(57)【要約】【課題】積層型の画素構造を採用するに当たって、色毎の感度のＦ値依存の低減を可能にした固体撮像装置及び当該固体撮像装置を有する電子機器を提供する。【解決手段】半導体基板の配線層が形成される第１面と反対側の第２面側に設けられ、所定の波長域の光について光電変換を行い、他の波長域の光を透過させる光電変換膜と、半導体基板の内部に設けられ、光電変換膜を透過した他の波長域の光について光電変換を行う光電変換層とを備え、光電変換膜に対して第２面側から入射光を取り込むようにする。【選択図】図１
2012238648.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の配線層が形成される第１面と反対側の第２面側に設けられ、所定の波長域の光について光電変換を行い、他の波長域の光を透過させる光電変換膜と、
前記半導体基板の内部に設けられ、前記光電変換膜を透過した前記他の波長域の光について光電変換を行う光電変換層と
を備え、
前記光電変換膜及び前記光電変換層に対して前記第２面側から入射光を取り込む
固体撮像装置。
【請求項２】
前記半導体基板へ光が入射する領域を規定する、導電性をもつ遮光膜を有し、
前記遮光膜は、前記半導体基板に対して電気的に接続されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記遮光膜には、入射光を前記半導体基板側に通過させる開口が設けられており、
前記光電変換膜は、前記開口の面積よりも大きい面積を有する
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記半導体基板の内部に設けられ、前記光電変換膜で光電変換された電荷を蓄積する電荷蓄積部を有し、
前記遮光膜は、前記半導体基板に対して画素毎に電気的に接続され、前記光電変換膜で光電変換された電荷を前記電荷蓄積部に転送する
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記遮光膜は、前記電荷蓄積部の上部の面積よりも大きな面積を有し、前記電荷蓄積部に対する遮光を行う
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記遮光膜は、前記電荷蓄積部の上部の面積よりも大きな面積の部分と、当該大きな面積の部分から前記半導体基板側に突出し、前記半導体基板の表層部に形成された拡散領域に電気的に接する凸部とを有し、当該凸部によっても前記電荷蓄積部に対する遮光を行う
請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記遮光膜は、前記半導体基板の表層部に形成された拡散領域に電気的に接しており、
前記拡散領域は、前記電荷蓄積部の上部の面積よりも大きな面積を有している
請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記遮光膜は、画素間の遮光を行う遮光領域を有し、
前記遮光領域は、前記遮光膜を通して前記半導体基板側から所定の電位が与えられる
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記光電変換膜は、下部電極と上部電極とによって挟まれており、
前記遮光膜の一部は、前記半導体基板側から前記上部電極に対して所定のバイアス電圧を供給する配線として用いられる
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
半導体基板の配線層が形成される第１面と反対側の第２面側に設けられ、所定の波長域の光について光電変換を行い、他の波長域の光を透過させる光電変換膜と、
前記半導体基板の内部に設けられ、前記光電変換膜を透過した前記他の波長域の光について光電変換を行う光電変換層と
を備え、
前記光電変換膜及び前記光電変換層に対して前記第２面側から入射光を取り込む
固体撮像装置を有する電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、固体撮像装置及び電子機器に関し、特に、光電変換膜を用いて入射光を光電変換する固体撮像装置及び当該固体撮像装置を有する電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置としては、例えば、Ｒ（赤色）Ｇ（緑色）Ｂ（青色）の三原色に対応する画素（サブピクセル）が半導体基板中に平面状に配列され、各画素にて三原色の光をそれぞれ光電変換し、当該光電変換によって得た電荷を読み出すのが一般的である。画素の色配列としては、代表的には、緑色２画素に対して、赤色、青色が１画素ずつ存在するベイヤー配列が挙げられる。
【０００３】
この種の固体撮像装置では、ＲＧＢ三原色の光を異なる平面位置で検出するために色分離が起こり、また、受光位置の違いによって偽色が発生する。偽色は画質の劣化を招く。このよう問題を回避するために、従来、Ｇ光用の光電変換膜を半導体基板の外部に設け、Ｂ光用とＲ光用の光電変換層を半導体基板の内部に形成する、所謂、積層型の画素構造を有する固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２７８４４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の積層型の画素構造を有する固体撮像装置は、半導体基板の配線層が形成される側の面を表面とするとき、画素に対して半導体基板の表面側から入射光を照射する表面照射型の画素構造を採っている。この表面照射型の画素構造の場合、基板面とその上方に配される光電変換膜との間に配線層が介在することになるため、半導体基板の内部に設けられた光電変換層と半導体基板の外部に設けられた光電変換膜との間の距離が離れてしまう。
【０００６】
ここで、画素に対して斜めに光が入射したときを考える。Ｇ光用の光電変換膜は、入射面に近い位置に存在するため、斜めに入射する光の角度に関係なく、入射光を光電変換できる。一方、半導体基板の内部に設けられた、Ｂ光用とＲ光用の光電変換層については、Ｇ光用の光電変換膜から離れた位置に存在するため、傾斜角度が大きい程入射光が光電変換層に到達しにくくなる。すなわち、Ｆ値に対する感度の変化が、入射光の光軸方向における光電変換膜及び光電変換層の配設位置によって異なる。これにより、色毎の感度のＦ値依存が生ずる。
【０００７】
そこで、本開示は、積層型の画素構造を採用するに当たって、色毎の感度のＦ値依存の低減を可能にした固体撮像装置及び当該固体撮像装置を有する電子機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本開示に係る固体撮像装置は、
半導体基板の配線層が形成される第１面と反対側の第２面側に設けられ、所定の波長域の光について光電変換を行い、他の波長域の光を透過させる光電変換膜と、
前記半導体基板の内部に設けられ、前記光電変換膜を透過した前記他の波長域の光について光電変換を行う光電変換層と
を備え、
前記光電変換膜及び前記光電変換層に対して前記第２面側から入射光を取り込む
構成となっている。この固体撮像装置は、各種の電子機器においてその画像取込部（画像読取部）として用いられる。
【０００９】
上記構成の固体撮像装置、あるいは、当該固体撮像装置を画像取込部として有する電子機器において、半導体基板の配線層が形成される第１面を基板表面とするとき、第２面側から入射光を取り込むということは、光電変換膜及び光電変換層に対して裏面側から入射光を照射する、所謂、裏面照射型の画素構造である。
【００１０】
この裏面照射型の画素構造は、半導体基板と光電変換膜との間に配線層が存在しない構造であることから、配線層が存在する構造、所謂、表面照射型の画素構造に比べて、光電変換膜と基板面との間の距離、ひいては、光電変換膜と基板内部の光電変換層との間の距離を短くできる。これにより、入射光の光軸方向における光電変換膜及び光電変換層の配設位置の違いによるＦ値に対する感度の変化を小さくできる。
【発明の効果】
【００１１】
本開示によれば、入射光の光軸方向における光電変換膜及び光電変換層の配設位置の違いによるＦ値に対する感度の変化を小さくできるため、色毎の感度のＦ値依存を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本開示の実施形態に係る固体撮像装置の実施例１に係る画素構造を示す断面図である。
【図２】実施例１に係る画素構造における画素アレイ部の遮光膜を形成した状態を示す上面図である。
【図３】図２における上下左右に隣接する４つの画素についての拡大図である。
【図４】実施例１に係る画素構造における上部電極に透明電極を積み増しした状態を示す平面図である。
【図５】実施例１に係る画素構造の製造プロセスについて説明するための工程図（その１）である。
【図６】実施例１に係る画素構造の製造プロセスについて説明するための工程図（その２）である。
【図７】実施例１に係る画素構造の製造プロセスについて説明するための工程図（その３）である。
【図８】実施例１に係る画素構造の製造プロセスについて説明するための工程図（その４）である。
【図９】実施例１に係る画素構造の製造プロセスについて説明するための工程図（その５）である。
【図１０】実施例１に係る画素構造の製造プロセスについて説明するための工程図（その６）である。
【図１１】実施例１に係る画素構造の製造プロセスについて説明するための工程図（その７）である。
【図１２】実施例２に係る画素構造における画素アレイ部の遮光膜を形成した状態を示す上面図である。
【図１３】図１２における上下左右に隣接する４つの画素についての拡大図である。
【図１４】実施例２に係る画素構造における上部電極に透明電極を積み増しした状態を示す平面図である。
【図１５】実施例３に係る画素構造における画素アレイ部の遮光膜を形成した状態を示す上面図である。
【図１６】図１５における上下左右に隣接する４つの画素についての拡大図である。
【図１７】実施例３に係る画素構造における上部電極に透明電極を積み増しした状態を示す平面図である。
【図１８】実施例４に係る画素構造を示す断面図である。
【図１９】本開示に係る電子機器、例えば撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本開示の技術を実施するための形態（以下、「実施形態」と記述する）について図面を用いて詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施形態の説明
１−１．実施例１
１−２．実施例２
１−３．実施例３
１−４．実施例４
２．変形例
３．電子機器（撮像装置）
４．本開示の構成
【００１４】
＜１．実施形態の説明＞
本開示の実施形態に係る固体撮像装置は、半導体基板の外部に所定の波長域の光について光電変換を行い、他の波長域の光については透過させる光電変換膜を設け、半導体基板の内部に光電変換膜を透過した他の波長域の光について光電変換を行う光電変換層を設けた積層型の画素構造を採っている。
【００１５】
この積層型の画素構造において、半導体基板の外部に設けられる光電変換膜は、入射光に含まれる所定の波長域の光、例えば、Ｇ（緑色）光を吸収し、当該Ｇ光について光電変換を行う。一方、半導体基板の内部に設けられる光電変換層は、入射光の光軸方向において上下して設けられる例えば２つの光電変換層からなる。具体的には、２つの光電変換層のうち一方の光電変換層は半導体基板の表層部側に位置し、他方の光電変換層は当該一方の光電変換層の下方に位置している。
【００１６】
そして、２つの光電変換層のうち、半導体基板の表層部側に位置する光電変換層は、光電変換膜を透過したＧ光以外の波長域の光のうち、例えば、Ｂ（青色）光を吸収し、当該Ｂ光について光電変換を行う。また、表層部側の光電変換層の下方に位置する光電変換層は、表層部側の光電変換層を透過した、例えば、Ｒ（赤色）光を吸収し、当該Ｒ光について光電変換を行う。
【００１７】
ここで、半導体基板の配線層が形成される第１面を基板表面とするとき、Ｇ光用の光電変換膜は、第２面側、即ち、基板裏面側に設けられる。そして、Ｇ光用の光電変換膜に対して入射光を照射する（取り込む）構造として、裏面側から入射光を照射する裏面照射型の画素構造を採るものとする。
【００１８】
このように、裏面照射型を採る積層型の画素構造では、半導体基板とＧ光用の光電変換膜との間に配線層が存在しないため、配線層が存在する表面照射型の画素構造に比べて、光電変換膜と基板面との間の距離、ひいては、光電変換膜と基板内部の光電変換層との間の距離を短くできる。これにより、入射光の光軸方向における光電変換膜及び光電変換層の配設位置の違いによるＦ値に対する感度の変化を小さくできるため、色毎の感度のＦ値依存を低減できる。
【００１９】
因みに、例えばベイヤー配列の固体撮像装置にあっては、各画素（サブピクセル）からは単一の色情報しか得られないため、デモザイク処理と呼ばれる信号処理を用いて、各画素に対してその周辺画素から足りない色情報を集め与えることで色情報を補完するようにしている。但し、このような信号処理を行うと、前にも述べたように、偽色と呼ばれるような信号処理に伴う画質の劣化を招く。このような問題点については、上述した積層型の画素構造を採ることによって解消できる。
【００２０】
以下に、本開示の実施形態に係る固体撮像装置の具体的な実施例について、実施例１乃至実施例４として説明する。以下では、主に、実施形態の特徴となる、光電変換膜及び光電変換層を含む単位画素（１つの画素部）の画素構造について説明するものとする。
【００２１】
［１−１．実施例１］
先ず、本開示の実施形態に係る固体撮像装置の実施例１に係る画素構造の構成及び製造プロセスについて説明する。
【００２２】
（画素構造の構成）
図１は、本開示の実施形態に係る固体撮像装置の実施例１に係る画素構造を示す断面図である。
【００２３】
図１において、半導体基板、例えば、シリコン基板１１は、下方の面１１Aを表面（第１面）とし、その反対側の上方の面１１Bを裏面（第２面）としている。シリコン基板１１の表面１１A側には配線層が形成されている。ここでは、図面の簡略化のために、配線層については図示を省略している。
【００２４】
シリコン基板１１の内部において、裏面１１B側の表層部には例えばＢ（青色）光用の光電変換層１２が設けられている。このＢ光用の光電変換層１２は、例えば断面が逆Ｌ字形状になるように形成されており、入射する光に含まれるＢ光について光電変換を行い、光電変換によって発生する電荷を蓄積する。
【００２５】
具体的には、逆Ｌ字形の光電変換層１２において、基板面に対して平行な部分が光電変換部１２Aとなり、基板面に対して垂直な部分が電荷蓄積部１２Bとなる。Ｂ光用の光電変換層１２の近傍には、フローティングディフュージョン部（以下、「ＦＤ部」と記述する）１３が設けられており、配線層に形成された転送ゲート１４による制御によって光電変換層１２内の電荷がＦＤ部１３に転送されるようになっている。
【００２６】
Ｂ光用の光電変換層１２の下方には、例えばＲ（赤色）光用の光電変換層１５が設けられている。このＲ光用の光電変換層１５は、入射する光に含まれるＲ光について光電変換を行い、光電変換によって発生する電荷を蓄積する。ここでは、図示を省略しているが、Ｒ光用の光電変換層１５の近傍にもＦＤ部が設けられ、配線層に形成された転送ゲートによる制御によって光電変換層１５内の電荷がＦＤ部に転送されるようになっている。
【００２７】
光電変換層１２，１５の横には、例えばＧ（緑色）光用の電荷蓄積部１６が設けられている。この電荷蓄積部１６は、シリコン基板１１の外部に設けられる、後述するＧ光用の光電変換膜１７による光電変換によって得られる電荷を蓄積する。電荷蓄積部１６の近傍には、ＦＤ部１９が設けられており、配線層に形成された転送ゲート２０による制御によって電荷蓄積部１６内の電荷がＦＤ部１９に転送されるようになっている。
【００２８】
また、電荷蓄積部１６の上には、当該電荷蓄積部１６から溢れた電荷を掃き捨てるためのオーバーフローバリア（ＯＦＢ）２０が設けられている。そして、オーバーフローバリア２０と基板面との間には、例えばＮ+の拡散領域によってコンタクト部２１が形成されている。Ｇ光用の光電変換膜１７による光電変換によって得られる電荷は、Ｎ+のコンタクト部２１及びオーバーフローバリア２０を介して電荷蓄積部１６に転送される。
【００２９】
上記のＢ光用の光電変換層１２、Ｒ光用の光電変換層１５、Ｇ光用の電荷蓄積部１６、及び、これらに付随する構成要素が、画素単位で設けられることになる。
【００３０】
シリコン基板１１の裏面上には、反射防止膜２２が基板全面に亘って形成されている。この反射防止膜２２には、コンタクトホール２３がシリコン基板１１の基板面に達する状態で形成されている。そして、反射防止膜２２の上には、シリコン基板１１へ光が入射する領域を規定する遮光膜２４（２４A，２４B）が形成されている。この遮光膜２４は、主にＧ光用の電荷蓄積部１６を遮光する機能を持つが、導電性材料から成ることで配線としての機能をも持っている。
【００３１】
遮光膜２４としては、シリコン基板１１とのコンタクトをとる必要があるため、バリアメタルのチタン（Ｔｉ）と窒化チタン（ＴｉＮ）の積層膜とタングステン（Ｗ）を用いることが好ましい。この遮光膜２４は、コンタクトホール２３に埋め込まれることにより、シリコン基板１１との電気的な接続をなすコンタクト部（図２、図３のコンタクト部３３，３４に相当）を形成している。
【００３２】
遮光膜２４は、Ｂ光用の光電変換層１２及びＲ光用の光電変換層１５に対しては、入射光を通過させる必要がある。従って、遮光膜２４の光電変換層１２，１５の上方の部位には開口２４Oが形成されている。遮光膜２４は、開口２４Oによってシリコン基板１１へ光が入射する領域を規定する。
【００３３】
遮光膜２４の上には絶縁膜２５が形成され、更に、当該絶縁膜２５を通してコンタクトプラグ２６が画素単位で形成されている。このコンタクトプラグ２６は、Ｇ光用の電荷蓄積部１６の上方に位置する遮光膜２４に対して電気的に接触している。絶縁膜２５の上面は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing;化学的機械研磨）等によって平坦化されている。
【００３４】
絶縁膜２５の上には、透明な一方の電極（以下、「下部電極」と記述する）２７が画素単位で形成されている。この下部電極２７は、コンタクトプラグ２６に対して電気的に接触する状態で形成されている。下部電極２７の周囲には、当該下部電極２７のエッジの段差を緩和するために絶縁膜２８が形成されている。この絶縁膜２８については、全面に亘って成膜した後に、テーパー形状をもち下部電極２７の表面が露出するようなエッチングを行うことで形成することができる。
【００３５】
下部電極２７及び絶縁膜２８の上には、Ｇ光を吸収し、光電変換する、先述したＧ光用の光電変換膜１７が形成されている。このＧ光用の光電変換膜１７は、遮光膜２４の開口２４Oの面積（開口面積）よりも大きな面積を有している。更に、光電変換膜１７の上には、上部電極の一部となる透明電極（以下、「上部電極」と記述する）２９が、画素が行列状に配置されて成る画素アレイ部（画素領域）の全体に亘って全画素共通に形成されている。上部電極２９の上には更に透明電極３０が形成されている。この透明電極３０は、画素アレイ部の周辺領域において、シリコン基板１１内の電源供給部３１に対して電気的に接続されている（コンタクトがとられている）。また、光電変換を行わない光学的黒領域の画素上には遮光膜３２が形成されている。
【００３６】
上記構成の画素構造は、Ｇ光用の光電変換膜１７がシリコン基板１１の外部に位置し、Ｂ光用の光電変換部１２及びＲ光用の光電変換層１５がシリコン基板１１の内部に積層されて成る積層型の画素構造となっている。そして、この積層型の画素構造は、シリコン基板１１の裏面１１B側から入射光を照射する（取り込む）裏面照射型の画素構造を採っている。
【００３７】
この裏面照射型の積層型画素構造において、シリコン基板１１の電源供給部３１から、配線としての遮光膜２４の一部を通して、透明電極３０に対して所定のバイアス電圧が供給され、当該バイアス電圧が上部電極２９に対して透明電極３０を介して与えられる。上部電極２９にバイアス電圧が与えられた状態において、透明電極３０及び透明な上部電極２９を通してＧ光用の光電変換膜１７に光が入射すると、当該光電変換膜１７はＧ光を吸収して光電変換する。
【００３８】
Ｇ光用の光電変換膜１７による光電変換によって得られる電荷は、透明な下部電極２７によって取り出され、コンタクトプラグ２６及び配線を兼ねる遮光膜２４（２４A）、更には、コンタクト部３４（図２、図３を参照）を介してＧ光用の電荷蓄積部１６に転送されて蓄積される。電荷蓄積部１６に蓄積された電荷は、転送ゲート１９による制御によってＦＤ部１８に選択的に転送される。
【００３９】
一方、Ｇ光用の光電変換膜１７を透過した光は、遮光膜２４の開口２４Oを通してシリコン基板１１に入射する。すると、Ｂ光用の光電変換層１２は、基板面に平行な部分、即ち、光電変換部１２Aにおいて、Ｇ光以外の波長域の光のうち、Ｂ光を吸収して光電変換し、この光電変換によって得た電荷を基板面に垂直な部分、即ち、電荷蓄積部１２Bに転送してここに蓄積する。Ｂ光用の電荷蓄積部１２Aに蓄積された電荷は、転送ゲート１４による制御によってＦＤ部１３に選択的に転送される。
【００４０】
また、Ｂ光用の光電変換層１２を透過した光は、Ｒ光用の光電変換層１５に入射する。Ｒ光用の光電変換層１５は、Ｂ光用の光電変換層１２を透過した光のうち、Ｒ光を吸収して光電変換し、蓄積する。このＲ光用の光電変換層１５蓄積された電荷も、図示を省略しているが、Ｇ光及びＲ光についての電荷と同様に、転送ゲートによる制御によってＦＤ部に選択的に転送される。
【００４１】
図２は、画素が行列状に配置されてなる画素アレイ部の遮光膜２４（２４A，２４B）を形成した状態の上面図である。また、図３には、図２における上下左右に隣接する４つの画素について拡大して示している。図２及び図３では、遮光膜２４（２４A，２４B）について、理解を容易にするために、ハッチングを付して示している。
【００４２】
図２及び図３に示すように、遮光膜２４は、画素間に格子状に形成されて画素相互間を遮光する遮光膜２４Aと、画素内に島状に形成されて画素個々のＧ光用の電荷蓄積部１６を遮光する遮光膜２４Bとの２種類から成る。画素相互間を遮光する遮光膜２４Aは、画素アレイ部の画素間に画素行毎及び画素列毎に形成されており、画素アレイ部の周辺部にてコンタクト部３３を介してシリコン基板１１とコンタクトがとられることで、所定の電位、例えばウェル電位（グランド電位／０Ｖ）に設定される。すなわち、遮光膜２４Aは、画素アレイ部の全領域において等電位となっている。
【００４３】
遮光膜２４Aは、画素相互間の遮光のみならず、Ｂ光用の光電変換層１２の電荷蓄積部（基板面に対して垂直な部分）１２Bをも遮光する。具体的には、遮光膜２４Aは、画素個々において矩形状の画素の１つの角部に張り出して形成された遮光膜２４Cを有し、当該遮光膜２４CにてＢ光用の光電変換層１２の電荷蓄積部１２Bを遮光する。
【００４４】
一方、遮光膜２４Bは、Ｇ光用の電荷蓄積部１６の上部の面積よりも大きな面積を有して、矩形状の画素内に島状に形成されてＧ光用の電荷蓄積部１６を遮光する。また、遮光膜２４Bは、コンタクトホール２３（図１を参照）に配線材料が埋め込まれて成るコンタクト部３４によってシリコン基板１１に対してコンタクトがとられていることで、下部電極２７によって取り出された電荷をＧ光用の電荷蓄積部１６に転送する配線として機能する。
【００４５】
このように、画素毎にＧ光用の電荷蓄積部１６を遮光する遮光膜２４Bは、画素毎に電位が決まる。これに対して、上述したように、遮光膜２４Aは、画素アレイ部の全領域において等電位、例えば、グランド電位になっている。すなわち、画素相互間を遮光する遮光膜２４Aと、画素毎にＧ光用の電荷蓄積部１６を遮光する遮光膜２４Bとは電位が異なっている。
【００４６】
図４に、上部電極２９に透明電極３０を積み増しした状態を示す。同図に示すように、上部電極２９について、画素全体で同一の電位にするために、上部電極２９に積み増しされた透明電極３０は、画素アレイ部の周辺部においてシリコン基板１１に対してコンタクト部３５にて電気的に接続される。
【００４７】
これにより、図１に示したように、電源供給部３１からコンタクト部３５及び透明電極３０を介して上部電極２９に所定のバイアス電圧が供給されるために、上部電極２９は画素全体で同一のバイアス電位になる。よって、画素全体で同一の条件の下に、Ｇ光用の光電変換膜１７による光電変換を行うことができる。
【００４８】
（製造プロセス）
続いて、上記構成の実施例１に係る画素構造の製造プロセスについて、図４乃至図９を用いて説明する。尚、図５乃至図１１において、図１と同等部位には同一符号を付して示している。また、図１の場合と同様に、Ｒ光用の転送ゲートについては図示を省略するものとする。
【００４９】
図５（Ａ）に示すように、表面１１A側に配線層等が形成されたシリコン基板１１を裏返した状態において、シリコン基板１１中にＢ光用及びＲ光用の光電変換層１２，１５を積層するとともに、Ｇ光用の電荷蓄積部１６、オーバーフローバリア２０、及び、Ｎ+のコンタクト部２１を形成する（工程１）。
【００５０】
次に、図５（Ｂ）に示すように、シリコン基板１１の裏面（基板面）上に反射防止膜２２を形成し（工程２）、次いで、図６（Ａ）に示すように、反射防止膜２２にコンタクトホール２３を形成する（工程３）。ここで、反射防止膜２２の膜厚によって、次に形成する遮光膜２４とシリコン基板１１の基板面との間の距離が決まる。そして、この反射防止膜２２の膜厚はなるべく薄い方が、遮光膜２４をシリコン基板１１の基板面に近づけた状態で形成できるため、斜めに入射する光を抑制するのに効果的である。
【００５１】
続いて、図６（Ｂ）に示すように、反射防止膜２２の上に、配線を兼ねる遮光膜２４となる導電膜２４０を形成するとともに、当該導電膜２４０をコンタクトホール２３内に埋め込む（工程４）。この導電膜２４０は、シリコン基板１１とのコンタクトをとる必要があるため、バリアメタルのチタン（Ｔｉ）と窒化チタン（ＴｉＮ）の積層膜とタングステン（Ｗ）を用いることが好ましい。
【００５２】
次いで、図７（Ａ）に示すように、導電膜２４０、即ち、ＴｉとＴｉＮとＷを遮光したい部分だけ残すように加工する（工程５）。ここで、コンタクトプラグ材料をそのまま遮光膜２４として残すことで、工程数を増やすことなく、プラグと遮光膜２４を形成することができる。
【００５３】
続いて、図７（Ｂ）に示すように、遮光膜２４の上に絶縁膜２５を形成し、例えばＣＭＰ（化学的機械研磨）を用いて絶縁膜２５の上面を平坦化する（工程６）。そして、図８（Ａ）に示すように、遮光膜２４の上にコンタクトプラグ２６を形成し（工程７）、次いで、図８（Ｂ）に示すように、Ｇ光用の光電変換膜１７の下部電極２７となる透明電極を形成する（工程８）。
【００５４】
次に、図９に示すように、下部電極２７のエッジの段差を緩和するための絶縁膜２８を形成する（工程９）。この絶縁膜２８については、全面に成膜した後に、テーパー形状をもち、下部電極２７の表面を露出するようなエッチングを行うことで形成することができる。
【００５５】
次に、図１０に示すように、Ｇ光用の光電変換膜１７と上部電極２９の一部となる透明電極とを順に成膜する（工程１０）。ここでは、光電変換膜１７と上部電極２９の一部となる透明電極とを成膜した後に、上部電極２９をハードマスクとして光電変換膜１７を所望の形状に加工する。しかる後、図１１に示すように、更に透明電極３０を積み増す（工程１１）。そして、最終的に、図１に示すように、光電変換を行わない光学的黒領域の画素上に遮光膜３２を形成する。
【００５６】
以上説明したように、実施例１に係る画素構造は裏面照射型の画素構造を採っている。この裏面照射型の画素構造によれば、シリコン基板１１とＧ光用の光電変換膜１７との間に配線層が存在しないため、配線層が存在する表面照射型の画素構造に比べて、光電変換膜１７と基板面との間の距離、ひいては、光電変換膜１７と基板内部の光電変換層１２，１５との間の距離を短くできる。これにより、入射光の光軸方向における、Ｇ光用の光電変換膜１７及びＢ光用、Ｒ光用の光電変換層１２，１５の配設位置の違いによるＦ値に対する感度の変化を小さくできるため、色毎の感度のＦ値依存を低減できる。
【００５７】
ここで、シリコン基板１１の内部にＢ光用、Ｒ光用の光電変換層１２，１５を設ける場合には、シリコン基板１１の受光面、即ち、光電変換層１２，１５の上方の部位を開口しておく必要がある。加えて、同じくシリコン基板１１の内部に設けられたＧ光用の電荷蓄積部１６については遮光する必要があり、その遮光膜２４に対しては、斜めに入射する光の漏れ込みを確実に抑え得ることが望まれる。
【００５８】
これに対して、実施例１に係る画素構造では、遮光膜２４（２４A，２４B，２４C）とシリコン基板１１との間には反射防止膜２２が存在するだけであり、基板面に近い位置で遮光する構造となっている。従って、遮光膜２４に開口２４Oが存在していても、当該遮光膜２４によって斜めに入射する光の漏れ込みを確実に抑えることができる。しかも、遮光膜２４が配線を兼ね、Ｇ光用の光電変換膜１７とシリコン基板１１とを電気的に接続するコンタクト部、即ち、遮光膜２４の基板側に突出する凸部も、Ｇ光用の光電変換膜１７の遮光構造の一部を成しているため、斜め光の漏れ込みをより確実に抑制できる。
【００５９】
また、シリコン基板１１の内部に設けられた２層の光電変換層１２，１５においても、隣接する画素間での混色を抑制するには、隣接する画素間を遮光する必要がある。これに対しても、実施例１に係る画素構造では、隣接する画素間を遮光する遮光膜２４Aを、Ｇ光用の電荷蓄積部１６を遮光する遮光膜２４Bと同じ層として同じ工程で形成しているため、工程数を増やさずに所期の目的の遮光を実現できる。これにより、画素間の混色低減に効果を発揮することができる。
【００６０】
また更に、下部電極２７及び上部電極２９によって挟まれて成る光電変換膜１７にあっては、光電変換を行うためには、上部電極２９に対して所定のバイアス電圧を印加する必要がある。これに対して、実施例１に係る画素構造では、遮光膜２４を上部電極２９に対して所定のバイアス電圧を印加するための配線の一部として用いているために、別途配線を形成する場合に比べて、工程数の増加を抑えることが可能となる。
【００６１】
［１−２．実施例２］
実施例２に係る画素構造は、構造及びプロセスフローについては、実施例１に係る画素構造と基本的に同様であるが、遮光膜２４の構成及び電位の取り方が実施例１に係る画素構造と異なっている。すなわち、実施例２に係る画素構造の断面構造については、遮光膜２４の構成を除き、図１に示す実施例１に係る画素構造の場合と基本的に同じ構造となっている。
【００６２】
図１２は、本開示の実施形態に係る固体撮像装置の実施例２に係る画素構造における画素アレイ部の遮光膜２４を形成した状態の上面図である。また、図１３には、図１２における上下左右に隣接する４つの画素について拡大して示している。図１２及び図１３では、遮光膜２４について、理解を容易にするために、ハッチングを付して示している。
【００６３】
実施例１に係る画素構造では、画素の周辺部を全体的に遮光膜２４（２４A，２４C）によって遮光するとともに、当該遮光膜２４とは電気的に分離された遮光膜２４BによってＧ光用の電荷蓄積部１６を遮光する構成を採っていた。そして、遮光膜２４については画素アレイ部の周辺においてコンタクト部３３にて例えばグランド電位とコンタクトをとり、遮光膜２４Bについてはコンタクト部３４にてシリコン基板１１とコンタクトをとることによって配線として兼用していた。
【００６４】
これに対して、実施例２に係る画素構造にあっては、図１２及び図１３に示すように、遮光膜２４として、Ｇ光用の電荷蓄積部１６を遮光する遮光膜２４Bと、Ｂ光用の光電変換層１２の電荷蓄積部１２Bを遮光する遮光膜２４Cとを一体的に形成した構成を採っている。当然のことながら、遮光膜２４における、Ｂ光用の光電変換層１２の光電変換部１２Aの上方の部位には、入射光を通過させる開口２４Oが形成されている。
【００６５】
そして、この遮光膜２４（２４B，２４C）については、コンタクト部３４にてシリコン基板１１とコンタクトをとることにより、光電変換膜１７から下部電極２７を介して取り出された電荷をＧ光用の電荷蓄積部１６に供給する配線として兼用している。遮光膜２４（２４B，２４C）は、配線の一部であることから、画素毎に分離された構造となっている。
【００６６】
図１４に、上部電極２９に透明電極３０を積み増しした状態を示す。同図に示すように、上部電極２９について、画素全体で同一の電位にするために、上部電極２９に積み増しされた透明電極３０は、画素アレイ部の周辺部でシリコン基板１１に対してコンタクト部３５にて電気的に接続される。
【００６７】
この実施例２に係る画素構造によれば、Ｂ光用の光電変換層１２の電荷蓄積部１２Bを遮光する遮光膜２４Cが、Ｇ光用の電荷蓄積部１６を遮光する遮光膜２４Bと一体的に形成されていることで、電荷蓄積部１２Bと電荷蓄積部１６との間の上方の部位からの漏れ光を無くすことができる。また、図２のコンタクト部３３に相当するコンタクト部が不要になるため、コンタクト部の数を削減できる分だけチップサイズの縮小化を図ることができる。
【００６８】
［１−３．実施例３］
実施例３に係る画素構造は、構造及びプロセスフローについては、実施例１に係る画素構造と基本的に同様であるが、遮光膜２４の構成及び電位の取り方が実施例１に係る画素構造と異なっている。すなわち、実施例３に係る画素構造の断面構造については、遮光膜２４の構成を除き、図１に示す実施例１に係る画素構造の場合と基本的に同じ構造となっている。
【００６９】
図１５は、本開示の実施形態に係る固体撮像装置の実施例３に係る画素構造における画素アレイ部の遮光膜２４を形成した状態の上面図である。また、図１６には、図１５における上下左右に隣接する４つの画素について拡大して示している。図１５及び図１６では、遮光膜２４について、理解を容易にするために、ハッチングを付して示している。
【００７０】
実施例２に係る画素構造では、遮光膜２４として、Ｇ光用の電荷蓄積部１６を遮光する遮光膜２４Bと、Ｂ光用の光電変換層１２の電荷蓄積部１２Bを遮光する遮光膜２４Cとを一体的に形成していた。そして、実施例１の画素構造における画素間の格子状の遮光膜２４Aについては省略した構成を採っていた。
【００７１】
これに対して、実施例３に係る画素構造は、実施例２に係る画素構造の場合と同様に、Ｇ光用の電荷蓄積部１６を遮光する遮光膜２４Bと、Ｂ光用の光電変換層１２の電荷蓄積部１２Bを遮光する遮光膜２４Cとを一体的に例えばＬ字状に形成している。遮光膜２４（２４B，２４C）における、Ｂ光用の光電変換層１２の光電変換部１２Aの上方の部位には、入射光を通過させる開口２４Oが形成されている。
【００７２】
加えて、実施例３に係る画素構造では、図１５及び図１６に示すように、実施例１に係る画素構造の場合と同様に、画素間に格子状に形成されて画素相互間を遮光する遮光膜２４Aを設けた構成を採っている。この遮光膜２４Aは、画素アレイ部の周辺部にてコンタクト部３３を介してシリコン基板１１とコンタクトがとられることで、ウェル電位、例えばグランド電位（０Ｖ）に設定される。すなわち、遮光膜２４Aは、画素アレイ部の全領域において等電位となっている。
【００７３】
図１７に、上部電極２９に透明電極３０を積み増しした状態を示す。同図に示すように、上部電極２９について、画素全体で同一の電位にするために、上部電極２９に積み増しされた透明電極３０は、画素アレイ部の周辺部でシリコン基板１１に対してコンタクト部３５にて電気的に接続される。
【００７４】
［１−４．実施例４］
図１８は、本開示の実施形態に係る固体撮像装置の実施例４に係る画素構造を示す断面図であり、図中、図１と同等部位には同一符号を付して示している。
【００７５】
実施例４に係る画素構造では、構造及びプロセスフローについては、実施例１に係る画素構造と基本的に同様であるが、Ｎ+のコンタクト部２１及び遮光膜２４の構成が実施例１に係る画素構造と異なっている。すなわち、実施例４に係る画素構造の断面構造については、Ｎ+のコンタクト部２１及び遮光膜２４の構成を除き、図１に示す実施例１に係る画素構造の場合と基本的に同じ構造となっている。
【００７６】
実施例１に係る画素構造では、Ｎ+のコンタクト部２１が、平面視で（光入射面から見て）Ｇ光用の電荷蓄積部１６と同程度の大きさの面積にて形成され、当該コンタクト部２１の大きさに対応した穴径にてコンタクトホール２３が形成されていた。これにより、遮光部２４のコンタクトホール２３の底部の部位の面積は、Ｇ光用の電荷蓄積部１６の上部の面積に比べてかなり小さい構造となっていた。
【００７７】
これに対して、実施例４に係る画素構造は、Ｎ+のコンタクト部２１を、平面視で（光入射面から見て）Ｇ光用の電荷蓄積部１６よりも大きな面積にて形成し、当該コンタクト部２１の領域からはみ出さない範囲内で、電荷蓄積部１６の領域よりも大きな穴径にてコンタクトホール２３を形成する構造を採っている。そして、コンタクトホール２３に導電性の材料を埋め込むことにより、配線を兼ねた遮光膜２４（２４A，２４B）が形成される。
【００７８】
実施例１でも述べたように、遮光膜２４Aは、画素間に格子状に形成されて画素相互間を遮光する遮光膜である。また、遮光膜２４Bは、画素内に島状に形成されて画素個々のＧ光用の電荷蓄積部１６を遮光する遮光膜である。
【００７９】
実施例４に係る画素構造においては、遮光部２４のコンタクトホール２３の底部の部位は、実施例１に係る画素構造の場合に比べて大きな面積となっており、Ｎ+のコンタクト部２１との電気的な接続を行うだけでなく、遮光膜としても機能することになる。これにより、Ｇ光用の電荷蓄積部１６と遮光膜２４（即ち、遮光部２４のコンタクトホール２３の底部の部位）との間の距離が近くなるため、斜め入射光のＧ光用の電荷蓄積部１６への漏れ込みを効果的に抑制することができる。
【００８０】
また、実施例４に係る画素構造では、Ｎ+のコンタクト部２１の領域よりも小さい穴径にてコンタクトホール２３を形成している点も特徴の一つとして挙げることができる。コンタクトホール２３がＮ+のコンタクト部２１の領域からはみ出して形成されていると、Ｎ+のコンタクト部２１と周辺のＰウェル（基板）との間でコンタクトメタルを介したリークが増加する。従って、Ｎ+のコンタクト部２１の領域よりもコンタクトホール２３を小さくすることが重要である。
【００８１】
そして、Ｎ+のコンタクト部２１の領域よりもコンタクトホール２３を小さく形成した上で、更に、Ｇ光用の電荷蓄積部１６を遮光部２４のコンタクトホール２３の底部の部位で遮光するという構造は、実施例４（実施例１）に係る画素構造であるが故に実現できる構造となっている。具体的には、Ｇ光用の電荷蓄積部１６と、オーバーフローバリア２０と、Ｎ+のコンタクト部２１とを縦方向（基板面に対して垂直な方向）に積層しているからこそ可能な有利な構造となっている。
【００８２】
換言すれば、実施例４に係る画素構造は、オーバーフローバリア２０をＮ+のコンタクト部２１の横に形成し、横方向（基板面に平行な方向）にＧ光用の電荷蓄積部１６を形成する構造では実現が不可能である。
【００８３】
＜２．変形例＞
上記実施形態では、基板外部に設ける光電変換膜をＧ光用の光電変換膜とし、基板内部に設ける光電変換層をＢ光用、Ｒ光用の光電変換層とした画素構造を例に挙げて説明したが、これらの組み合わせは一例に過ぎず、これに限定されるものではない。
【００８４】
すなわち、基板外部に設ける光電変換膜としては所定の波長域の光について光電変換を行い、他の波長域の光を透過させるものであれば良く、また、基板内部に設ける光電変換層としては当該他の波長域の光について光電変換を行うものであれば良い。
【００８５】
また、上記実施形態では、基板内部に設ける光電変換層をＢ光用、Ｒ光用の２色分の光電変換層とした画素構造を例に挙げて説明したが、これに限られるものではなく、少なくとも１色分の光電変換層を基板内部に設けた画素構造であれば、本開示の技術を適用することができる。
【００８６】
また、本開示の技術は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置全般に対して適用可能である。
【００８７】
尚、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
【００８８】
＜３．電子機器＞
本開示は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等の撮像装置や、携帯電話機などの撮像機能を有する携帯端末装置など、画像取込部（光電変換部）に固体撮像装置を用いる電子機器全般に対して適用可能である。画像取込部に固体撮像装置を用いる電子機器には、画像読取部に固体撮像装置を用いる複写機も含まれる。尚、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。
【００８９】
（撮像装置）
図１９は、本開示に係る電子機器、例えば、撮像装置の構成の一例を示すブロック図である。
【００９０】
図１９に示すように、本開示に係る撮像装置１００は、レンズ群１０１等を含む光学系、撮像素子（撮像デバイス）１０２、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示装置１０５、記録装置１０６、操作系１０７及び電源系１０８等を有する。そして、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示装置１０５、記録装置１０６、操作系１０７及び電源系１０８がバスライン１０９を介して相互に接続されている。
【００９１】
レンズ群１０１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで撮像素子１０２の撮像面上に結像する。撮像素子１０２は、レンズ群１０１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。
【００９２】
表示装置１０５は、液晶表示装置や有機ＥＬ(electro luminescence)表示装置等のパネル型表示装置からなり、撮像素子１０２で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置１０６は、撮像素子１０２で撮像された動画または静止画を、ビデオテープやＤＶＤ(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。
【００９３】
操作系１０７は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系１０８は、ＤＳＰ回路１０３、フレームメモリ１０４、表示装置１０５、記録装置１０６及び操作系１０７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。
【００９４】
上記の構成の撮像装置は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには、携帯電話機等のモバイル機器向けのカメラモジュールなどの種々の撮像装置として用いることができる。そして、当該撮像装置において、その画像取込部、即ち、撮像素子１０２として、先述した実施形態に係る固体撮像装置を用いることで、次のような作用、効果を得ることができる。
【００９５】
すなわち、先述した実施形態に係る固体撮像装置は、入射光の光軸方向における光電変換膜及び光電変換層の配設位置の違いによるＦ値に対する感度の変化を小さくできるために、色毎の感度のＦ値依存を低減できる。従って、当該固体撮像装置を種々の撮像装置においてその画像取込部として用いることで、良好な撮像画像を得ることができる。
【００９６】
＜４．本開示の構成＞
（１）半導体基板の配線層が形成される第１面と反対側の第２面側に設けられ、所定の波長域の光について光電変換を行い、他の波長域の光を透過させる光電変換膜と、
前記半導体基板の内部に設けられ、前記光電変換膜を透過した前記他の波長域の光について光電変換を行う光電変換層と
を備え、
前記光電変換膜及び前記光電変換層に対して前記第２面側から入射光を取り込む
固体撮像装置。
（２）前記半導体基板へ光が入射する領域を規定する、導電性をもつ遮光膜を有し、
前記遮光膜は、前記半導体基板に対して電気的に接続されている
前記（１）に記載の固体撮像装置。
（３）前記遮光膜には、入射光を前記半導体基板側に通過させる開口が設けられており、
前記光電変換膜は、前記開口の面積よりも大きい面積を有する
前記（２）に記載の固体撮像装置。
（４）前記半導体基板の内部に設けられ、前記光電変換膜で光電変換された電荷を蓄積する電荷蓄積部を有し、
前記遮光膜は、前記半導体基板に対して画素毎に電気的に接続され、前記光電変換膜で光電変換された電荷を前記電荷蓄積部に転送する
前記（２）または前記（３）に記載の固体撮像装置。
（５）前記遮光膜は、前記電荷蓄積部の上部の面積よりも大きな面積を有し、前記電荷蓄積部に対する遮光を行う
前記（４）に記載の固体撮像装置。
（６）前記遮光膜は、前記電荷蓄積部の上部の面積よりも大きな面積の部分と、当該大きな面積の部分から前記半導体基板側に突出し、前記半導体基板の表層部に形成された拡散領域に電気的に接する凸部とを有し、当該凸部によっても前記電荷蓄積部に対する遮光を行う
前記（５）に記載の固体撮像装置。
（７）前記遮光膜は、前記半導体基板の表層部に形成された拡散領域に電気的に接しており、
前記拡散領域は、前記電荷蓄積部の上部の面積よりも大きな面積を有している
前記（５）に記載の固体撮像装置。
（８）前記遮光膜は、画素間の遮光を行う遮光領域を有し、
前記遮光領域は、前記遮光膜を通して前記半導体基板側から所定の電位が与えられる
前記（２）から前記（７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（９）前記光電変換膜は、下部電極と上部電極とによって挟まれており、
前記遮光膜の一部は、前記半導体基板側から前記上部電極に対して所定のバイアス電圧を供給する配線として用いられる
前記（２）から前記（７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１０）半導体基板の配線層が形成される第１面と反対側の第２面側に設けられ、所定の波長域の光について光電変換を行い、他の波長域の光を透過させる光電変換膜と、
前記半導体基板の内部に設けられ、前記光電変換膜を透過した前記他の波長域の光について光電変換を行う光電変換層と
を備え、
前記光電変換膜及び前記光電変換層に対して前記第２面側から入射光を取り込む
固体撮像装置を有する電子機器。
【符号の説明】
【００９７】
１１…シリコン基板、１２…Ｂ（青色）光用の光電変換層、１５…Ｒ（赤色）光用の光電変換層、１６…Ｇ（緑色）光用の電荷蓄積部、１７…Ｇ光用の光電変換膜、２０…オーバーフローバリア、２１…Ｎ+のコンタクト部、２２…反射防止膜、２３…コンタクトホール、２４（２４A，２４B，２４C）…遮光膜、２５，２８…絶縁膜、２７…透明な株電極、２９…透明な上部電極、３０…透明電極、３２…遮光膜
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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