２の膜厚ｔ４が０ｎｍよりも厚ければ、好ましくは５０ｎｍ以上で２００ｎｍ未満であれば、比較例に比較して、感度特性が向上することが認められる。また、表２より、有効画素領域２４における第１屈折率層（ＳｉＯ膜）４２の膜厚ｔ４が５０ｎｍ以上で２００ｎｍ未満であれば、入射角度２５°での感度特性が比較例に比較して、向上している。すなわち、感度の減衰量が従来に比較して少ない。従って、シェーディング特性が改善されることが認められる。
【００６０】
シェーディング特性や混色特性の改善のために、前述したように、画素領域の周端に行く程、カラーフィルタやマイクロレンズをシフトしている。このシフト量が大きすぎると、入射光が遮光膜３９に蹴られて感度劣化を引き起こす。表２に示すように、入射角度に対する感度の減衰が少なければ、上記シフト量も少なくて済み、入射光が遮光膜３９で蹴られ難い構造となる。
【００６１】
有効画素領域２４とオプティカルブラック領域２５での第１屈折率層４２の共通の膜厚は、オプティカルブラック領域２５でのフレア防止用膜４４の密着性を考慮して設定される。例えば、上記したシリコン酸化（ＳｉＯ）膜の第１屈折率層４２の場合、膜厚ｔ３をλ／２ｎを除いて、上記有効画素領域２４での好ましいＳｉＯ膜厚（膜厚ｔ１換算）範囲内に設定する。マイクロレンズ３７とフォトダイオードＰＤ間の距離を短くして感度特性をより向上させるためには、第１屈折率層４２の膜厚を１００ｎｍ以下にすることが好ましい。従って、上記したシリコン酸化（ＳｉＯ）膜の第１屈折率層４２の場合、膜厚ｔ１＝ｔ３は、７５ｎｍ〜８２ｎｍ程度とするのが好ましい。
【００６２】
＜２．第２実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図8に、本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す。本発明実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。第２実施の形態に係る固体撮像装置５６は、フォトダイオードＰＤ及び複数の画素トランジスタからなる複数の画素が2次元配列された画素領域２３を有する薄膜化された半導体基板２２を有する。半導体基板２２の表面側には、図示しないが、前述の図1に示すと同様に、多層配線層が形成され、多層配線層に支持基板が接合されている。半導体基板２２の裏面上には、絶縁膜３４が形成される。
【００６３】
本実施の形態においては、画素領域２３の有効画素領域２４及びオプティカルブラック領域２５の前記絶縁膜３４上に遮光膜３９が形成される。有効画素領域２４では、遮光膜３９が各画素のフォトダイオードＰＤを囲んで形成され、オプティカルブラック領域２５では、有効画素領域２４の遮光膜３９から延長して同じ膜による遮光膜３９が全面に形成される。有効画素領域２４では、各フォトダイオードＰＤ上に対応する領域に、遮光膜３９で囲まれた凹状部４１が形成される。
【００６４】
有効画素領域２４からオプティカルブラック領域２５にかけて、遮光膜３９及び凹状部４１の表面に相対的に屈折率が低い第１屈折率層４２が形成される。有効画素領域２３では、第１屈折率層４２上に凹状部４１内を埋め込むように、相対的に屈折率が高い第２屈折率層５７が形成される。この第２屈折率層５７は、金属微粒子５８を含有した熱硬化性樹脂５９により形成される。ベースとなる熱硬化性樹脂５９としては、アクリル系、ノボラック系、スチレン系の単体樹脂、それらの共重合系樹脂、又はポリイミド系、或いはシロキサン系等の樹脂が用いられる。金属微粒子５８としては、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化錫等が用いられる。樹脂５９に金属微粒子５８を含有させることにより、樹脂５９の高屈折率化が図れる。
【００６５】
この第２屈折率層５７は、金属微粒子５８が含有してなる有機膜であるため、塗布形成した後の平坦化のためのドライエッチング処理で、第２屈折率層表面に、金属微粒子５８の微小凸状の構造体６１が形成される。この微小凸状の構造体６１は、一種のモスアイ構造となり、反射防止膜としての作用を有する。各画素のフォトダイオードＰＤに対応して、遮光膜３９と、第１屈折率層４２と、第２屈折率層５７と、反射防止膜となる微小凸状の構造体６１とにより、内部集光体が形成される。
【００６６】
この微小凸状の構造体６１の表面上に、平坦化膜４０を介してカラーフィルタ３５が形成され、その上に平坦化膜３６を介してマイクロレンズ３７が形成される。
【００６７】
オプティカルブラック領域２４では、第１実施の形態と同様に、第１屈折率層４２上にフレア防止用膜４４を形成し、その上に平坦化膜３６を介してマイクロレンズ３７が形成される。
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、重複説明を省略する。図８において、図１と対応する部分には同一符号を付して示す。
【００６８】
［固体撮像装置の製造方法例］
図９に、第２実施の形態に係る固体撮像装置５６の製造方法例を示す。同図は、有効画素領域２４の内部集光体の形成のみを示し、オプティカルブラック領域を含むその他の構成の製造工程については、第１実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００６９】
図９Ａに示すように、フォトダイオードＰＤが形成された半導体基板２２の裏面上に平坦化膜３４を形成し、平坦化膜３４上に画素間を遮光する遮光膜３９を形成する。遮光膜３９は、前述と同様に、フォトダイオードＰＤを囲み、フォトダイオードＰＤに対応する領域に凹状部４１が形成されるように形成する。次いで、遮光膜３９及び凹状部４１の表面全面に相対的に屈折率が低い第１屈折率層４２を形成する。
【００７０】
次いで、第１屈折率層４２上に、凹状部４１内を埋め込むように、相対的に屈折率が高い第２屈折率層５７を形成する。第２屈折率層５７は、金属微粒子５８を含有した熱硬化性樹脂５９をスピン塗布して形成する。熱硬化性樹脂５９としては、前述したように、アクリル系、ノボラック系、スチレン系の単体樹脂、それらの共重合系樹脂、又はポリイミド系等の樹脂を用いることができる。金属微粒子５８は、前述したように、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化錫等を樹脂５９に適宜添加される。第２屈折率層５７は、熱硬化性樹脂５９を用いたとき成膜後の状態が、単位画素上に対して凹凸状態で形成される。
【００７１】
次に、図９Ｂに示すように、第２屈折率層５７上に、第２屈折率層５７に用いた熱硬化性樹脂５９と同じ組成系の熱硬化性樹脂層層６０を実質的に表面が平坦となるように、スピン塗布する。これは、第２屈折率層５７の平坦化のために、上部の熱硬化性樹脂層６０と、第２屈折率層５７の樹脂５８の材質の組成系を合わせ、エッチングレートを合わせ込むことで、次のドライエッチングにおける平坦化処理をより良好に行うためである。
【００７２】
次に、図９Ｃに示すように、最上部の熱硬化性樹脂６０の上面から例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法等を用いて、全面エッチバックを行う。この全面エッチバックにより、第２屈折率層５７の表面の凹凸を軽減し、乃至は第２屈折率層５７の表面を平坦化する。
【００７３】
さらに、第２屈折率層５７は、金属微粒子５８が添加されてなる有機膜である。このため、上記ドライエッチングにおいて、金属微粒子５８がエッチングマスクとなり、図９Ｃに示すように、有機膜である熱硬化性樹脂５９の表面のみ除去され、金属微粒子５８のみが残って微小凸状の構造体６１が形成される。この構造体６１は、前述したように、モスアイ構造となり、反射防止膜として作用する。遮光膜３９と、第１屈折率層４２と、第２屈折率層５７と、反射防止膜となる構造体６１とにより、内部集光体を形成する。
【００７４】
それ以外の構成の製造工程は、第１実施の形態で説明したと同様である。このようにして、目的の固体撮像装置５６を得る。
【００７５】
第２実施の形態に係る固体撮像装置５６によれば、第１実施の形態で説明したと同様に、マイクロレンズ３７透過した入射光は、遮光膜３９、第１屈折率層４２及び第２屈折率層５７による実質的な集光体により、集光されてフォトダイオードＰＤに入射される。第２屈折率層５７の表面には反射防止膜として作用する金属微粒子５８の構造体６１が形成されるので、第２屈折率層５７とその上層膜との界面での反射が抑制され、さらに光利用効率、内部集光体での集光効率を向上することができる。従って、固体撮像装置５６における感度特性向上し、また有効画素領域２４における中央と周辺との感度差を示すシェーディング特性を改善することができる。
【００７６】
一方、オプティカルブラック領域２５では、遮光膜３９上に第１屈折率層４２を介して感光性膜によるフレア防止用膜４４が形成されるので、フレア防止用膜４４の密着性が向上し、信頼性の高いフレア防止用膜４４を形成することができる。従って、高画質の裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置を提供することができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００７７】
＜３．第３実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１０に、本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す。本発明実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。第３実施の形態に係る固体撮像装置６３は、フォトダイオードＰＤ及び複数の画素トランジスタからなる複数の画素が2次元配列された画素領域２３を有する薄膜化された半導体基板２２を有する。半導体基板２２の表面側には、図示しないが、前述の図1に示すと同様に、多層配線層が形成され、多層配線層に支持基板が接合されている。半導体基板２２の裏面上には、絶縁膜３４が形成される。
【００７８】
本実施の形態においては、画素領域２３の有効画素領域２４及びオプティカルブラック領域２５の前記絶縁膜３４上に遮光膜３９が形成される。有効画素領域２４では、遮光膜３９が各画素のフォトダイオードＰＤを囲んで形成され、オプティカルブラック領域２５では、有効画素領域２４の遮光膜３９から延長して同じ膜による遮光膜３９が全面に形成される。有効画素領域２４では、各フォトダイオードＰＤ上に対応する領域に、遮光膜３９で囲まれた凹状部４１が形成される。
【００７９】
有効画素領域２４からオプティカルブラック領域２５にかけて、遮光膜３９及び凹状部４１の表面に相対的に屈折率が低い第１屈折率層４２が形成される。有効画素領域２４では、第１屈折率層４２上に凹状部４１内を埋め込むように、相対的に屈折率が高い第２屈折率層６４が形成される。この第２屈折率層６４は、金属微粒子５８を含有した樹脂が硬化する温度以下で、熱流動性を持った熱硬化性樹脂６５により形成される。ベースとなる熱流動性を持つ熱硬化性樹脂６５としては、アクリル系や、シロキサン系樹脂などが用いられる。金属微粒子５８としては、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化錫等が用いられる。樹脂６５に金属微粒子５８を含有させることにより、樹脂６５の高屈折率化が図れる。表面が平坦化された第２屈折率層６４上に第２屈折率層６４より屈折率が低い平坦化膜６６が形成される。
【００８０】
各画素のフォトダイオードＰＤに対応して、遮光膜３９と、第１屈折率層４２と、第２屈折率層６４とにより、内部集光体が形成される。平坦化膜６６上に、カラーフィルタ３５が形成され、その上に平坦化膜３６を介してマイクロレンズ３７が形成される。オプティカルブラック領域２４では、第１実施の形態と同様に、第１屈折率層４２上にフレア防止用膜４４を形成し、その上に平坦化膜３６を介してマイクロレンズ３７が形成される。
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、重複説明を省略する。図１０において、図１と対応する部分には同一符号を付して示す。
【００８１】
［固体撮像装置の製造方法例］
図１１に、第３実施の形態に係る固体撮像装置６３の製造方法例を示す。同図は、有効画素領域２４の内部集光体の形成のみを示し、オプティカルブラック領域を含むその他の構成の製造工程については、第１実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【００８２】
図１１Ａに示すように、フォトダイオードＰＤが形成された半導体基板２２の裏面上に平坦化膜３４を形成し、平坦化膜３４上に画素間を遮光する遮光膜３９を形成する。遮光膜３９は、前述と同様に、フォトダイオードＰＤを囲み、フォトダイオードＰＤに対応する領域に凹状部４１が形成されるように形成する。次いで、遮光膜３９及び凹状部４１の表面全面に相対的に屈折率が低い第１屈折率層４２を形成する。
【００８３】
次いで、第１屈折率層４２上に、凹状部４１内を埋め込むように、相対的に屈折率が高い第２屈折率層６４を形成する。第２屈折率層６４は、金属微粒子５８を含有した樹脂が硬化する温度以下では、熱可塑性（熱流動性）を有した熱硬化性樹脂６５をスピン塗布して形成する。樹脂の硬化する温度以下の加熱条件下では、樹脂が熱流動性を持っていることから、平坦化作用を持ち、樹脂の硬化温度では、熱硬化する材料を用いることが特徴である。熱可塑性樹脂６５としては、前述したように、アクリル系、ノボラック系、スチレン系の単体樹脂、それらの共重合系樹脂等の樹脂、或いはシロキサン系樹脂を用いることができる。金属微粒子５８は、前述したように、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化錫等を樹脂６５に適宜添加される。第２屈折率層６４は、熱可塑性樹脂６５を用いたとき成膜後の状態が、単位画素上に対して凹凸状にうねって形成される。
【００８４】
次に、図１１Ｂに示すように、表面が凹凸状にうねった状態の第２屈折率層６４に対し、熱処理を行い、第２屈折率層６４を熱流動させて、第２屈折率層６４の表面を実質的に平坦化し第２屈折率層６４の硬化膜を形成する。その後、有効画素領域２４をマスクしてオプティカルブラック領域２５の第２屈折率層６４を除去する。本実施の形態での第２屈折率層６４の平坦化処理では、上層に樹脂層を形成し、エッチバック（ドライエッチング）やＣＭＰ（化学機械研磨）法による処理などを行わなくてもよい。
【００８５】
次に、図１１Ｃに示すように、第２屈折率層６４の屈折率よりも屈折率の低い平坦化膜６６を形成する。このようにして、遮光膜３９と、第１屈折率層４２と、第２屈折率層６４とにより、内部集光体を形成する。
【００８６】
それ以外の構成の製造工程は、第１実施の形態で説明したと同様である。このようにして、目的の固体撮像装置６３を得る。
【００８７】
第３実施の形態に係る固体撮像装置６３によれば、第１実施の形態で説明したと同様に、マイクロレンズ３７透過した入射光は、遮光膜３９、第１屈折率層４２及び第２屈折率層６４による内部集光体により、集光されてフォトダイオードＰＤに入射される。第２屈折率層５７の表面には反射防止膜として作用する金属微粒子５８の構造体６１が形成されるので、第２屈折率層５７とその上層膜との界面での反射が抑制され、さらに光利用効率、内部集光体での集光効率を向上することができる。従って、固体撮像装置６３における感度特性向上し、また有効画素領域２４における中央と周辺との感度差を示すシェーディング特性を改善することができる。
【００８８】
一方、オプティカルブラック領域２５では、遮光膜３９上に第１屈折率層４２を介して感光性膜によるフレア防止用膜４４が形成されるので、フレア防止用膜４４の密着性が向上し、信頼性の高いフレア防止用膜４４を形成することができる。従って、高画質の裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置を提供することができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００８９】
＜４．第４実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１２に、本発明に係る固体撮像装置の第４実施の形態を示す。本発明実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。第４実施の形態に係る固体撮像装置６７は、第３実施の形態の変形例に相当する。
【００９０】
第４実施の形態に係る固体撮像装置６７は、有効画素領域２４において、相対的に屈折率が低い第１屈折率層４２上に、金属微粒子５８を含有した熱硬化性樹脂６５による相対的に屈折率が高い第２屈折率層６４が形成される。この場合の熱硬化性樹脂６５は、樹脂が硬化する温度以下では熱可塑性（熱流動性）を有する樹脂である。さらに、この第２屈折率層６４の表面に、金属微粒子５８の微小凸状の構造体６１が形成される。この微小凸状の構造体６１は、一種のモスアイ構造となり、反射防止膜としての作用を有する。各画素のフォトダイオードＰＤに対応して、遮光膜３９と、第１屈折率層４２と、第２屈折率層６４と、反射防止膜となる微小凸状の構造体６１とにより、内部集光体が形成される。
その他の構成は、第３実施の形態で説明したと同様であるので、図１２において、図１０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。
【００９１】
［固体撮像装置の製造方法例］
第４実施の形態の固体撮像装置６７の製造方法は、前述の図１１Ａの工程の後、第２屈折率層６４上に第２屈折率層６４の樹脂が硬化する温度以下では、熱可塑性（熱流動性）を有した熱硬化性樹脂６５と同じ組成系の熱可塑性樹脂層を形成する。そして、この熱可塑性樹脂層の上から例えばエッチバックを行い、第２屈折率層６４の表面を平坦化すると共に、表面の金属微粒子５８の微小凸状の構造体６１を形成する。この工程は図９Ａ〜Ｃの工程に類似する。その他の構成及び工程は、第３実施の形態で説明したと同様である。
【００９２】
第４実施の形態に係る固体撮像装置６７によれば、マイクロレンズ３７透過した入射光は、遮光膜３９、第１屈折率層４２及び第２屈折率層６４による実質的な集光体により、集光されてフォトダイオードＰＤに入射される。第２屈折率層６４の表面には反射防止膜として作用する金属微粒子５８の構造体６１が形成されるので、第２屈折率層６４とその上層膜との界面での反射が抑制され、さらに光利用効率、内部集光体での集光効率を向上することができる。従って、固体撮像装置６７における感度特性向上し、また有効画素領域２４における中央と周辺との感度差を示すシェーディング特性を改善することができる。
【００９３】
一方、オプティカルブラック領域２５では、遮光膜３９上に第１屈折率層４２を介して感光性膜によるフレア防止用膜４４が形成されるので、フレア防止用膜４４の密着性が向上し、信頼性の高いフレア防止用膜４４を形成することができる。従って、高画質の裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置を提供することができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００９４】
＜５．第５実施の形態＞
図１３に、本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態を示す。本発明実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。第５実施の形態に係る固体撮像装置６９は、フォトダイオードＰＤ及び複数の画素トランジスタからなる複数の画素が2次元配列された画素領域２３を有する薄膜化された半導体基板２２を有する。半導体基板２２の表面側には、図示しないが、前述の図1に示すと同様に、多層配線層が形成され、多層配線層に支持基板が接合されている。半導体基板２２の裏面上には、絶縁膜３４が形成される。
【００９５】
本実施の形態においては、画素領域２３の有効画素領域２４及びオプティカルブラック領域２５の前記絶縁膜３４上に遮光膜３９が形成される。有効画素領域２４では、遮光膜３９が各画素のフォトダイオードＰＤを囲んで形成され、オプティカルブラック領域２５では、有効画素領域２４の遮光膜３９から延長して同じ膜による遮光膜３９が全面に形成される。有効画素領域２４では、各フォトダイオードＰＤ上に対応する領域に、遮光膜３９で囲まれた凹状部４１が形成される。
【００９６】
有効画素領域２４からオプティカルブラック領域２５にかけて、遮光膜３９及び凹状部４１の表面に相対的に屈折率が低い第１屈折率層４２が形成される。有効画素領域２３では、第１屈折率層４２上に凹状部４１内を埋め込むように、相対的に屈折率が高い第２屈折率層７０が形成される。屈折率の大小関係は、第１屈折率層４２＜第２屈折率層７０である。第２屈折率層７０は、フォトダイオードＰＤに対応する部分が下に凸となるように、表面が凹凸形状に形成される。
【００９７】
さらに、第２屈折率層７０上に、第２屈折率層７０より屈折率が高い第３屈折率層７１が形成される。第３屈折率層７１の表面は平坦化される。屈折率の大小関係は、第１屈折率層４２＜第２屈折率層７０＜第３屈折率層７１である。この第２屈折率層７０と第３屈折率層７１とにより、フォトダイオードＰＤの上方に層内レンズ７２が形成される。そして、遮光膜３９と第１屈折率層４２と第２屈折率層７０により、内部集光体が形成される。
【００９８】
第３屈折率層７１上に、平坦化膜４０を介してカラーフィルタ３５が形成され、その上に平坦化膜３６を介してマイクロレンズ３７が形成される。
【００９９】
オプティカルブラック領域２４では、第１実施の形態と同様に、第１屈折率層４２上にフレア防止用膜４４を形成し、その上に平坦化膜３６を介してマイクロレンズ３７が形成される。
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図１３において、図１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。
【０１００】
［固体撮像装置の製造方法例］
図１４に、第５実施の形態に係る固体撮像装置６９の製造方法例を示す。同図は、有効画素領域２４の層内レンズ及び内部集光体の形成のみを示し、オプティカルブラック領域を含むその他の構成の製造工程については、第１実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１０１】
図１４Ａに示すように、フォトダイオードＰＤが形成された半導体基板２２の裏面上に平坦化膜３４を形成し、平坦化膜３４上に画素間を遮光する遮光膜３９を形成する。遮光膜３９は、前述と同様に、フォトダイオードＰＤを囲み、フォトダイオードＰＤに対応する領域に凹状部４１が形成されるように形成する。次いで、遮光膜３９及び凹状部４１の表面全面に相対的に屈折率が低い第１屈折率層４２を形成する。第１屈折率層４２としては、前述と同様に、例えばシリコン酸化膜、シリコン酸化炭化膜、フッ化マグネシウム膜、フッ化カルシウム膜等を用いることができる。
【０１０２】
次いで、第１屈折率層４２上に、凹状部４１内を埋め込むように、第１屈折率層４２よりも屈折率が高い第２屈折率層７０を形成する。第２屈折率層７０は、熱硬化性樹脂で形成することができる。熱硬化性樹脂としてはアクリル系樹脂などが用いられる。熱硬化性樹脂は、熱可塑性樹脂とは異なり、塗布された状態をほぼ保った形で熱硬化するので、断面形状として、フォトダイオードＰＤ上が低く、画素間の遮光膜３９上が高い凹形状に形成される。
【０１０３】
次に、図１４Ｂに示すように、第２屈折率層７０上に、第２屈折率層７０より屈折率が高い第３屈折率層７１を形成する。第３屈折率層７１は、上面が平坦に形成する。第３屈折率層７１の材料には、例えばアクリル系の熱可塑性樹脂を用い、その樹脂中に金属微粒子を添加する。金属微粒子としては、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化錫等を適宜添加される。また、この第３屈折率層７１は、熱可塑性以外に、熱硬化性樹脂中に金属微粒子を添加した材料で形成することもできる。更には、第３屈折率層７１は、熱硬化性樹脂や、シリコン窒化膜や、シリコン窒化酸化膜で形成することもできる。この熱硬化性樹脂や、シリコン窒化膜や、シリコン窒化酸化膜で形成するときは、その後、第３屈折率層７１の上面が平坦になるように、エッチバックや、ＣＭＰ処理が適宜用いられる。
【０１０４】
上記の遮光膜３９と、第１屈折率層４２と、第２屈折率層７０とにより、内部集光体を形成する。また、第２屈折率層７０と第３屈折率層７１とにより、層内レンズ７２を形成する。
【０１０５】
次に、図１４Ｃに示すように、第３屈折率層７１上に、第３屈折率層７１より屈折率が低い低屈折率の平坦化膜７３形成する。その後、有効画素領域２４をマスクして。オプティカルブラック領域２５の平坦化膜７３，第３屈折率層７１及び第２屈折率層７０を除去する。
【０１０６】
それ以外の構成の製造工程は、第１実施の形態で説明したと同様である。このようにして、目的の固体撮像装置６９を得る。
【０１０７】
第５実施の形態に係る固体撮像装置６９によれば、マイクロレンズ３７透過した入射光は、層内レンズ７２により集光されると共に、遮光膜３９、第１屈折率層４２及び第２屈折率層７０による内部集光体により、集光されてフォトダイオードＰＤに入射される。従って、固体撮像装置５６における感度特性向上し、また有効画素領域２４における中央と周辺との感度差を示すシェーディング特性を改善することができる。
【０１０８】
一方、オプティカルブラック領域２５では、遮光膜３９上に第１屈折率層４２を介して感光性膜によるフレア防止用膜４４が形成されるので、フレア防止用膜４４の密着性が向上し、信頼性の高いフレア防止用膜４４を形成することができる。従って、高画質の裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置を提供することができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１０９】
＜６．第６実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１５〜図１６に、本発明に係る固体撮像装置の第６実施の形態を示す。本発明実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。図１５は、本実施の形態で適用される緑色、赤色、青色の原色系からなるカラーフィルタ７５の平面図である。このカラーフィルタ７５は、緑色、赤色、青色をベイヤー配列した構成を有する。図１６の有効画素領域２４における断面構造は、図１５のＡ―Ａ線上の断面構造である。
【０１１０】
第６実施の形態に係る固体撮像装置７７は、図１６に示すように、フォトダイオードＰＤ及び複数の画素トランジスタからなる複数の画素が2次元配列された画素領域２３を有する薄膜化された半導体基板２２を有する。半導体基板２２の表面側には、図示しないが、前述の図1に示すと同様に、多層配線層が形成され、多層配線層に支持基板が接合されている。半導体基板２２の裏面上には、絶縁膜３４が形成される。
【０１１１】
本実施の形態においては、画素領域２３の有効画素領域２４及びオプティカルブラック領域２５の前記絶縁膜３４上に遮光膜３９が形成される。有効画素領域２４では、遮光膜３９が各画素のフォトダイオードＰＤを囲んで形成され、オプティカルブラック領域２５では、有効画素領域２４の遮光膜３９から延長して同じ膜による遮光膜３９が全面に形成される。有効画素領域２４では、各フォトダイオードＰＤ上に対応する領域に、遮光膜３９で囲まれた凹状部４１が形成される。
【０１１２】
有効画素領域２４からオプティカルブラック領域２５にかけて、遮光膜３９及び凹状部４１の表面に相対的に屈折率が低い第１屈折率層４２が形成される。有効画素領域２４では、第１屈折率層４２上に凹状部４１内を埋め込むように、第１屈折率層４２より屈折率が高い第２屈折率層となるカラーフィルタ７５が形成される。この例では、カラーフィルタ７５が、その平坦化された上面を遮光膜３９より上方に位置して形成さされる。この遮光膜３９と、第１屈折率層４２と、第２屈折率層となるカラーフィルタ７５とにより内部集光体が形成される。カラーフィルタ７５の上面には、カラーフィルタ７５より屈折率が低い平坦化膜７６が形成される。
【０１１３】
一方、オプティカルブラック領域２５では、第１屈折率層４２上に例えばカラーフィルタ７５を利用したフレア防止用膜４４が形成される。フレア防止用膜４４上には、平坦化膜７６が延長して形成される。
【０１１４】
本実施の形態では、カラーフィルタ７５が凹状部４１内に埋め込まれた構成であるので、マイクロレンズを省略することができる。あるいは、本実施の形態では、鎖線で示すように、平坦化膜７６上にマイクロレンズ３７を形成した構成することができる。
【０１１５】
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図１６において、図１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。
【０１１６】
［固体撮像装置の製造方法例］
図１７に、第６実施の形態に係る固体撮像装置７７の製造方法例を示す。同図は、有効画素領域２４の内部集光体の形成のみを示し、オプティカルブラック領域を含むその他の構成の製造工程については、第１実施の形態と同様であるので、説明を省略する。
【０１１７】
図１７Ａに示すように、フォトダイオードＰＤが形成された半導体基板２２の裏面上に平坦化膜３４を形成し、平坦化膜３４上に画素間を遮光する遮光膜３９を形成する。遮光膜３９は、前述と同様に、フォトダイオードＰＤを囲み、フォトダイオードＰＤに対応する領域に凹状部４１が形成されるように形成する。次いで、遮光膜３９及び凹状部４１の表面全面に相対的に屈折率が低い第１屈折率層４２を形成する。
【０１１８】
次いで、第１屈折率層４２上に、１色目に対応する凹状部４１内を埋め込むように、フォトリソグラフィ法を用いて、１色目の例えば緑色カラーフィルタ７５Ｇを形成する。
【０１１９】
次に、図１７Ｂに示すように、２色目に対応する凹状部４１内を埋め込むように、フォトリソグラフィ法を用いて、２色目の例えば赤色カラーフィルタ７５Ｒを形成する。次いで、図示しないが、３色目に対応する凹状部４１内を埋め込むように、フォトリソグラフィ法を用いて、３色目の例えば青色カラーフィルタ７５Ｂを形成する。
【０１２０】
次に、図１７Ｃに示すように、エッチバックや、ＣＭＰ法を用いてカラーフィルタ７５の表面を平坦化する。カラーフィルタ７５の表面は、遮光膜３９上の第１屈折率層４２に上面を被覆する位置に形成される。このカラーフィルタ７５が第２屈折率層となる。従って、遮光膜３９と、第１屈折率層４２と、第１屈折率層４２より屈折率が高いカラーフィルタ７５とにより、内部集光体が形成される。
【０１２１】
次に、図１７Ｄに示すように、カラーフィルタ７５の表面に、低屈折率の平坦膜７６を形成する。マイクロレンズを形成する場合は、平坦化膜７６上にマイクロレンズ３７を形成する。
【０１２２】
それ以外の構成の製造工程は、第１実施の形態で説明したと同様である。このようにして、目的の固体撮像装置６３を得る。
【０１２３】
第６実施の形態に係る固体撮像装置７７によれば、カラーフィルタ７５に入射した光は、遮光膜３９、第１屈折率層４２及び第２屈折率層となるカラーフィルタ７５とによる内部集光体により、集光されてフォトダイオードＰＤに入射される。従って、固体撮像装置６３における感度特性向上し、また有効画素領域２４における中央と周辺との感度差を示すシェーディング特性を改善することができる。
【０１２４】
本実施の形態では、カラーフィルタ７５が凹状部４１内に埋め込まれた構成であるので、マイクロレンズを設けなくても、混色させることなく、各画素のフォトダイオードＰＤに光を入射させることができる。カラーフィルタ７５を凹状部４１内に埋め込むことにより、カラーフィルタ７５からフォトダイオードＰＤまでの距離を短縮することができ、つまり断面方向の薄膜化ができ、その分さらに感度特性を向上することができる。また、マイクロレンズ３７を設けた場合にも、マイクロレンズ３７からフォトダイオードＰＤまでの距離を短縮することができ、その分、例えば第１実施の形態より、さらに感度特性を向上することができる。第２屈折率層にカラーフィルタ７５を用いることで、断面方向の薄膜化ができ、画素部のカラーフィルタ形成の際の不具合が解消される。
【０１２５】
一方、オプティカルブラック領域２５では、遮光膜３９上に第１屈折率層４２を介して感光性膜によるフレア防止用膜４４が形成されるので、フレア防止用膜４４の密着性が向上し、信頼性の高いフレア防止用膜４４を形成することができる。従って、高画質の裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置を提供することができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１２６】
［第６実施の形態の変形例］
［固体撮像装置の構成例］
図１８に、第６実施の形態の変形例に係る固体撮像装置を示す。本変形例に係る固体撮像装置７９は、第１屈折率層４２を介して凹状部４１内に、上面が遮光膜３９上の第１屈折率層４２の上面と面一となるように、カラーフィルタ７５が埋め込まれて構成される。
【０１２７】
その他の構成は、第６実施の形態の固体撮像装置７７と同様であるので、図１８において、図１６と対応刷る部分に同一符号を付して、重複説明を省略する。
［固体撮像装置の製造方法例］
図１９に、上記変形例に係る固体撮像装置７９の製造方法例を示す。本例では、図１９Ａ〜Ｂの工程は、図１７Ａ〜Ｂの工程と同じである。
【０１２８】
次いで、図１９Ｃに示すように、エッチバックや、ＣＭＰ法を用いて、カラーフィルタ７５を、その上面が遮光膜３９上の第１屈折率層４２の上面と面一となるように、平坦化する。
【０１２９】
次いで、図１９Ｄに示すように、カラーフィルタ７５の表面に、低屈折率の平坦膜７６を形成する。マイクロレンズを形成する場合は、平坦化膜７６上にマイクロレンズ３７を形成する。
【０１３０】
それ以外の構成の製造工程は、第１実施の形態で説明したと同様である。このようにして、目的の固体撮像装置７９を得る。
【０１３１】
変形例に係る固体撮像装置７９によれば、カラーフィルタ７５がその上面を遮光膜３９上の第１屈折率層４２の上面と面一となるよう形成される。これにより、第６実施の形態固体撮像装置７７に比べて、さらにカラーフィルタ７４からフォトダイオードＰＤまでの距離を短縮することができ、更に感度特性を向上することができる。その他、第６実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１３２】
＜７．第７実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２０に、本発明に係る固体撮像装置の第７実施の形態を示す。本発明実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。図２０は、有効画素領域２４における内部集光体の要部のみを示す。第７実施の形態に係る固体撮像装置８１は、有効画素領域２４における遮光膜３９の断面形状を、光の入射方向に向かって（上部から底部に向かって）断面の幅が漸次広くなるテーパー状に形成される。図２０では、この断面テーパー状の遮光膜３９と、第１屈折率層４２と、第２屈折率層４３とにより内部集光体が形成される。
【０１３３】
オプティカルブラック領域を含むその他の構成は、上述の各実施の形態で説明した構成、あるいは後述する実施の形態で説明する構成と同様であるので、重複説明は省略する。
【０１３４】
第７実施の形態に係る固体撮像装置８１によれば、有効画素領域２４における遮光膜３９の断面形状が、テーパー状に形成されているので、入射光Ｌの遮光膜３９の上面コーナー部での蹴られ量を少なくすることができる。また、遮光膜３９の側面が傾斜しているので、遮光膜３９の側面で反射した光を効率よくフォトダイオードＰＤへ導くことができる。
【０１３５】
その他、上述の実施の形態、あるいは後述の実施の形態に適用したときには、これらの実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１３６】
＜８．第８実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２１に、本発明に係る固体撮像装置の第８実施の形態を示す。本発明実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。図２１は、有効画素領域２４における内部集光体の要部のみ、特に遮光膜３９の上面から見た構成を示す。第８実施の形態に係る固体撮像装置８１は、有効画素領域２４における内部遮光体を構成する遮光膜３９の各色画素に対応して開口面積を異ならして構成される。
【０１３７】
本実施の形態では、各画素の色毎に遮光膜３９の開口サイズを最適化する。すなわち、例えば、波長の長い赤色光は、光が曲がり難いので遮光膜３９の開口８４Ｒの面積を大きくして、本来の画素外部に入射する光を効率的に集光するようになす。遮光膜３９の緑色画素に対応する開口８４Ｇの面積は、赤色画素に対応する開口８４Ｇの面積より小さくして、より緑色画素の中心部に集光させて混色の発生を低減するようになす。波長の短い青色光を受光する青色画素に対応する開口８４Ｂの面積は、緑が外囲壁部に対応する開口８４Ｇより小さくし、より青色画素の中心部に集光させて混色の発生を低減するようになす。ここで、各色画素に対応する「遮光膜３９の開口面積は、図２１の各開口幅Ｗｒ、Ｗｇ、Ｗｂで規定することができる。
【０１３８】
本実施の形態の遮光膜３９は、上述の各実施の形態に適用することができる。従って、オプティカルブラック領域を含むその他の構成は、上述の各実施の形態で説明した構成と同様であるので、重複説明は省略する。
【０１３９】
第８実施の形態に係る固体撮像装置８３によれば、色毎に遮光膜３９の開口面積、すなわち開口幅を異ならすことにより、入射する波長光に応じて、光を効率的に集光し、あるいは混色を低減させることができる。
【０１４０】
その他、本実施の形態の遮光膜３９を、上述の第１乃至第７実施の形態に適用したときには、これらの実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【０１４１】
図２２Ａ〜図２２Ｂに、内部集光体、特にその第１屈折率層４２の変形例を示す。
【０１４２】
図２２Ａの構成では、第１屈折率層４２が有効画素領域２４の半導体基板２２の裏面上に第１屈折率層４２を構成する第１膜４２ａが形成される。すなわち、この第１膜４２ａ上にフォトダイオードＰＤを囲む遮光膜３９が形成される。さらに、第１膜４２ａ及び遮光膜３９の全面上に第１屈折率層４２を構成する第２膜４２ｂが形成され、この上に第２屈折率層４３が形成されて、内部集光体が構成される。第１屈折率層４２は、２層膜４２ａ及び４２ｂで形成される。この２層膜４２ａ及び４２ｂは、反射防止膜として作用する材料膜で形成される。屈折率の関係は、この第１屈折率層４２は、内部遮光体の構成要素となると共に、反射防止膜とし作用する。
【０１４３】
図２２Ｂの構成では、第１屈折率層４２が第１膜４２ａと第２膜４２ｂの２層膜で形成される。この例では、第１屈折率層４２の第２膜４２ｂが２分割されて成膜される。すなわち、有効画素領域２４の半導体基板２２の裏面上に第１屈折率層４２を構成する第１膜４２ａが形成される。屈折率層４２を構成する第２膜４２ｂ１が第１膜４２ａ上に成膜され、第２膜４２ｂ１上にフォトダイオードＰＤを囲む遮光膜３９が形成される。この遮光膜３９を覆うように第１屈折率層４２の第２膜４２ｂ２が形成され、第２膜４２ｂ１及び４２ｂ２上に第２屈折率層４３が形成されて、内部集光体が構成される。この例においても、第１屈折率層４２は、内部遮光体の構成要素となると共に、反射防止膜とし作用する。
【０１４４】
図２３に、本発明の裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置の変形例を示す。
図２３Ａの例は、内部集光体を構成する第１屈折率層４２と第２屈折率層４３の間に第１反射防止層８６が形成され、第２屈折率層４３の上面に第２反射防止膜８７が形成される。第２反射防止膜８７上にはカラーフィルタが形成される。屈折率の関係は、第１屈折率層４２＜第１反射防止膜８６＜第２屈折率層４３である。第１屈折率層４２にシリコン酸化膜（屈折率≒１．４５程度）を用い、第２屈折率層４３にシリコン窒化膜（屈折率≒１．９〜２．０程度）を用いた場合、反射防止膜８６には例えばシリコン窒化酸化膜（屈折率≒１．６〜２．０未満程度）を用いるのが好適である。
【０１４５】
また、屈折率の関係は、第２屈折率層＞第２反射防止膜８７＞カラーフィルタである。例えば、第２屈折率層４３にシリコン窒化膜（屈折率≒１．９〜２．０程度）を用い、その上にカラーフィルタ（屈折率≒１．６〜１．７程度）が形成される場合、その中間の反射防止膜８７は次の材料膜が用いられる。アクリル系樹脂（屈折率≒１．５程度）、シリコン酸化膜（屈折率≒１．４５程度）等を用いることができる。
【０１４６】
図２３Ｂの例は、第１屈折率層４２上に第２屈折率層となるカラーフィルタ７５上に、断面四角形状のマイクロレンズ８８を形成した構成とされる。
【０１４７】
＜９．第９実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２４に、本発明に係る固体撮像装置の第９実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。第９実施の形態に係る固体撮像装置９１は、画素領域２３の半導体基板９２にフォトダイオードＰＤと複数の画素トランジスタからなる単位画素が配列されて成る。半導体基板９２の表面側に層間絶縁膜９３を介して複数層の配線９４を配置した多層配線層９５が形成される。最上層の配線９５ｔが遮光膜を兼ねる。
【０１４８】
有効画素領域２４では、遮光膜となる配線９４ｔがフォトダイオードＰＤを囲むように格子状に形成される。最上層の配線９５ｔを含む多層配線層９５の上面に第１屈折率層４２が形成され、第１屈折率層４２上に凹上部４１を埋め込むように第２屈折率層４３が形成される。第２屈折率層４３の平坦な上面にカラーフィルタ３５及びマイクロレンズ３７が形成される。遮光膜となる配線９４ｔと、第１屈折率層４２と、第２屈折率層４３とにより内部集光体が構成される。
【０１４９】
一方、オプティカルブラック領域２５では、遮光膜となる配線９４ｔがオプティカルブラック領域２５の全面にわたり形成される。この遮光膜となる配線９４ｔ上に第１屈折率層４２が延長して形成され、この第１屈折率層４２上にフレア防止用膜４４が形成される。
【０１５０】
第９実施の形態に係る固体撮像装置９１によれば、有効画素領域２４では、各画素に対応して、遮光膜となる配線９４ｔと第１屈折率層４２と第２屈折率層４３とからなる内部集光体が形成されるので、感度特性が向上し、シェーディング特性が改善される。オプティカルブラック領域２５では、遮光膜となる配線９５ｔ上に第１屈折率層４２を介して密着性よくフレア防止用膜４４が形成される。従って、高画質の表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置を提供することができる。
【０１５１】
＜１０．第１０実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２５に、本発明に係る固体撮像装置の第１０実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、表面照射型のＣＣＤ固体撮像装置に適用した場合である。第１０実施の形態に係る固体撮像装置９７は、半導体基板９８の画素領域に、２次元配列されたフォトダイオードＰＤと、各フォトダイオード列毎に垂直転送レジスタ１０１と、水平転送レジスタ（図示せず）と、出力部（図示せず）を有して構成される。垂直転送レジスタ１０１は、転送チャネル領域上にゲート絶縁膜１０２を介して転送電極１０３を形成して形成される。フォトダイオードＰＤ上を除き、絶縁膜１０４を介して転送電極１０３を覆うように遮光膜１０５が形成される。さらに、フォトダイオードＰＤに対応する上部に屈折率を異にした絶縁膜１０６及び１０７により、層内レンズ１０８が形成される。
【０１５２】
本実施の形態では、有効画素領域の絶縁膜１０７上にフォトダイオードＰＤを囲むように格子状の遮光膜１０９が形成される。この遮光膜１０９は、光を吸収する黒色の有機膜で形成され、フレア防止を兼ねている。この遮光膜１０９を含む表面に第１屈折率層４２が形成され、第１屈折率層４２上にフォトダイオードＰＤに対応する凹状部４１を埋め込むように、第２屈折率層４３が形成される。遮光膜１０９、第１屈折率層４２及び第２屈折率層４３により、各フォトダイオードＰＤに対応する内部集光体が構成される。第２屈折率層４３の上面にカラーフィルタ３５及びその上のマイクロレンズ３７が形成される。
【０１５３】
一方、オプティカルブラック領域では、図示しないが、転送電極１０３及びフォトダイオードＰＤの全域上に遮光膜１０５が形成されると共に、層内レンズを構成する上層の絶縁膜１０７上の全面にフレア防止用となる上記遮光膜１０９が形成される。なお、オプティカルブラック領域では、層内レンズを構成する上層の絶縁膜１０７上の全面に金属の遮光膜を形成し、この上に上記第１の屈折率膜を介してフレア防止用膜を形成することもできる。
【０１５４】
第１０実施の形態に係る固体撮像装置９７によれば、有効画素領域では、各画素に対応して、フレア防止を兼ねる遮光膜１０９と第１屈折率層４２と第２屈折率層４３とからなる内部集光体が形成されるので、感度特性が向上し、シェーディング特性が改善される。オプティカルブラック領域では、全面にフレア防止の遮光膜１０９が形成される。従って、高画質の表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置を提供することができる。
オプティカルブラック領域に金属の遮光膜を形成し、この上に第１の屈折率膜を介してフレア防止用膜を形成するときは、フレア防止用膜の密着性が良好になる。
【０１５５】
本発明では、図示しないが、第１実施の形態〜第９実施の形態における有効画素領域での内部集光体及びオプティカルブラック領域での遮光膜／第１屈折率層／フレア防止用膜構造は、裏面照射型のＣＣＤ固体撮像装置に適用することができる。
【０１５６】
上述の実施の形態において、有効画素領域２４の第２屈折率層を第１屈折率層上に残すように平坦化し、それに伴いオプティカルブラック領域２５にも第１屈折率層上に第２屈折率層を残すように構成することができる。この場合、オプティカルブラック領域２５では、第１屈折率層上の台２屈折率層上にフレア防止膜が形成されることになる。
【０１５７】
＜１１．第１１実施の形態＞
［電位機器の構成例］
上述の本発明に係る固体撮像装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話、あるいは撮像機能を備えた他の機器、などの電子機器に適用することができる。
【０１５８】
図２７に、本発明に係る電子機器の一例としてカメラに適用した第１１実施の形態を示す。本実施形態例に係るカメラは、静止画像又は動画撮影可能なビデオカメラを例としたものである。本実施の形態に係るカメラ１１１は、固体撮像装置１１２と、固体撮像装置１１２の受光センサ部に入射光を導く光学系１１３と、シャッタ装置１１４を有する。さらに、固体撮像装置１１２を駆動する駆動回路１１５と、固体撮像装置１１２の出力信号を処理する信号処理回路１１６とを有する。
【０１５９】
固体撮像装置１１２は、上述した各実施の形態の固体撮像装置のいずれかが適用される。光学系（光学レンズ）１１３は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１１２の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置１１２内に、一定期間信号電荷が蓄積される。光学系１１３は、複数の光学レンズから構成された光学レンズ系としてもよい。シャッタ装置１１４は、固体撮像装置９２への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路１１５は、固体撮像装置１１２の転送動作及びシャッタ装置１１４のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路１１５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１１２の信号転送を行う。信号処理回路１１６は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。
【０１６０】
第１１実施の形態に係る電子機器によれば、固体撮像装置において、有効画素領域では感度特性が向上し、シェーディング特性が改善され、オプティカルブラック領域２５では遮光膜上に第１屈折率層４２を介して密着性よくフレア防止用膜が形成される。従って、高画質の電子機器を提供することがでる。例えば、画質を向上したカメラなどを提供することができる。
【符号の説明】
【０１６１】
２１・・固体撮像装置、２２・・半導体基板、２３・・画素領域、２４・・有効画素領域、２５・・オプティカルブラック領域、２６・・単位画素、２９・・層間絶縁膜、３０・・配線、３１・・多層配線層、ＰＤ・・フォトダイオード、Ｔｒ１・・転送トランジスタ、３４・・絶縁膜、３５・・カラーフィルタ、３６・・平坦化膜、３７・・マイクロレンズ、３９・・遮光膜、４１・・凹状部、４２・・第１屈折率層、４３・・第２屈折率層、４４・・フレア防止用膜、４０・・平坦化膜
【図１】
0005736755.tif 000004
【図２】
0005736755.tif 000005
【図３】
0005736755.tif 000006
【図４】
0005736755.tif 000007
【図５】
0005736755.tif 000008
【図６】
0005736755.tif 000009
【図７】
0005736755.tif 000010
【図８】
0005736755.tif 000011
【図９】
0005736755.tif 000012
【図１０】
0005736755.tif 000013
【図１１】
0005736755.tif 000014
【図１２】
0005736755.tif 000015
【図１３】
0005736755.tif 000016
【図１４】
0005736755.tif 000017
【図１５】
0005736755.tif 000018
【図１６】
0005736755.tif 000019
【図１７】
0005736755.tif 000020
【図１８】
0005736755.tif 000021
【図１９】
0005736755.tif 000022
【図２０】
0005736755.tif 000023
【図２１】
0005736755.tif 000024
【図２２】
0005736755.tif 000025
【図２３】
0005736755.tif 000026
【図２４】
0005736755.tif 000027
【図２５】
0005736755.tif 000028
【図２６】
0005736755.tif 000029
【図２７】
0005736755.tif 000030
【図２８】
0005736755.tif 000031
【図２９】
0005736755.tif 000032
【図３０】
0005736755.tif 000033
【図３１】
0005736755.tif 000034
【図３２】
0005736755.tif 000035