(57)【要約】【課題】撮像画素サイズにかかわらず、混色の発生を効果的に抑制し得る固体撮像装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】固体撮像装置１は、半導体基板１００の一方の主面に沿って複数の撮像画素が二次元配列されてなる構成を有する。そして、固体撮像装置１では、複数の撮像画素の各々に、光電変換機能を有するフォトダイオード１０１と、当該フォトダイオード１０１よりもＺ軸方向上方に配されたカラーフィルタ１１０とが設けられており、半導体基板１００の厚み方向（Ｚ軸方向）において、隣り合う前記撮像画素間に、半導体基板１００の一方の主面から、カラーフィルタ１１０の上端と略同一の高さあるいはそれよりも上方に達するまでの範囲で、遮光部が形成されている。遮光部は、遮光膜１０６と遮光壁１１３との組み合わせをもって構成されている。【選択図】図２
2009021415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の一方の主面に沿って複数の撮像画素が互いに間隔をあけた状態で二次元配列された固体撮像装置であって、
前記複数の撮像画素の各々には、光電変換機能を有する受光部と、当該受光部よりも上方に配された光学フィルタとが設けられており、
隣り合う前記撮像画素間には、前記半導体基板の厚み方向において、前記一方の主面から、前記光学フィルタの上端と略同一の高さあるいはそれよりも上方に達するまでの範囲で、光を遮蔽する遮光部が形成されている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記半導体基板における隣り合う前記受光部間には、一方の前記受光部に対して近接状態で転送チャネルが形成され、
前記一方の主面上には、前記転送チャネルに対応して転送電極が形成されているとともに、当該転送電極の上方および側方を覆う状態に遮光膜が形成されており、
前記遮光膜上には、前記半導体基板の厚み方向上方に向けて、遮光壁が立設されており、
前記遮光部は、前記遮光膜および前記遮光壁を含み構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記遮光壁は、無機材料により形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記遮光壁は、Ｗ、ＴｉＮ、ＴｉおよびＡｌの中から選択される少なくとも１種の材料により形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記遮光壁は、無機材料と有機材料とにより形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記遮光壁は、Ｗ、ＴｉＮ、ＴｉおよびＡｌの中から選択される少なくとも１種の材料と、樹脂材料とにより形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記遮光壁と前記遮光膜との間は、電気的に絶縁されている
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記複数の撮像画素の各々では、前記受光部と前記光学フィルタとの間に層内レンズが形成されている
ことを特徴とする請求項１から７の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記層内レンズは、上方に向けて凸状、もしくは下方に向けて凸状、または、上下両方向に凸状である
ことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の撮像画素の各々では、前記光学フィルタ上にトップレンズが形成されている
ことを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記遮光部の上端は、前記トップレンズの下端あるいはその近傍に位置する
ことを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記遮光部は、上方に行くに従って断面積が漸減する部分を有する
ことを特徴とする請求項１０または１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記遮光部は、前記光学フィルタが形成された高さ領域と略同一の高さ領域と、それよりも下方の領域との間に平坦化膜が介挿された構成を有し、
前記平坦化膜の厚みは、可視光域波長よりも薄い
ことを特徴とする請求項１から１２の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
半導体基板の一方の主面に沿って複数の撮像画素が互いに間隔をあけた状態で二次元配列されてなる固体撮像装置の製造方法であって、
前記複数の撮像画素の各々に対応して、光電変換機能を有する受光部を形成するステップと、
前記複数の撮像画素の各々に対応して、前記受光部よりも上方に光学フィルタを形成するステップと、
隣り合う前記撮像画素間に対し、前記半導体基板の厚み方向において、前記一方の主面から、前記光学フィルタの上端と略同一の高さあるいはそれよりも上方に達するまでの範囲で、光を遮蔽する遮光部を形成するステップとを有する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
さらに、
前記半導体基板における隣り合う前記受光部間に対し、一方の前記受光部に対して近接状態で転送チャネルを形成するステップと、
前記一方の主面上に、前記転送チャネルに対応して転送電極を形成するステップとを有し、
前記遮光部を形成するステップには、
前記転送電極の上方および側方を覆う状態に遮光膜を形成するサブステップと、
前記遮光膜上に対し、前記半導体基板の厚み方向上方に向けて、遮光壁を立設するサブステップとが含まれる
ことを特徴とする請求項１４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【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その製造方法に関し、特に隣り合う撮像画素間での遮光技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディジタルムービーカメラ、ディジタルスチルカメラや携帯電話機をはじめとする広い範囲で固体撮像装置が用いられている。固体撮像装置の構造について、図１６を用い説明する。なお、図１６に示す固体撮像装置は、混色などの抑制を図るべく、特許文献１で提案されているものである。
図１６に示すように、固体撮像装置は、半導体基板９００における一方の主面（図１６では、Ｚ軸方向上側主面）に、ゲート絶縁膜９０３が形成されている。半導体基板９００とゲート絶縁膜９０３との境界部分では、互いが間隔をあけた状態でフォトダイオード９０１が形成されている。フォトダイオード９０１は、実際には半導体基板９００の主面に沿って、二次元配置されている。隣り合うフォトダイオード９０１間には、転送チャネル９０２が形成されている。
【０００３】
ゲート絶縁膜９０３上には、各転送チャネル９０２に対応してポリシリコンゲート（以下では、「ＰＳゲート」と記載する。）９０４が形成され、その上を覆う状態に層間絶縁膜９０５および遮光膜９０６が形成されている。なお、遮光膜９０６は、各フォトダイオード９０１に対応する部分が開口されている。
遮光膜９０６上には、遮光壁９１３が立設されている。遮光壁９１３間は、絶縁膜９０７および平坦化膜９０９が積層されている。絶縁膜９０７と平坦化膜９０９との境界部分には、各フォトダイオード９０１に対応して層内レンズ９０８が形成されている。平坦化膜９０９および遮光壁９１３の上には、保護膜９１４、カラーフィルタ９１０、平坦化膜９１１およびトップレンズ９１２が順に積層されている。
【０００４】
特許文献１では、各撮像画素間において、遮光膜９０６から保護膜９１４の間に遮光壁９１３を設けることにより、隣接する撮像画素間での迷光が改善され、混色の抑制を図ることができるとされている。
【特許文献１】特開２００１−７７３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１で提案されている構成を採用しても、隣り合う撮像画素間での迷光を確実に防止することは困難である。即ち、特許文献１で提案されている固体撮像装置では、図１６に示す通り、遮光壁９０９の上端が保護膜９１０下に位置し、カラーフィルタ９１０を通る際に光が隣接する撮像画素へと漏れる場合がある。そして、このように隣接撮像画素へと漏れた光の一部は、遮光壁９１３で反射されることにより、本来入射すべきではない隣接撮像画素のフォトダイオード９０１へと達してしまう。
【０００６】
上記のような混色の問題は、高画素化に対応した撮像画素サイズの縮小化をすすめる上で特に問題となる。これは、フォトダイオード９０１の配置に沿った方向に比べ、半導体基板９００の厚み方向におけるサイズの縮小化をすることが非常に困難であることによる。
本発明は、上記問題に対してなされたものであって、撮像画素サイズにかかわらず、混色の発生を効果的に抑制し得る固体撮像装置およびその製造方法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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明は、次の構成を採用する。
本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板の一方の主面に沿って複数の撮像画素が二次元配列された構成を有する。そして、本発明に係る固体撮像装置では、複数の撮像画素の各々に、光電変換機能を有する受光部と、当該受光部よりも上方に配された光学フィルタとが設けられており、半導体基板の厚み方向において、隣り合う前記撮像画素間に、半導体基板の一方の主面から、光学フィルタの上端と略同一の高さあるいはそれよりも上方に達するまでの範囲で、遮光部が形成されていることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の一方の主面に沿って複数の撮像画素が二次元配列されて構成を有する固体撮像装置を製造する方法であって、次のステップを有する。
・受光部を形成するステップ；複数の撮像画素の各々に対応して、光電変換機能を有する受光部を形成する。
【０００９】
・光学フィルタを形成するステップ；複数の撮像画素の各々に対応して、受光部よりも上方に光学フィルタを形成する。
・遮光部を形成するステップ；隣り合う撮像画素間に対し、半導体基板の厚み方向において、半導体基板の一方の主面から、光学フィルタの上端と略同一の高さあるいはそれよりも上方に達するまでの範囲で、遮光部を形成する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る固体撮像装置では、上述のように、半導体基板の厚み方向において、隣り合う前記撮像画素間に、半導体基板の一方の主面から、光学フィルタの上端と略同一の高さあるいはそれよりも上方に達するまでの範囲で、遮光部が形成されている構成を採用する。即ち、本発明に係る固体撮像装置の遮光部は、少なくとも光学フィルタの上端と略同一の高さまで形成されている。
【００１１】
本発明に係る固体撮像装置では、光学フィルタを透過する際にも光が遮光部により遮光されるので、隣接する撮像画素へ光が漏れることがない。このような優位性は、撮像画素サイズの大小にかかわらず得られる。
従って、本発明に係る固体撮像装置は、撮像画素サイズにかかわらず、混色の発生を効果的に抑制し得る。
【００１２】
なお、固体撮像装置では、半導体基板の表面にゲート絶縁膜が形成されているが、ゲート絶縁膜の膜厚は可視光波長よりも薄いので、ゲート絶縁膜も遮光性を有することになる。
本発明に係る固体撮像装置は、次のようなバリエーションを採用することもできる。
本発明は、半導体基板における隣り合う受光部間に、その一方の受光部に対して近接状態で転送チャネルが形成され、半導体基板の一方の主面上に、転送チャネルに対応して転送電極が形成されているとともに、当該転送電極の上方および側方を覆う状態に遮光膜が形成されているという構成を有する、所謂、ＣＣＤ型固体撮像装置に適用することもできる。この場合には、遮光膜上に、半導体基板の厚み方向上方に向けて、遮光壁が立設されており、遮光部が、遮光膜および遮光壁を含み構成されている、という構成を採用することができる。
【００１３】
また、本発明に係る固体撮像装置では、遮光壁が無機材料より形成されている、という構成を採用することができる。
また、本発明に係る固体撮像装置では、遮光壁が、Ｗ、ＴｉＮ、ＴｉおよびＡｌの中から選択される少なくとも１種の材料により形成されている、という構成を採用することができる。
【００１４】
また、本発明に係る固体撮像装置では、遮光壁が、無機材料と有機材料とにより形成されている、という構成を採用することができる。
また、本発明に係る固体撮像装置では、遮光壁が、Ｗ、ＴｉＮ、ＴｉおよびＡｌの中から選択される少なくとも１種の材料と、樹脂材料とにより形成されている、という構成を採用することができる。
【００１５】
また、本発明に係る固体撮像装置では、遮光壁と遮光膜との間が電気的に絶縁されている、という構成を採用することができる。
また、本発明に係る固体撮像装置では、複数の撮像画素の各々において、受光部と光学フィルタとの間に層内レンズが形成されている、という構成を採用することができる。
また、本発明に係る固体撮像装置では、層内レンズが、上方に向けて凸状、もしくは下方に向けて凸状、または、上下両方向に凸状である、という構成を採用することができる。  また、本発明に係る固体撮像装置では、複数の撮像画素の各々において、光学フィルタ上にトップレンズが形成されている、という構成を採用することができる。
【００１６】
また、本発明に係る固体撮像装置では、遮光部の上端が、トップレンズの下端あるいはその近傍に位置する、という構成を採用することができる。
また、本発明に係る固体撮像装置では、遮光部が、上方に行くに従って断面積が漸減する部分を有する、という構成を採用することができる。  また、本発明に係る固体撮像装置では、遮光部が、光学フィルタが形成された高さ域と略同一の高さ域部分と、それよりも下方の部分との間に平坦化膜が介挿された構成を有し、該平坦化膜の厚みが可視光域波長よりも薄い、という構成を採用することができる。
【００１７】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上記本発明に係る固体撮像装置を容易に製造することができる。 
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる各実施の形態については、本発明の構成およびその作用・効果を分かりやすく説明するため一例とするものであって、本発明は、その要旨とする部分以外についてこれらに限定を受けるものではない。
（実施の形態１）
１．全体構成
本実施の形態に係る固体撮像装置１の全体構成について、図１を用い説明する。
【００１９】
図１に示すように、固体撮像装置１は、マトリクス状に配された複数の撮像画素部１１と回路部とが形成されてなる。回路部は、隣接する撮像画素部１１の列間にＹ軸方向に延伸配置された垂直ＣＣＤ部１２と、Ｘ軸方向に延伸配置された水平ＣＣＤ部１３と、これに続くアンプ部１４などからなる。このように、本実施の形態では、その一例として、インターライン（ＩＴ）−ＣＣＤ型固体撮像装置の構成を採用する。
【００２０】
垂直ＣＣＤ領域１２は、光の入射を受けた光電変換部で生成された信号電荷を受け、Ｙ軸方向下方へと転送する機能を有する。垂直ＣＣＤ領域１２における信号電荷は、並列的に順次水平ＣＣＤ領域１３へ移され、アンプ領域１４を介し出力される。
２．撮像画素部１１および垂直ＣＣＤ部１２の構成
固体撮像装置１の構成の内、撮像画素部１１および垂直ＣＣＤ部１２の構成について、図２を用い説明する。
【００２１】
図２に示すように、固体撮像装置１における撮像画素部１１および垂直ＣＣＤ部１２では、半導体基板１００の一方の表面（図２では、上側主面）部分に、ゲート絶縁膜１０３が形成されている。ゲート絶縁膜１０３の下側界面付近には、その界面に沿う方向において、フォトダイオード１０１が互いに間隔をあけて形成され、隣接するフォトダイオード１０１の各行間に転送チャネル１０２が形成されている。
【００２２】
各撮像画素部１１では、フォトダイオード１０１と転送チャネル１０２との間に、トランスファーゲート領域が介挿されている（図示を省略）。また、隣り合う撮像画素部１１間の転送チャネル１０２とフォトダイオード１０１との間には、電荷転送領域の分離機能を有するチャネルストップ領域が介挿されている（図示を省略）。
固体撮像装置１では、フォトダイオード１０１、転送チャネル１０２などの上を覆う状態にゲート絶縁膜１０３が形成されている。ゲート絶縁膜１０３上には、転送チャネル１０２の上方に該当する箇所にポリシリコンゲート（以下では、「ＰＳゲート」と記載する。）１０４が形成され、ＰＳゲート１０４は、層間絶縁膜１０５を挟んで周囲が遮光膜１０６で覆われている。遮光膜１０６は、フォトダイオード１０１の上方に該当する箇所の一部が開口されている。
【００２３】
固体撮像装置１における垂直ＣＣＤ部１２は、転送チャネル１０２およびＰＳゲート１０４と、その間に挿設されたゲート絶縁膜１０３により構成されている。
遮光膜１０６上には、Ｚ軸方向に向けて、遮光壁１１３が立設されている。遮光壁１１３は、例えば、タングステン（Ｗ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、チタン（Ｔｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）などの無機材料から構成されている。一方、隣接する遮光壁１１３間の領域では、層間絶縁膜１０５および遮光膜１０６の上に、絶縁膜１０７、平坦化膜１０９およびカラーフィルタ１１０が順に積層されている。また、絶縁膜１０７と平坦化膜１０９との境界部分には、Ｚ軸方向上向きに凸状の層内レンズ１０８が各撮像画素部１１ごとに形成されている。
【００２４】
なお、カラーフィルタ１１０の厚みおよび構成については、各撮像画素部１１ごとでの透過させようとする光の波長帯域に応じて設定されている。
遮光壁１１３およびカラーフィルタ１１０の上には、平坦化膜１１１を挟んでトップレンズ１１２が各撮像画素部１１ごとに形成されている。なお、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、遮光壁１１３の上端が全ての撮像画素部１１におけるカラーフィルタ１１０の上側主面よりも、Ｚ軸方向で高くなっている。
【００２５】
３．優位性
本実施の形態に係る固体撮像装置１を、図１６に示す従来の固体撮像装置と比較してみるとき、その相違点は、遮光膜１０６上に立設された遮光壁１１３の上端の位置である。具体的には、図１６に示す従来の固体撮像装置では、遮光壁９１３の上端がカラーフィルタ９１０の下側主面よりも下側であったのに対し、図２に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、遮光壁１１３の上端がカラーフィルタ１１０の上側主面よりもさらに上に位置している。
【００２６】
このような遮光壁１１３の構成を採用することにより、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、トップレンズ１１２の直下から遮光壁１１３により各撮像画素部１１ごとに光学的に分離されているので、カラーフィルタ１１０へと入射した光が隣接する撮像画素部１１へと漏れ出すということが生じ難い。即ち、固体撮像装置１では、迷光を原因とする混色が確実に抑制され、感度の向上および高いスミア特性を得られる。
【００２７】
なお、図２にも示すように、カラーフィルタ１１０の厚みは、その撮像画素部１１における色毎に相違するが、固体撮像装置１における遮光壁１１３の上端は、全ての撮像画素部１１におけるカラーフィルタ１１０の上側主面よりもさらに上側に位置する。
４．製造方法
次に、固体撮像装置１の製造方法について、遮光壁１１３の形成過程を中心に、図３および図４を用い説明する。
【００２８】
図３（ａ）に示すように、半導体基板１００に対しイオン注入などを実行してフォトダイオード１０１および転送チャネル１０２などを形成する。次に、半導体基板１００の表面に、熱酸化法やＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法を用い、ゲート酸化膜１０３を形成する。なお、ゲート酸化膜１０３については、酸化膜単体構成を採用することもできるし、酸化膜と窒化膜などとの２層以上の積層構成を採用することもできる。
【００２９】
次に、例えばＣＶＤ法およびフォトリソグラフィーとエッチングプロセスなどを用いてＰＳゲート１０４を積層する。この後、熱酸化法やＣＶＤ法等を用いて層間絶縁膜１０５を形成し、さらにその上にタングステン（Ｗ）などからなる遮光膜１０６を形成する。なお、遮光膜１０６の形成においては、フォトダイオード１０１の上方部分を開口しておく。
【００３０】
次に、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ−Ｐｈｏｓｐｈｏ−Ｓｉｌｉｃａｔｅ−Ｇｌａｓｓ）などのリフロー膜を積層し、リフローあるいはＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）などにより絶縁準備膜１０７を形成した後、フォトダイオード１０１上に該当する箇所に、層内レンズ１０８を形成する。層内レンズ１０８の形成は、プラズマ窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ）などを積層し、フォトリソグラフィーとエッチングプロセスなどを経てなされる。層内レンズ１０８を覆うように、平坦化準備膜１０９０を積層する。平坦化準備膜１０９０の形成も、ＢＰＳＧなどのリフローの実施、あるいはＣＭＰなどを用いることでなされる。
【００３１】
図３（ｂ）に示すように、遮光膜１０６上の絶縁準備膜１０７０および平坦化準備膜１０９０に溝１０９１ｈを形成する。溝１０９１ｈは、例えば、０．５［μｍ］程度の幅を有するものであって、フォトリソグラフィーとドライエッチングプロセスにより形成される。
図３（ｃ）に示すように、スパッタリング法あるいはＣＶＤ法を用いて溝１０９１ｈに対してタングステン（Ｗ）やアルミニウム（Ａｌ）を埋め込む。そして、エッチバックやＣＭＰなどにより平坦化準備膜１０９１上のＷやＡｌを除去する。
【００３２】
図３（ｄ）に示すように、フォトリソグラフィーとドライエッチングプロセスにより、平坦化準備膜１０９１を所要の深さ（この後形成するカラーフィルタ１１０の最大厚みと同一あるいはそれよりも深いレベル）までエッチングする。
図４（ａ）に示すように、エッチングにより掘り下げられた平坦化膜１０９の表面上に対し、カラーレジスト塗布や染色法による加工を経てカラーフィルタ１１０を形成する。なお、上述のように、形成されたカラーフィルタ１１０の上側主面は、全ての撮像画素部１１において、遮光壁１１３の上端と同一の高さレベルあるいはそれよりも低い高さレベルとなる。
【００３３】
図４（ｂ）に示すように、遮光壁１１３およびカラーフィルタ１１０の上に平坦化膜１１１を積層する。平坦化膜１１１の積層についても、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングによりなされる。なお、平坦化膜１１１については、カラーフィルタ１１０の直下に形成することとすることもできる。また、平坦化膜１１１は、透明樹脂などを材料として形成することができるが、その単層構造とすることもできるし、あるいは透明樹脂からなる層と絶縁膜との積層構造とすることもできる。
【００３４】
図４（ｃ）に示すように、平坦化膜１１１の主面上における各フォトダイオード１０１に対応する箇所にトップレンズ１１２を形成することにより固体撮像装置１が完成する。ここで、トップレンズ１１２の形成には、レジスト熱リフロー転写や熱溶融性樹脂によりなされる。
（実施の形態２）
１．撮像画素部および垂直ＣＣＤ部の構成
実施の形態２に係る固体撮像装置２の構成について、図５を用い説明する。なお、本実施の形態に係る固体撮像装置２では、遮光壁２１３の上端位置およびこれに関連する箇所の形態が、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と相違しており、以下では、その相違点に絞り説明を行う。
【００３５】
図５に示すように、固体撮像装置２では、遮光壁２１３の上端が、平坦化膜２１１の上側主面よりも高いレベルにある。即ち、固体撮像装置２では、遮光壁２１３がその上端においてトップレンズ２１２と接しており、平坦化膜２１１についても遮光壁２１３により撮像画素部ごとに分離されている。他の構成については、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と同一であるので、説明を省略する。
【００３６】
２．優位性
固体撮像装置２では、遮光壁２１３の上端が平坦化膜２１１の上側主面よりもさらに上方となっているため、上記固体撮像装置１よりもさらに迷光の問題を生じ難い。即ち、実施の形態１に係る固体撮像装置１では、カラーフィルタ１１０上に形成された平坦化膜１１１により、迷光という問題が生じる可能性が残る。
【００３７】
一方、本実施の形態に係る固体撮像装置２では、遮光壁２１３を上記固体撮像装置１の遮光壁１１３よりも高くしているので、より一層迷光という問題の発生を抑制することができる。よって、固体撮像装置２では、より確実に混色の防止ができる。
３．製造方法
固体撮像装置２の製造方法について、図６を用い説明する。なお、図３（ｄ）までの各ステップについては、基本的にかわるところがないので、説明および図示を省略する。
【００３８】
図６（ａ）に示すように、上記実施の形態１と同様の方法により、隣接する遮光壁２１３どうしの間にカラーフィルタ１１０を形成する。なお、本実施の形態では、上記実施の形態１における遮光壁１１３よりも高さの高い遮光壁２１３を採用しているので、カラーフィルタ１１０は、その上側主面が遮光壁２１３の上端よりも低いレベルとなっている。
図６（ｂ）に示すように、上記実施の形態１と同様の方法を用い、平坦化膜２１１を形成する。この場合においても、遮光壁２１３の高さの違いにより、平坦化膜２１１の上側主面は、遮光壁２１３の上端と同一の高さレベルあるいは低いレベルになる。
【００３９】
図６（ｃ）に示すように、平坦化膜２１１および遮光壁２１３の上に、トップレンズ２１２を形成することで固体撮像装置２が完成する。
（実施の形態３）
１．撮像画素部および垂直ＣＣＤ部の構成
実施の形態３に係る固体撮像装置３の構成について、図７を用い説明する。なお、固体撮像装置３は、遮光壁３１３の上端部分の形状が上記固体撮像装置２と相違し、それ以外の点ではかわるところがない。
【００４０】
図７に示すように、固体撮像装置３における遮光壁３１３は、カラーフィルタ３１０の下側主面よりも上側において、下から上へと行くに従って断面積が減少する形状、具体的には台形状となっている。台形状の部分の具体的な形状は、例えば、側面のテーパー角を１〜３０［°］とすることや、あるいは、上端部分を隣り合うトップレンズ３１２間に入るようにすることなどができる。
【００４１】
なお、固体撮像装置３における遮光壁３１３は、平坦化準備膜のエッチングの際に、レジストマスクの幅を遮光壁厚よりも狭く設定することで形成できる。
２．優位性
固体撮像装置３では、遮光壁３１３の壁厚がＺ軸方向上方に行くに従って狭くなる。これより、トップレンズ３１２に入射した光が遮光壁３１３のテーパー状壁面により各撮像画素部におけるフォトダイオード１０１へと案内されることになる。ここで、遮光壁３１３は、Ｗ、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ａｌなどから構成されているので、少なくとも可視光を反射する性質を有する。
【００４２】
従って、本実施の形態に係る固体撮像装置３では、トップレンズ３１２に入射された光が確実にフォトダイオード１０１へと導かれ、高い感度特性を有する。
（実施の形態４）
１．撮像画素部および垂直ＣＣＤ部の構成
次に、実施の形態４に係る固体撮像装置４の構成について、図８を用い説明する。なお、固体撮像装置４は、遮光壁４１３およびカラーフィルタ４１０部分が上記固体撮像装置１と相違し、それ以外の点ではかわるところがない。
【００４３】
図８に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置４では、遮光膜１０６上に立設された遮光壁４１３の上端が平坦化膜１０９の上側主面と略面一になっている。遮光壁４１３および平坦化膜１０９の上には、平坦化膜４１４を介して、カラーフィルタ４１４およびフィルタ内遮光要素４１５がそれぞれ形成されている。
カラーフィルタ４１４については、上記固体撮像装置１、２、３などと同様に、撮像画素部における透過波長によりその膜厚が設定されている。一方、フィルタ内遮光要素４１５は、ブラックフィルタで構成されており、その膜厚は、カラーフィルタ４１０の最も厚みの厚い部分と同一となっている。
【００４４】
カラーフィルタ４１０およびフィルタ内遮光要素４１５上には、平坦化膜４１１およびトップレンズ１１２が順に積層されている。これらについては、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と同様の構成であるので、その説明を省略する。
なお、固体撮像装置４における平坦化膜４１４の膜厚については、可視光波長よりも薄く設定されている。よって、この部分から隣接する撮像画素部へと光が漏れ出すことはない。
【００４５】
２．優位性
本実施の形態に係る固体撮像装置４では、遮光部として、遮光膜１０６、遮光壁４１３およびフィルタ内遮光要素４１５を備えている。そして、フィルタ内遮光要素４１５の上側主面は、カラーフィルタ４１０の最も上側となる主面と略同一になっている。このため、固体撮像装置４においても、隣接する撮像画素部への迷光という問題を生じることがない。
【００４６】
従って、固体撮像装置４でも、高い感度特性およびスミア特性を備える。
なお、固体撮像装置４においても、フィルタ内遮光要素４１５の形状を、図７に示す遮光壁３１３の上端部分と同様に、テーパー形状とすることもできる。
３．製造方法
固体撮像装置４の製造方法について、図９および図１０を用い説明する。なお、図３（ｃ）までの各ステップについては、基本的にかわるところがないので、説明および図示を省略する。
【００４７】
図９（ａ）に示すように、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１の製造方法と基本的に同一の方法により、遮光壁４１３が形成される。ただし、本実施の形態に係る固体撮像装置４の製造方法では、遮光壁４１３の高さを上記実施の形態１の場合よりも低く設定されている。
図９（ｂ）に示すように、遮光壁４１３および平坦化膜１０９の上に、平坦化膜４１４を積層する。平坦化膜４１４は、絶縁材料からなり、その膜厚は例えば５０〜１００［ｎｍ］程度である。即ち、平坦化膜４１４の膜厚は、可視光波長（３６０〜８３０［ｎｍ］；ＪＩＳＺ８１２０）よりも薄くなっている。
【００４８】
次に、図９（ｃ）に示すように、遮光壁４１３の上方に相当する箇所にはフィルタ内遮光要素４１５を積層し、他の部分には各撮像画素部に応じたカラーフィルタ４１０を積層する。ここで、フィルタ内遮光要素４１５は、ブラックフィルタあるいは染色法を用いてブラックにすることで形成される。
図１０（ａ）に示すように、カラーフィルタ４１０およびフィルタ内遮光要素４１５を覆う状態に、平坦化膜４１１を形成する。なお、本実施の形態においても、平坦化膜４１１を透明樹脂を用いた単層構造とすることもできるし、透明樹脂と絶縁体との積層構造とすることもできる。
【００４９】
図１０（ｂ）に示すように、各フォトダイオード１０１に対応して、平坦化膜４１１上にトップレンズ１１２を積層することで固体撮像装置４が完成する。
（実施の形態５）
１．構成
実施の形態５に係る固体撮像装置５の構成について、図１１を用い説明する。なお、図１１では、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と同一構成を有する各部については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５０】
図１１に示すように、固体撮像装置５では、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１と相違し、遮光膜１０６と遮光壁５１３との間に絶縁膜５１６が介挿されている。そして、遮光壁５１３は、そのＺ軸方向高さが絶縁膜５１６の膜厚分だけ短くなっているが、その上端についてはカラーフィルタ１１０における最も膜厚の厚い部分の上側主面と略同一あるいはそれよりも少し上に位置する。
【００５１】
固体撮像装置５は、その他の構成について、上記固体撮像装置１と同一である。
２．優位性
固体撮像装置５では、遮光膜１０６と遮光壁５１３との間に絶縁膜５１６が介挿されており、これにより遮光壁５１３で生じる応力が遮光膜１０６を介して半導体基板１００へと伝達されることが抑制される。よって、本実施の形態に係る固体撮像装置５では、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１が有する優位性に加えて、白キズなどの画質劣化を効果的に抑制することができる。
【００５２】
３．製造方法
固体撮像装置５の製造方法について、図１２を用い説明する。なお、図１２（ａ）の状態が、図３（ｂ）の状態に相当する。
図１２（ａ）に示すように、平坦化準備膜１０９１および絶縁膜１０７における遮光膜１０６上に溝１０９１ｈを形成する。この方法については、上記実施の形態１と同様である。
【００５３】
次に、図１２（ｂ）に示すように、溝１０９１ｈにおける内方底部に対し、絶縁膜５１６を積層する。なお、絶縁膜５１６の積層に際し、ＣＶＤ法などを用いる場合には、溝１０９１ｈの側壁にも絶縁膜が形成されることになり、遮光壁５１３の薄膜化を図ることができる。遮光壁５１３の薄膜化によっては、固体撮像装置５の感度を向上させることができる。
【００５４】
そして、図１２（ｃ）に示すように、絶縁膜５１６上に対し、スパッタリング法やＣＶＤ法を用い、Ｗ、ＴｉＮ、Ｔｉ、Ａｌなどのメタル材料を埋め込み、遮光壁５１３が形成される。この後は、図３（ｄ）〜図４（ｃ）と同様の方法を用いることで固体撮像装置５が完成する。
（実施の形態６）
実施の形態６に係る固体撮像装置６の構成について、図１３を用い説明する。なお、図１３では、上記実施の形態２に係る固体撮像装置２と同一構成を有する各部については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５５】
図１３に示すように、固体撮像装置６では、上記実施の形態２に係る固体撮像装置２と相違し、遮光膜１０６と遮光壁６１３との間に絶縁膜６１６が介挿されている。そして、遮光壁６１３は、そのＺ軸方向高さが絶縁膜６１６の膜厚分だけ短くなっているが、その上端については平坦化膜２１１の上側主面と略同一の高さあるいはそれよりも少し上に位置する。
【００５６】
固体撮像装置６は、その他の構成について、上記固体撮像装置２と同一である。
固体撮像装置６でも、上記固体撮像装置５と同様に、遮光膜１０６と遮光壁６１３との間に絶縁膜６１６が介挿されており、これにより遮光壁６１３で生じる応力が遮光膜１０６を介して半導体基板１００へと伝達されることが抑制される。よって、本実施の形態に係る固体撮像装置６では、上記実施の形態２に係る固体撮像装置２が有する優位性に加えて、白キズなどの画質劣化を効果的に抑制することができる。
【００５７】
（実施の形態７）
実施の形態７に係る固体撮像装置７の構成について、図１４を用い説明する。なお、図１４では、上記実施の形態３に係る固体撮像装置３と同一構成を有する各部については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１４に示すように、固体撮像装置７では、上記実施の形態３に係る固体撮像装置３と相違し、遮光膜１０６と遮光壁７１３との間に絶縁膜７１６が介挿されている。そして、遮光壁７１３は、そのＺ軸方向高さが絶縁膜７１６の膜厚分だけ短くなっているが、その上端については平坦化膜３１１の上側主面と略同一の高さあるいはそれよりも少し上に位置する。また、固体撮像装置７においても、遮光壁７１３の上端部分がテーパー状になっている。
【００５８】
固体撮像装置７は、その他の構成について、上記固体撮像装置３と同一である。
固体撮像装置７でも、上記固体撮像装置５、６と同様に、遮光膜１０６と遮光壁７１３との間に絶縁膜７１６が介挿されており、これにより遮光壁７１３で生じる応力が遮光膜１０６を介して半導体基板１００へと伝達されることが抑制される。よって、本実施の形態に係る固体撮像装置７では、上記実施の形態３に係る固体撮像装置３が有する優位性に加えて、白キズなどの画質劣化を効果的に抑制することができる。
【００５９】
（実施の形態８）
実施の形態８に係る固体撮像装置８の構成について、図１５を用い説明する。なお、図１５では、上記実施の形態４に係る固体撮像装置４と同一構成を有する各部については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１５に示すように、固体撮像装置８では、上記実施の形態４に係る固体撮像装置４と相違し、遮光膜１０６と遮光壁８１３との間に絶縁膜８１６が介挿されている。そして、遮光壁８１３の上には、平坦化膜４１４を介してフィルタ内遮光要素４１５が形成されており、フィルタ内遮光要素４１５の上側主面は、カラーフィルタ４１０における最も上側に位置する主面と略同一の高さである。そして、本実施の形態においても、平坦化膜４１４の膜厚は、５０〜１００［ｎｍ］であって、可視光帯域の光が隣接する撮像画素部に漏れ出すことはない。
【００６０】
固体撮像装置８は、その他の構成について、上記固体撮像装置４と同一である。
固体撮像装置８でも、上記固体撮像装置５〜７と同様に、遮光膜１０６と遮光壁８１３との間に絶縁膜８１６が介挿されており、これにより遮光壁８１３で生じる応力が遮光膜１０６を介して半導体基板１００へと伝達されることが抑制される。よって、本実施の形態に係る固体撮像装置８では、上記実施の形態４に係る固体撮像装置４が有する優位性に加えて、白キズなどの画質劣化を効果的に抑制することができる。
【００６１】
（その他の事項）
上記実施の形態１〜８では、ＣＣＤ型固体撮像装置１〜８を一例として説明をしてきたが、本発明は、ＣＣＤ型固体撮像装置に限らず、ＭＯＳ型固体撮像装置に対して適用することも可能である。具体的には、半導体基板の表面とトップレンズなどとの間に形成される複数の配線層に対して絶縁が確保できれば、ＣＣＤ型固体撮像装置と同様に、カラーフィルタと同等の高さあるいはそれよりも上方にまで達する遮光壁を設けることができる。このような構成を採用する場合には、上記同様の効果を得ることができる。
【００６２】
また、上記実施の形態１〜８では、層内レンズ１０８の形態を上向きに凸状としたが、必ずしもこれに限定を受けるものではなく、下側に凸状の層内レンズ、あるいは、両者を組み合わせた形態のものを採用することもできる。
また、上記実施の形態１〜８で採用した遮光壁１１３〜８１３の構成材料については、一例を示すものであって、必ずしもこれに限定を受けるものではない。ただし、無機材料を用いることが望ましい。
【００６３】
また、上記実施の形態４および実施の形態８におけるフィルタ内遮光要素４１５の構成材料についても、光の透過を防止あるいは抑制できさえすればよい。ただし、カラーフィルタの形成材料との関係において、有機材料を用いることが望ましい。
また、上記実施の形態４および実施の形態８における平坦化膜４１４については、より隣接画素との遮光を強化するために少なくとも無機遮光壁とブラック有機層間の平坦化膜４１４を省略することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、ディジタルムービーカメラやディジタルスティルカメラをはじめとする多くの用途に対応する固体撮像装置において、小型化および高画質化の両立を図るのに有用な技術である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施の形態１に係る固体撮像装置１の全体構成を示すブロック図である。
【図２】固体撮像装置１の構成の内、撮像画素部１１を抜き出して示す模式断面図である。
【図３】固体撮像装置１の製造過程の内、撮像画素部１１の製造過程の一部を示す工程図である。
【図４】固体撮像装置１の製造過程の内、撮像画素部１１の製造過程の一部を示す工程図である。
【図５】実施の形態２に係る固体撮像装置２の構成の内、撮像画素部を抜き出して示す模式断面図である。
【図６】固体撮像装置２の製造過程の内、撮像画素部の製造過程の一部を示す工程図である。
【図７】実施の形態３に係る固体撮像装置３の構成の内、撮像画素部を抜き出して示す模式断面図である。
【図８】実施の形態４に係る固体撮像装置４の構成の内、撮像画素部を抜き出して示す模式断面図である。
【図９】固体撮像装置４の製造過程の内、撮像画素部の製造過程の一部を示す工程図である。
【図１０】固体撮像装置４の製造過程の内、撮像画素部の製造過程の一部を示す工程図である。
【図１１】実施の形態５に係る固体撮像装置５の構成の内、撮像画素部を抜き出して示す模式断面図である。
【図１２】固体撮像装置５の製造過程の内、撮像画素部の製造過程の一部を示す工程図である。
【図１３】実施の形態６に係る固体撮像装置６の構成の内、撮像画素部を抜き出して示す模式断面図である。
【図１４】実施の形態７に係る固体撮像装置７の構成の内、撮像画素部を抜き出して示す模式断面図である。
【図１５】実施の形態８に係る固体撮像装置８の構成の内、撮像画素部を抜き出して示す模式断面図である。
【図１６】従来技術に係る固体撮像装置の構成の内、撮像画素部を抜き出して示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１〜８．固体撮像装置
１１．撮像画素部
１２．垂直ＣＣＤ部
１３．水平ＣＣＤ部
１４．アンプ部
１００．半導体基板
１０１．フォトダイオード
１０２．転送チャネル
１０３．ゲート絶縁膜
１０４．ポリシリコンゲート
１０５．層間絶縁膜
１０６．遮光膜
１０７．絶縁膜
１０８．層内レンズ
１０９、１１１、２１１、３１１、４１１、４１４．平坦化膜
１１０、３１０、４１０．カラーフィルタ
１１２、２１２、３１２．トップレンズ
１１３、２１３、３１３、４１３、５１３、６１３、７１３、８１３．遮光壁
４１５．フィルタ内遮光要素
５１６、６１６、７１６、８１６．絶縁膜
【図１】
2009021415.tif 000003
【図２】
2009021415.tif 000004
【図３】
2009021415.tif 000005
【図４】
2009021415.tif 000006
【図５】
2009021415.tif 000007
【図６】
2009021415.tif 000008
【図７】
2009021415.tif 000009
【図８】
2009021415.tif 000010
【図９】
2009021415.tif 000011
【図１０】
2009021415.tif 000012
【図１１】
2009021415.tif 000013
【図１２】
2009021415.tif 000014
【図１３】
2009021415.tif 000015
【図１４】
2009021415.tif 000016
【図１５】
2009021415.tif 000017
【図１６】
2009021415.tif 000018