(57)【要約】【課題】裏面照射型の固体撮像装置において、隣接画素間の混色（クロストーク）を抑制することを目的とする。【解決手段】複数の画素を配列してなり、画素毎に撮像信号を生成する撮像領域と、該画素を構成する回路素子を駆動する駆動回路とを備えた固体撮像装置１００において、画素は、半導体基板１０１の裏面側領域に形成され、入射光を光電変換する光電変換部１０２と、該半導体基板の表面側に形成され、該入射光の光電変換により得られた光電変換信号を該光電変換部から該撮像信号として読み出す信号処理回路とを有し、該半導体基板の裏面上の隣接する画素の境界部分に、光反射性部材からなる隆起部１１２が選択的に形成され、該半導体基板の裏面上に絶縁膜１１３ａが、該隆起部による段差が反映されて、該入射光を該光電変換部に集光する凹レンズが形成されるよう形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を配列してなり、画素毎に撮像信号を生成する撮像領域と、該画素を構成する回路素子を駆動する駆動回路とを備えた固体撮像装置であって、
該画素は、
半導体基板の裏面側領域に形成され、入射光を光電変換する光電変換部と、
該半導体基板の表面側に形成され、該入射光の光電変換により得られた光電変換信号を該光電変換部から該撮像信号として読み出す信号処理回路とを有し、
該半導体基板の裏面上の隣接する画素の境界部分に、光反射性部材からなる隆起部が選択的に形成され、
該半導体基板の裏面上に絶縁膜が、該隆起部による段差が反映されて、該入射光を該光電変換部に集光する凹レンズが形成されるよう形成されている、固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記絶縁膜上には、平坦化膜が形成されており、
該平坦化膜の屈折率は、該絶縁膜の屈折率より大きい、固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記平坦化膜上には、前記複数の画素の各々に対応するカラーフィルターおよびマイクロレンズが積層されている、固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記複数の画素は行列状に配列されており、
前記隆起部は、該複数の画素の各々の光電変換部を囲むよう平面形状を格子形状としたものである、固体撮像装置。
【請求項５】
請求項４に記載の固体撮像装置において、
前記隆起部は金属材料により構成されている、固体撮像装置。
【請求項６】
請求項２に記載の固体撮像装置において、
前記絶縁膜は、透光性の無機材料で構成されており、
前記平坦化膜は、透光性の有機材料で構成されている、固体撮像装置。
【請求項７】
請求項６に記載の固体撮像装置において、
前記絶縁膜を構成する透光性の無機材料は１．２〜１．６の範囲の屈折率を有し、
前記平坦化膜を構成する透光性の有機材料は１．５〜２．０の範囲の屈折率を有している、固体撮像装置。
【請求項８】
請求項５に記載の固体撮像装置において、
前記金属材料からなる隆起部の高さは、０．１μｍ〜０．５μｍの範囲に設定されている、固体撮像装置。
【請求項９】
請求項８に記載の固体撮像装置において、
前記金属材料は、タングステン、アルミニウム、チタン、窒化チタン、または銅である、固体撮像装置。
【請求項１０】
被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、
該撮像部は、請求項１ないし請求項９のいずれかに記載の固体撮像装置である電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置および電子情報機器に関し、特に、裏面照射型の固体撮像装置において隣接画素間の混色（クロストーク）を抑制する構造、およびこのような構造を有する固体撮像装置を搭載した電子情報機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＭＯＳセンサを始めとする固体撮像装置は、例えば、デジタルスチルカメラやビデオムービー、また監視カメラ等の多様な用途で使われている。中でも単一の画素アレイで複数の色情報を取得する単版式撮像素子がその主流となっている。
【０００３】
ところが、近年の多画素化や光学サイズ縮小の要請により、画素サイズが縮小される傾向にある。例えば、近年デジタルカメラ等で多く使われているＣＭＯＳセンサの画素サイズは０．８μｍから３μｍ程度である。そのような微細画素では以下のような問題点がある。
【０００４】
まず、単位画素の面積が縮小されると、単位画素で受光できるフォトン（ｐｈｏｔｏｎ）の数が単位画素面積に比例して減少してしまう結果、光ショットノイズに対するＳ（Ｓｉｇｎａｌ）／Ｎ（Ｎｏｉｓｅ）比が低下することである。Ｓ／Ｎ比が維持できないと、再生画面における画質が劣化してしまい再生画像の品質が落ちてしまうという問題が生ずる。
【０００５】
また、単位画素の面積が縮小されると、隣接画素間でのクロストークが増大するために、本来各画素はそれぞれ固有の波長領域のみに感度があるべきところを、本来感度を持つべきではない波長領域で感度を持つようになるため、混色が発生し、再生画面上での色再現性が著しく劣化するという問題が起こる。
【０００６】
従って、画素を縮小してもＳ／Ｎ比を維持するために、できるだけ感度が落ちないようにしてＳ／Ｎ比の低下を防ぎ、また画素を縮小しても色再現性が劣化しないようにするためにできるだけ混色が発生しないようにする必要がある。
【０００７】
そこで、このような問題に対する対策を施した構成として、例えば、特許文献１に開示の裏面照射型の固体撮像装置がある。
【０００８】
この特許文献１に開示の裏面照射型の固体撮像装置では、入射光は、信号走査回路及びその配線層が形成されるシリコン表面（表面）とは反対側のシリコン表面（裏面）から入射光が照射される。
【０００９】
このように、信号走査回路及びその配線層が形成されるシリコン表面側とは反対側のシリコン表面から入射させる裏面照射型の構成では、画素に入射する光が配線層に阻害されることなくシリコン基板内に形成された受光領域に到達することができる。そのため、微細な画素においても高い量子効率を実現することができる。
【００１０】
一方で、配線層に阻害されることがないために、入射光が隣接画素に漏れこんでしまい混色（クロストーク）となってしまうという問題がある。
【００１１】
この裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサーにおける混色（クロストーク）抑制方法として、図１４に示されるように隣接する前記単位画素の境界部分に設けられ、素子領域、つまり個々の単位画素を区画する絶縁膜を備える構造が提案されている。
【００１２】
以下、特許文献１に記載の従来の固体撮像装置について詳しく説明する。
【００１３】
図１２は、この特許文献１に記載の固体撮像装置の全体構成例を示すシステムブロック図であり、画素アレイのカラム位置にＡＤ変換回路が配置された場合の構成例を示している。図１３は、画素アレイの構成例を示す等価回路図である。
【００１４】
この固体撮像装置１０は、複数の画素（以下、単位画素ともいう。）１を配列してなり、画素毎に撮像信号を生成する撮像領域（画素アレイ）１２と、該画素を構成する回路素子を駆動する駆動回路領域１４とを有している。該画素１は、半導体基板の裏面側領域に形成され、入射光を光電変換する光電変換部と、該半導体基板の表面側に形成され、該入射光の光電変換により得られた光電変換信号を該光電変換部から該撮像信号として読み出す信号処理回路とを有している。
【００１５】
光電変換部は、入射光を光電変換して信号電荷を蓄積するフォトダイオードを含む。信号走査回路部は、増幅トランジスタ３等を備え、光電変換部からの信号を読み出し、増幅してＡＤ変換回路１５に送信する。ここでは、受光面は、信号走査回路部が形成される半導体基板表面と反対側の半導体基板の裏面側に設けられている。
【００１６】
駆動回路領域１４には、上記信号走査回路部を駆動するための垂直シフトレジスタ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ｓｈｉｆｔ  ｒｅｇｉｓｔｅｒ）１３およびＡＤ変換回路１５等の素子駆動回路が配置されている。
【００１７】
垂直シフトレジスタ１３は、信号ＬＳ１〜ＬＳｋを画素アレイ１２に出力し、単位画素１を行毎に選択する選択部として機能する。選択された行の単位画素１からはそれぞれ、入射された光の量に応じた光電変換信号がアナログ信号（撮像信号）Ｖｓｉｇとして垂直信号線ＶＳＬを介して出力される。
【００１８】
ＡＤ変換回路（ＡＤＣ）１５は、垂直信号線ＶＳＬを介して入力されたアナログ信号Ｖｓｉｇを、デジタル信号に変換する。
【００１９】
単位画素（ＰＩＸＥＬ）１は、フォトダイオード２、増幅トランジスタ３、読み出しトランジスタ４、リセットトランジスタ９、及びアドレストランジスタ４１を備えている。このフォトダイオード２は光電変換部を構成し、増幅トランジスタ３、読み出しトランジスタ４、リセットトランジスタ９、およびアドレストランジスタ４１は、信号走査回路部を構成する。
【００２０】
フォトダイオード２のカソードは接地されている。増幅トランジスタ３は、浮遊拡散層（フローティングディフュージョン）４２からの信号を増幅して出力するように構成されている。増幅トランジスタ３のゲートは浮遊拡散層４２に接続され、ソースは垂直信号線ＶＳＬに接続され、ドレインはアドレストランジスタ４１のソースに接続されている。垂直信号線ＶＳＬにより送信される単位画素１の出力信号（撮像信号）は、ＣＤＳ雑音除去回路８により雑音が除去された後、出力端子８１から出力される。
【００２１】
読み出しトランジスタ４のゲートは読み出し信号線ＴＲＦに接続され、ソースはフォトダイオード２のアノードに接続され、ドレインは浮遊拡散層４２に接続されている。リセットトランジスタ９は、増幅トランジスタ３のゲート電位をリセットするように構成されている。リセットトランジスタ９のゲートはリセット信号線ＲＳＴに接続され、ソースは浮遊拡散層４２に接続され、ドレインはドレイン電源に接続される電源端子５に接続されている。アドレストランジスタ（トランスファゲート）４１のゲートは、アドレス信号線ＡＤＲに接続されている。また、負荷トランジスタ６のゲートは選択信号線ＳＦに接続され、ドレインは増幅トランジスタ３のソースに接続され、ソースは制御信号線ＤＣに接続されている。
【００２２】
次に動作について説明する。
【００２３】
まず、読み出し行の行選択トランジスタ４１が、垂直シフトレジスタ１３から送られる行選択パルスによりオン（ＯＮ）状態になる。
【００２４】
続いて、同様に垂直シフトレジスタ１３から送られたリセットパルスによりリセットトランジスタ９が、オン（ＯＮ）状態になり、浮遊拡散層４２の電位が電源電圧に近い電圧にリセットされる。その後、リセットトランジスタ９は、オフ（ＯＦＦ）状態になる。
【００２５】
続いて、トランスファゲート４が、オン（ＯＮ）状態になり、フォトダイオード２に蓄積された信号電荷が浮遊拡散層４２に読み出され、浮遊拡散層４２の電位が読み出された信号電荷に応じて変調される。
【００２６】
続いて、変調された信号が、ソースフォロワを構成するＭＯＳトランジスタ３により垂直信号線ＶＳＬに読み出され、読み出し動作を完了する。
【００２７】
このような構成の裏面照射型の固体撮像装置では、図１４に示すように、シリコン（Ｓｉ）基板４０４の裏面上に、ロウ方向およびカラム方向においてマトリクス状に単位画素（ＰＩＸＥＬ）１が配置されている。
【００２８】
さらに、シリコン（Ｓｉ）基板４０４の裏面上に、隣接する単位画素１の境界部分に素子領域（単位画素）を区画する素子分離絶縁膜（絶縁膜）４０８が設けられている。そのため、素子分離絶縁膜４０８は、単位画素１を、ロウ方向およびカラム方向において囲むように格子状に配置されている。
【００２９】
ここで、素子分離絶縁膜４０８は、シリコン（Ｓｉ）の屈折率より低い屈折率を持つ絶縁膜から形成されている。例えば、素子分離絶縁膜４０８は、入射される波長４００ｎｍ−７００ｎｍ程度の光に対する屈折率が、３．９程度以下である絶縁材料により形成されることが望ましい。より具体的には、例えば、素子分離絶縁膜４０８は、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、シリコン窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４膜）、チタンオキサイド（ＴｉＯ）膜等の絶縁材料により形成される。
【００３０】
また、図示するように、単位画素１のロウ方向およびカラム方向における画素ピッチＰは、いずれも共通となるように配置されている。
【００３１】
図１４（ｂ）は、従来の固体撮像装置が有する画素アレイ１２の断面構成例について説明する図であり、図１４（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面の構造を示している。
【００３２】
図１４（ｂ）に示すように、シリコン基板４０４の表面上には、層間絶縁膜４０９を介して、上記増幅トランジスタ３等により構成される信号走査回路部１５の回路を成す配線層４０２が形成されている。
【００３３】
一方、シリコン基板４０４の裏面上には、光電変換により得られた信号電荷を蓄積するｎ型拡散層４０３、反射防止膜４０５、色フィルタ４０６、マイクロレンズ４０７、および素子分離絶縁膜４０８が形成されている。素子分離絶縁膜４０８は、上記のように、Ｓｉ基板４０４中の画素間の境界部分に設けられている。上記のように、素子分離絶縁膜４０８は、シリコン基板４０４の屈折率より低い屈折率を持つ絶縁膜から形成されている。ｎ＋型拡散層４０３は、後述するように、信号電荷蓄積領域を成すフォトダイオードを構成する拡散層である。
【００３４】
次に製造方法について説明する。
【００３５】
次に、図１５〜図１７を用いて、図１４で示す従来の固体撮像装置の製造方法について説明する。
【００３６】
まず、図１５（ａ）に示す加工前のシリコン（Ｓｉ）基板４０４に対して信号走査回路等が形成される側（表面側）の基板４０４の表面上に、例えば、シリコン（Ｓｉ）等からなる第１支持基板３１を接着する（図１５（ｂ））。
【００３７】
次に、信号走査回路等が形成される半導体基板の反対側（裏面側）であって、受光領域となる側のシリコン基板４０４の表面上を、例えば、ＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法等のエッチングにより、例えば、３〜７μｍ程度まで薄膜化する（図１５（ｃ））。
【００３８】
続いて、受光領域が形成されるシリコン基板４０４の表面上（裏面側）の単位画素の境界部分に対して、例えば、フォトリソグラフィ等により選択的にエッチングを第１支持基板３１の表面上まで行い、溝３３を形成する（図１６（ａ））。
【００３９】
その後、図１６（ｂ）に示すように、上記溝３３中に、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法又はスピンコート等により、シリコン（Ｓｉ）の屈折率より低い屈折率を持つシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）やチタンオキサイド（ＴｉＯ）膜等の絶縁材料を埋め込み、素子分離絶縁膜４０８を形成する。例えば、素子分離絶縁膜４０８は、入射される波長４００ｎｍ−７００ｎｍ程度の光に対する屈折率が、３．９程度以下である絶縁材料により形成されることが望ましい。
【００４０】
次に、素子分離絶縁膜４０８上に、例えば、ＣＶＤ法等を用いて絶縁材料を堆積し、基板底面全域に反射防止膜４０５を形成する（図１６（ｂ））。
【００４１】
続いて、受光側となるシリコン基板４０４の裏面側の反射防止膜４０５上に、例えば、シリコン（Ｓｉ）等からなる第２支持基板３２を接着する（図１６（ｃ））。
【００４２】
次に、シリコン基板４０４の表面側に接着させた信号走査回路側の第１支持基板３１を、取り外し（図１７（ａ））、続いて、第２支持基板３２およびシリコン基板４０４を反転させ、シリコン基板４０４の表面上に、例えば、通常のＬＳＩ製造プロセスを用いて、ｐ型、ｎ型拡散層４０３等を形成し、フォトダイオード２や読み出しトランジスタ４（図示せず）等の能動素子を形成する。
【００４３】
続いて、シリコン基板４０４の表面側の上記形成した構成上に、例えば、ＣＶＤ法等を用いてシリコン酸化膜等を堆積し、層間絶縁間４０９とともに、トランジスタ等を接続する配線層４０２を形成し、信号走査回路を形成する（図１７（ｂ））。
【００４４】
続いて、上記信号走査回路側（表面側）に、第３支持基板（図示せず）をさらに接着し、図１７（ｃ）に示すように、反対側（表面側）の第２支持基板３２を取り外す。
【００４５】
最後に、第３支持基板（図示せず）およびシリコン基板４０４を反転させ、シリコン基板４０４の裏面上に、順次、色フィルタ４０６、マイクロレンズ４０７を形成する。
【００４６】
このような構成の固体撮像装置では隣接画素間でのクロストークを防止して、混色の発生を防止できるため、再生画面上での色再現性の向上に対して有利である。
【００４７】
つまり、図１４（ａ）に示すように、この固体撮像装置の構成では、受光面は、隣接する単位画素（ＰＩＸＥＬ）１の境界部分に設けられ、素子領域（単位画素）を区画する素子分離絶縁膜４０８を備えている。このため、図１４（ｂ）に示すように、斜め方向に入射した光Ｌ２は素子分離絶縁膜４０８で反射されるため、隣接する単位画素に入射することを防止することができる。従って、クロストークおよび混色を発生させることは無く、再生画面上での色再現性の向上に対して有利である。なお、図中、Ｌ１は垂直に入射した光である。
【００４８】
また、上記従来の固体撮像装置では、画素の縮小が進行した場合であっても、再生画像の品質劣化を抑制できる。
【００４９】
単位画素の面積が縮小されると、単位画素で受光できるフォトン（ｐｈｏｔｏｎ）の数が単位画素面積に比例して減少してしまう結果、光ショットノイズに対するＳ／Ｎ比が低下する。Ｓ／Ｎ比が維持できないと、再生画面における画質が劣化してしまい再生画像の品質が落ちてしまうが、図１４に示す固体撮像装置は、裏面照射型であるため、入射光は信号走査回路及びその配線層が形成されるシリコン（Ｓｉ）表面（表面）とは反対側のシリコン（Ｓｉ）表面（裏面）から入射光を照射することができる。そのため、画素に入射する光が配線層に阻害されることなくシリコン（Ｓｉ）基板内に形成された受光領域に到達することができ、微細な画素においても高い量子効率を実現することができる。その結果、画素の縮小が進行した場合であっても、再生画像の品質劣化の抑制できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００５０】
【特許文献１】特開２００９−２０６３５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００５１】
しかしながら、従来の固体撮像装置の構造では、シリコン表面に入射するまでの入射光による混色（クロストーク）に対しては抑制効果を持たない。
【００５２】
また、シリコン基板に溝を設けることにより、シリコン基板と絶縁膜界面から電子ノイズが発生し、暗電流増加を招く。
【００５３】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、裏面側からの入射光による隣接画素間の混色（クロストーク）を抑制することができる固体撮像装置、およびこのような固体撮像装置を搭載した電子情報機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００５４】
本発明に係る固体撮像装置は、複数の画素を配列してなり、画素毎に撮像信号を生成する撮像領域と、該画素を構成する回路素子を駆動する駆動回路とを備えた固体撮像装置であって、該画素は、半導体基板の裏面側領域に形成され、入射光を光電変換する光電変換部と、該半導体基板の表面側に形成され、該入射光の光電変換により得られた光電変換信号を該光電変換部から該撮像信号として読み出す信号処理回路とを有し、該半導体基板の裏面上の隣接する画素の境界部分に、光反射性部材からなる隆起部が選択的に形成され、該半導体基板の裏面上に絶縁膜が、該隆起部による段差が反映されて、該入射光を該光電変換部に集光する凹レンズが形成されるよう形成されている、固体撮像装置であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５５】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記絶縁膜上には、平坦化膜が形成されており、該平坦化膜の屈折率は、該絶縁膜の屈折率より大きいことが好ましい。
【００５６】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記平坦化膜上には、前記複数の画素の各々に対応するカラーフィルターおよびマイクロレンズが積層されていることが好ましい。
【００５７】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記複数の画素は行列状に配列されており、前記隆起部は、該複数の画素の各々の光電変換部を囲むよう平面形状を格子形状としたものであることが好ましい。
【００５８】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記隆起部は金属材料により構成されていることが好ましい。
【００５９】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記絶縁膜は、透光性の無機材料で構成されており、前記平坦化膜は、透光性の有機材料で構成されていることが好ましい。
【００６０】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記絶縁膜を構成する透光性の無機材料は１．２〜１．６の範囲の屈折率を有し、前記平坦化膜を構成する透光性の有機材料は１．５〜２．０の範囲の屈折率を有していることが好ましい。
【００６１】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記金属材料からなる隆起部の高さは、０．１μｍ〜０．５μｍの範囲に設定されていることが好ましい。
【００６２】
本発明は、上記固体撮像装置において、前記金属材料は、タングステン、アルミニウム、チタン、窒化チタン、または銅であることが好ましい。
【００６３】
本発明に係る電子情報機器は、被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部は、上述した本発明に係る固体撮像装置であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００６４】
次に作用について説明する。
【００６５】
本発明においては、撮像領域上に各画素の光電変換部を囲むように隆起部を設け、さらに撮像領域上に絶縁膜を、この隆起部による段差が反映されて凹レンズが形成されるよう形成しているので、固体撮像装置の裏面側から入射する被写体からの光が、絶縁膜が形成する凹レンズにより、効果的に該光電変換部に集光されることとなる。これにより、裏面側からの入射光による隣接画素間の混色（クロストーク）を抑制することができる。
【００６６】
また、上記隆起部は金属材料により構成されているので、隣接画素へ散乱した光は金属膜で全反射され、入射光は所望のフォトダイオードにのみ入射するので、より一層混色（クロストーク）の発生を抑制することができる。
【００６７】
また、シリコン基板の光電変換部が形成された裏面と、隆起部を形成する金属材料層との間には、反射防止膜としてのシリコン窒化膜が形成されているので、上記凹レンズにより集光された光が光電変換部の表面で反射されるのを抑制でき、また、金属膜をパターニングする際のエッチングダメージが該光電変換部に及ぶのを回避することができる。
【００６８】
さらに、各画素に対応する光電変換部を囲み、隣接する画素間で該光電変換部を分離する分離壁を、光電変換部とは導電型の異なる拡散層により形成しているので、分離壁の形成のためにシリコン基板にエッチングにより細い溝を形成する必要がなくなり、このエッチングによるダメージや、この溝への絶縁物の埋め込み不良による不具合を回避することができる。
【発明の効果】
【００６９】
以上のように、本発明によれば、固体撮像装置を構成する画素を、半導体基板の裏面側領域に形成され、入射光を光電変換する光電変換部と、該半導体基板の表面側に形成され、該入射光の光電変換により得られた光電変換信号を該光電変換部から該撮像信号として読み出す信号処理回路とを有する構造とし、該半導体基板の裏面上の隣接する画素の境界部分に、光反射性部材からなる隆起部を選択的に形成し、該半導体基板の裏面上に絶縁膜を、該隆起部による段差が反映されて、該入射光を該光電変換部に集光する凹レンズが形成されるよう形成したので、裏面側からの入射光による隣接画素間の混色（クロストーク）を抑制することができる固体撮像装置、およびこのような固体撮像装置を搭載した電子情報機器を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置を説明する図であり、該固体撮像装置の断面構造を示している。
【図２】図２は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、該シリコン基板の表面領域に光電変換部及び分離壁部を形成する処理を示している。
【図３】図３は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、画素を構成する能動素子に対する配線を形成する処理を示している。
【図４】図４は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、シリコン基板の表面側に他のシリコン基板を貼り付ける処理を示している。
【図５】図５は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、シリコン基板の裏面側をエッチングしてシリコン基板を薄くする処理を示している。
【図６】図６は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、シリコン基板の、エッチングした裏面上に反射防止膜を形成する処理を示している。
【図７】図７は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、シリコン基板の反射防止膜上に金属膜を形成する処理を示している。
【図８】図８は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、シリコン基板の反射防止膜上に形成した金属膜をパターニングして格子状隆起部を形成する処理を示している。
【図９】図９は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、シリコン基板の反射防止膜上に格子状隆起部を形成した状態を示す平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態１に係る固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、シリコン基板の裏面側に層内レンズ、平坦化膜、カラーフィルター、及びマイクロレンズを形成する処理を示している。
【図１１】図１１は、本発明の実施形態２として、上記実施形態１の固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図１２】図１２は、特許文献１に記載の固体撮像装置の全体構成例を示すシステムブロック図であり、画素アレイのカラム位置にＡＤ変換回路が配置された場合の構成例を示している。
【図１３】図１３は、上記特許文献１に記載の固体撮像装置における画素アレイの構成例を示す等価回路図である。
【図１４】図１４は、従来の固体撮像装置の構造を説明する図であり、図１４（ａ）は、その基板裏面側の構造を示し、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿った断面の構造を示している。
【図１５】図１５は、特許文献１に記載の固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、シリコン基板の表面側のエッチング処理を工程順（図１５（ａ）〜図１５（ｃ））に示している。
【図１６】図１６は、特許文献１に記載の固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、シリコン基板に素子分離絶縁膜を形成する処理（図１６（ａ）、図１６（ｂ））、及び他のシリコン基板を貼り合せる処理（図１６（ｃ））を示している。
【図１７】図１７は、特許文献１に記載の固体撮像装置の製造方法を説明する図であり、シリコン基板の裏面側の処理を工程順（図１７（ａ）〜図１７（ｃ））に示している。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００７２】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１による固体撮像装置を説明する図である。
【００７３】
本発明の実施形態１による固体撮像装置１００は、被写体からの光が裏面側から入射される裏面照射型の固体撮像装置であり、半導体基板の表面上での画素及び駆動回路を構成する素子のレイアウトは、従来のものと同一であり、半導体基板の裏面側構造が従来の裏面入射型の固体撮像装置とは異なっている。
【００７４】
つまり、この実施形態１の固体撮像装置１００は、複数の画素を配列してなり、画素毎に撮像信号を生成する撮像領域と、該画素を構成する回路素子を駆動する駆動回路とを備えている。
【００７５】
ここで、画素は、シリコン基板などの半導体基板１０１の裏面側領域に形成され、入射光を光電変換する光電変換部１０２と、該半導体基板の表面側に形成され、該入射光の光電変換により得られた光電変換信号を該光電変換部から該撮像信号として読み出す信号処理回路とを有している。ここでは、半導体基板１０１の表面側には、信号処理回路を構成する素子に接続される配線１０４が、層間絶縁膜１０６を介して多層に形成されている。
【００７６】
該半導体基板の裏面上の隣接する画素の境界部分に、光反射性部材からなる隆起部１１２が選択的に形成され、該半導体基板の表面上には絶縁膜１１３ａが、該隆起部による段差が反映されて、該入射光を該光電変換部に集光する凹レンズが形成されるよう形成されている。この絶縁膜上１１３ａには、平坦化膜１１３ｂが形成されており、該平坦化膜の屈折率は、該絶縁膜の屈折率より大きくなっている。なお、図１中、１１１は反射防止膜である。
【００７７】
ここで、上記隆起部は金属材料により構成されており、金属材料としては例えばタングステンを用いることができる。また、この隆起部を構成する金属材料としては、タングステン以外に、アルミニウム、チタン、窒化チタンあるいは銅を用いることができる。
【００７８】
また、絶縁膜１１３ａを構成する透光性の無機材料は、例えば、１．２〜１．６の範囲の屈折率を有する、例えばシリコン酸化膜であり、平坦化膜１１３ｂを構成する透光性の有機材料は１．５〜２．０の範囲の屈折率を有する、例えば透明樹脂膜である。
【００７９】
さらに、上記平坦化膜１１３ｂ上には、複数の画素の各々に対応するカラーフィルター１１４およびマイクロレンズ１１５が積層されている。
【００８０】
ここで、前記複数の画素は行列状に配列されて画素アレイを構成しており、上記隆起部は、該複数の画素の各々の光電変換部を囲むよう平面形状を格子形状とした格子状金属膜である。また、この金属材料からなる格子状隆起部の高さは、０．１μｍ〜０．５μｍの範囲に設定され、またその線状部分の幅は例えば１００ｎｍである。
【００８１】
次に製造方法について説明する。
【００８２】
まず、シリコン基板（具体的にはシリコンウエハ）１０１の表面にイオン注入により光電変換部を形成するためのＮ型拡散領域１０２を形成し、さらに、このｎ型拡散領域１０２が、各画素の光電変換部に分離されるよう、平面格子状のｐ型拡散領域１０３を素子分離領域として形成する（図２）。
【００８３】
続いて、該シリコン基板１０１の表面部に、例えば、通常のＬＳＩ製造プロセスを用いて、読み出しトランジスタ、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、及び選択トランジスタ（図示せず）等の能動素子を構成するｐ型及びｎ型拡散層等を形成し、続いて、シリコン基板４０４の表面側に、上記形成した能動素子を接続する配線１０４を、層間絶縁間１０５を介して形成する（図３）。
【００８４】
次に、上記シリコン基板１０１の表面側に他のシリコン基板（具体的にはシリコンウエハ）２０１を貼り付け（図４）、その後、該シリコン基板１０１と他のシリコン基板２０１とを、シリコン基板１０１の裏面が上を向くよう反転させ、７００μｍ程度の厚さのシリコン基板１０１の裏面側を、その厚さが３μｍ程度となり、拡散領域１０２及び１０３の底面が露出する程度まで、ＣＭＰ（化学機械研磨）などのエッチング処理によりエッチングする（図５）。
【００８５】
その後、シリコン窒化膜などの反射防止膜（厚さ５０ｎｍ）１１１を、該シリコン基板のエッチングした面上に形成し（図６）、例えばタングステンのスパッタリングなどの成膜処理により金属膜１１２ａを形成し（図７）、該金属膜１１２ａを、各画素に対応する光電変換部１０２を分離する素子分離領域１０３上にのみ残るよう選択的にエッチングして、平面格子形状を有する隆起部１１２を形成する（図８）。図９は、パターニングされた金属膜１１２ａ（隆起部）の形状を示す平面図であり、この状態の半導体基板１１１の裏面側の構造を示している。
【００８６】
その後、シリコン基板１１２の裏面側の隆起部１１２及び反射防止膜１１１上に、該隆起部１１２による段差が反映されて、該入射光を該光電変換部１０２に集光する凹レンズが形成されるよう絶縁膜１１３ａを形成する。
【００８７】
続いて、この絶縁膜１１３ａ上に平坦化膜１１３ｂを形成し、該平坦化膜１３ｂ上に、複数の画素の各々に対応するカラーフィルター１１４およびマイクロレンズ１１５を積層する（図１０）。
【００８８】
このような構成の裏面照射型の固体撮像装置１００では、撮像領域上に各画素の光電変換部を囲むように格子状金属膜（隆起部）１１２を設け、さらに撮像領域上に、この格子状金属膜１１２による段差を反映して、絶縁膜１１３ａを凹レンズが形成されるよう形成しているので、固体撮像装置１００の裏面側から入射する被写体からの光が、絶縁膜１１３ａが形成する凹レンズにより、効果的に該光電変換部１０２に集光されることとなる。
【００８９】
つまり、マイクロレンズで集光された入射光が凹レンズ（層内レンズ）を介して光電変換部のフォトダイオード中心に入射するとともに、隣接画素へ散乱した光は金属膜で全反射して所望のフォトダイオードにのみ入射するので、混色（クロストーク）の発生を抑制することができる。
【００９０】
これにより裏面側からの入射光による隣接画素間の混色（クロストーク）を抑制することができる。
【００９１】
また、シリコン基板の光電変換部１０２が形成された裏面と、隆起部１１２を形成する金属材料層との間には、反射防止膜としてのシリコン窒化膜１１１が形成されているので、上記凹レンズにより集光された光が光電変換部１０２の表面で反射されるのを抑制でき、また、金属膜をパターニングする際のエッチングダメージが該光電変換部１０２に及ぶのを回避することができる。
【００９２】
さらに、本実施形態では、各画素に対応する光電変換部を囲み、隣接する画素間で該光電変換部を分離する素子分離領域を、光電変換部とは導電型の異なる拡散層１０３により形成しているので、素子分離領域の形成のためにシリコン基板にエッチングにより細い溝を形成する必要がなくなり、このエッチングによるダメージや、この溝への絶縁物の埋め込み不良による不具合を回避することができる。
【００９３】
さらに、上記実施形態１では、特に説明しなかったが、上記実施形態１の固体撮像装置を撮像部に用いた、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの、画像入力デバイスを有した電子情報機器について以下簡単に説明する。
（実施形態２）
図１１は、本発明の実施形態２として、実施形態１の固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【００９４】
図１１に示す本発明の実施形態２による電子情報機器９０は、本発明の上記実施形態１の固体撮像装置を、被写体の撮影を行う撮像部９１として備えたものであり、このような撮像部による撮影により得られた高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部９２と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示部９３と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信部９４と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有している。
【００９５】
また、上記実施形態１及び２では、固体撮像装置としてＣＭＯＳイメージセンサを示しているが、本発明の基本原理、つまり、裏面照射型の固体撮像装置において、基板の裏面側の撮像領域上に各画素の光電変換部を囲むように光反射性部材からなる隆起部を設け、撮像領域上に、この隆起部による段差が反映されて凹レンズが形成されるよう絶縁膜を形成することにより、基板裏面からの入射光が上記凹レンズにより効果的に光電変換部に集光し、また、隣接画素への散乱光が上記隆起部により全反射して所望の画素の光電変換部にのみ入射するという原理は、裏面照射型のＣＣＤイメージセンサにも適用可能である。
【００９６】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本発明は、裏面照射型の固体撮像装置及びこのような固体撮像装置を用いた電子情報機器の分野において、被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された例えばＣＭＯＳイメージセンサー等の固体撮像装置、及びこの固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラ及びデジタルスチルカメラ等のデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置等の電子情報機器として、隣接画素間の混色（クロストーク）を抑制したものが得られる。
【符号の説明】
【００９８】
９０  電子情報機器
９１  撮像部
９２  メモリ部
９３  表示部
９４  通信部
９５  画像出力部
１００  固体撮像装置
１０１  半導体基板（シリコン基板）
１０２  光電変換部
１０３  素子分離領域
１０４  配線
１０６  層間絶縁膜
１１２  隆起部
１１３ａ  絶縁膜
１１３ｂ  平坦化膜
１１４  カラーフィルター
１１５  マイクロレンズ
【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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