JP6065448B2

JP6065448B2 - 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法及び電子機器

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Publication number: JP6065448B2
Application number: JP2012173188A
Authority: JP
Inventors: 貴幸榎本; 芳樹蛯子
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2012-08-03
Filing date: 2012-08-03
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-08-03
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Description

本発明は、裏面照射型の固体撮像装置とその製造方法及び電子機器に関する。

近年、基板上の配線層が形成される側とは反対側から光を照射する、裏面照射型の固体撮像装置が提案されている（下記特許文献１参照）。裏面照射型の固体撮像装置では、光照射面側に配線層や回路素子が形成されないため、基板に形成された受光部の開口率を高くできる他、入射光が配線層等に反射されることなく、受光面に入射されるので、感度の向上が図られる。また、裏面照射型構造は、ＣＣＤ(Charge Coupled Device)型固体撮像装置、及び、ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型固体撮像装置に適用することが可能である。

入射光は、カメラの撮影レンズの瞳位置と明るさ（ＦＦ値）に依存した主光線角度に加え、上下光線角度の広がりをもって入射する。その結果、他の画素のカラーフィルタを透過した斜めの光が、その画素とは異なる画素の受光部に入射し光電変換され、光学混色や感度低下という問題が発生する。

特許文献２の固体撮像装置は、光学混色を低減するために、光電変換部が配列された受光面の画素境界に絶縁層を介して遮光膜を設けている。

ここで、遮光膜は光照射側となる基板の裏面側の受光部間に形成することが好ましいが、遮光膜の高さに比例して基板と集光レンズ面との間の距離が長くなるため、集光特性の悪化が起こりうる。また、光電変換部が設けられている基板と遮光膜の間に位置する絶縁膜のからの斜め入射光による光学混色が懸念される。

特開平６−２８３７０２号公報特開２０１０−１８６８１８号公報

このような固体撮像装置において、集光特性の向上、及び、光学混色の低減等のさらなる特性向上が求められている。

本開示は、集光特性の向上が図られ、光学混色の低減等の特性をさらに向上させた固体撮像装置及びその製造方法を提供する。また、その固体撮像装置を用いた電子機器を提供する。

本開示の固体撮像装置は、基板と、基板に設けられた複数の光電変換部と、溝部と、埋め込み膜と、遮光膜とを有し、隣り合う光電変換部間に設けられた素子分離部を備える。溝部は、基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する。また、埋め込み膜は、溝部の内壁面を被覆するように溝部内に埋め込まれている。また、遮光膜は、溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が埋め込み膜に埋め込まれている。

本開示の固体撮像装置では、遮光膜が、溝部に埋め込まれた埋め込み膜に、少なくとも一部が埋め込まれるように形成されることで、基板と集光レンズとの間の距離が縮まり、集光特性の悪化を抑制できる。また、斜め入射光による光学混色を低減できる。

本開示の固体撮像装置の製造方法は、基板に設けられた複数の光電変換部を形成する工程と、隣り合う光電変換部間に、基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する溝部を形成する工程とを有する。次に、溝部の内壁面を被覆するように溝部内に埋め込まれた埋め込み膜と、溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が埋め込み膜に埋め込まれた遮光膜とを有する素子分離部を形成する工程を有する。

本開示の固体撮像装置の製造方法では、集光特性の悪化を抑制でき、斜め入射光による光学混色を低減できる固体撮像装置を得ることができる。

本開示の電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置から出力される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、基板と、基板に設けられた複数の光電変換部と、溝部と、埋め込み膜と、遮光膜とを有し、隣り合う光電変換部間に設けられた素子分離部を備える。溝部は、基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する。また、埋め込み膜は、溝部の内壁面を被覆するように溝部内に埋め込まれている。また、遮光膜は、溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が埋め込み膜に埋め込まれている。

本開示の電子機器では、集光特性の悪化を抑制でき、斜め入射光による光学混色を低減できる固体撮像装置を用いることにより、画質の向上が図られる。

本開示によれば、固体撮像装置において、集光特性の向上が図られ、光学混色の低減等、特性のさらなる向上が図られる。また、本開示の固体撮像装置の製造方法によれば、集光特性の向上が図られ、光学混色の低減等、特性のさらなる向上が図られた固体撮像装置を製造することができる。さらに、その固体撮像装置を用いることにより、画質の向上が図られた電子機器が得られる。

本開示の第１の実施形態に係る固体撮像素子の全体を示す概略構成図である。本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の４画素を含む領域の中心部分の平面レイアウトである。図２のＡ−Ｂ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。図４Ａ及び図４Ｂは、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その１）である。図５Ｃ及び図５Ｄは、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その２）である。図６Ｅ及び図６Ｆは、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その３）である。図７Ｇ及び図７Ｈは、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その４）である。比較例に係る固体撮像装置の要部の断面構成図である。変形例に係る固体撮像装置の要部の断面構成図である。図１０Ａ及び図１０Ｂは、変形例に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。図１１Ａは、第１の実施形態に係る固体撮像装置の４画素を含む領域の中心部分の平面レイアウトである。図１１Ｂは、図１１ＡのＡ−Ｂ線上に沿う断面構成図である。図１１Ｃは、図１１ＡのＢ−Ｃ線上に断面構成図である。図１２Ａは、本開示の第２の実施形態に係る固体撮像装置の４画素を含む領域の中心部分の平面レイアウトである。図１２Ｂは、図１２ＡのＡ−Ｂ線上に沿う断面構成図であり、図１２Ｃは、図１２ＡのＢ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。図１２ＡのＡ−Ｂ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。図１４Ａ及び図１４Ｂは、本開示の第２の実施形態の係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その１）である。図１５Ｃ及び図１５Ｄは、本開示の第２の実施形態の係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その２）である。図１６Ａは、半導体チップの平面レイアウトである。図１６Ｂは、半導体チップに設けられたガードリングのＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。図１６Ｃは、ガードリングのＢ−Ｂ線上に沿う断面構成図である。本開示の第３の実施形態に係る固体撮像装置の４画素を含む領域の中心部分の平面レイアウトである。図１７のＡ−Ｂ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。図１９Ａ及び図１９Ｂは、本開示の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その１）である。図２０Ｃ及び図２０Ｄは、本開示の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図（その２）である。変形例に係る固体撮像装置の要部の断面構成図である。本開示の第４の実施形態に係る電子機器の概略構成図である。

以下に、本開示の実施形態にかかる固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、電子機器の一例を、図１〜図２２を参照しながら説明する。本開示の実施形態は以下の順で説明する。なお、本開示は以下の例に限定されるものではない。
１．第１の実施形態：固体撮像装置
１−１固体撮像装置全体の構成
１−２要部の構成
１−３固体撮像装置の製造方法
１−４比較例
１−５変形例
１−６変形例に係る固体撮像装置の製造方法
２．第２の実施形態：固体撮像装置
２−１要部の構成
２−２固体撮像装置の製造方法
３．第３の実施形態：固体撮像装置
３−１要部の構成
３−２固体撮像装置の製造方法
３−３変形例
４．第４の実施形態：電子機器

〈第１の実施形態：固体撮像装置の例〉
［１−１固体撮像装置全体の構成］
図１は、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置１の全体を示す概略構成図である。本実施形態例の固体撮像装置１は、シリコンからなる基板１１上に配列された複数の画素２から構成される画素領域３と、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８等を有して構成される。

画素２は、フォトダイオードからなる光電変換部と、複数のＭＯＳトランジスタとから構成され、基板１１上に、２次元アレイ状に規則的に複数配列される。画素２を構成するＭＯＳトランジスタは、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ、アンプトランジスタで構成される４つのＭＯＳトランジスタであってもよく、また、選択トランジスタを除いた３つのＭＯＳトランジスタであってもよい。

画素領域３は、２次元アレイ状に規則的に複数配列された画素２から構成される。画素領域３は、実際に光を受光し光電変換によって生成された信号電荷を増幅してカラム信号処理回路５に読み出す有効画素領域と、黒レベルの基準になる光学的黒を出力するための黒基準画素領域（図示せず）とから構成されている。黒基準画素領域は、通常は、有効画素領域の外周部に形成されるものである。

制御回路８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、及び水平駆動回路６等の動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成する。そして、制御回路８で生成されたクロック信号や制御信号などは、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５及び水平駆動回路６等に入力される。

垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素領域３の各画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、各画素２のフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線を通してカラム信号処理回路５に供給する。

カラム信号処理回路５は、例えば、画素２の列毎に配置されており、１行分の画素２から出力される信号を画素列毎に黒基準画素領域（図示しないが、有効画素領域の周囲に形成される）からの信号によって、ノイズ除去や信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０とのあいだに設けられている。

水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を水平信号線１０に出力させる。

出力回路７は、カラム信号処理回路５の各々から水平信号線１０を通して、順次に供給される信号に対し信号処理を行い出力する。

［１−２要部の構成］
図２は、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置１の垂直方向及び水平方向に隣り合う４画素を含む領域の中心部分の平面レイアウトである。また、図３は、図２のＡ−Ｂ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。本実施形態の固体撮像装置１は、基板２２と、基板２２の表面側に形成された配線層２３と、支持基板２６とを備える。また、本実施形態の固体撮像装置１は、素子分離部３１と、平坦化膜３２と、カラーフィルタ層３３と、集光レンズ３４とをさらに備える。また、以下の説明では、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型として説明する。

基板２２は、シリコンからなる半導体基板で構成され、例えば１μｍ〜６μｍの厚みを有して形成されている。基板２２の画素領域３には、フォトダイオードからなる光電変換部３５と、画素回路部を構成する複数の画素トランジスタとから構成される画素が複数個、二次元マトリクス状に形成されている。

光電変換部３５は、基板２２の表面側及び裏面側に形成される第１導電型（以下ｐ型）半導体領域３６、３７と、その間に形成される第２導電型（以下ｎ型）半導体領域３８とで構成されている。光電変換部３５では、そのｐ型半導体領域３６、３７とｎ型半導体領域３８との間のｐｎ接合で主なフォトダイオードが構成されている。光電変換部３５では、入射した光の量に応じた信号電荷が生成され、ｎ型半導体領域３８に蓄積される。また、本実施形態では、基板２２の表面及び裏面にｐ型半導体領域３６、３７が形成されるので、基板２２の界面で発生する暗電流発生が抑制される。

また、各光電変換部３５は、ｐ型半導体領域で構成された画素分離層３９と、その画素分離層３９内に形成された素子分離部３１によって電気的に分離されている。画素分離層３９は、基板２２において、各光電変換部３５を区画するように格子状に設けられており、基板２２の裏面から、後述する画素トランジスタＴｒ１のソース・ドレイン領域４０が形成されるｐ−ウェル層４３に達する深さまで形成されている。

画素トランジスタＴｒ１は、基板２２に設けられたソース・ドレイン領域４０と、基板２２の表面側にゲート絶縁膜４２を介して設けられたゲート電極４１とで構成されている。ソース・ドレイン領域４０は、図３に示すように、基板２２の表面側に形成されたｐ−ウェル層４３に、ｎ型の不純物が高濃度にイオン注入されることで形成されたｎ型半導体領域で形成される。

画素２を駆動する画素トランジスタＴｒ１としては、例えば、転送トランジスタ、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ等が形成されるが、図３では画素トランジスタＴｒ１のうち、代表して転送トランジスタのみを図示している。

素子分離部３１は、基板２２の裏面側から深さ方向に設けられた溝部２７内に埋め込まれた負の固定電荷有する膜（以下、固定電荷膜２８）と、埋め込み膜２９と、遮光膜３０とで構成されている。素子分離部３１は、各画素２を区画するように格子状に設けられ、隣り合う光電変換部３５を電気的に分離するように設けられている。

溝部２７は、図３に示すように、基板２２の裏面側から深さ方向に形成され、溝部２７の側壁面には、段差部１５が設けられている。この段差部１５は、図２に示すように、水平方向、及び、垂直方向に隣り合う画素２間（光電変換部３５間）に設けられる溝部２７の対向する側壁面に設けられている。また、溝部２７の開口端から段差部１５にかけた側壁面と、段差部１５から溝部２７の底面にかけた側壁面とは、徐々に開口幅が小さくなるようなテーパー形状に形成されている。

段差部１５は、基板２２の深さ方向に溝部２７の開口幅が小さくなるように設けられている。本実施形態では、溝部２７に設けられた段差は１段としたが、複数設けてもよい。

また、溝部２７は、画素トランジスタＴｒ１のソース・ドレイン領域４０が形成されるｐ−ウェル層４３に達する深さに形成され、ソース・ドレイン領域４０には達しない深さに形成されている。本実施形態では、溝部２７は、画素トランジスタＴｒ１のｐ−ウェル層４３に達する深さに形成されているが、素子分離部３１の基板２２裏面側の端部がｐ型の半導体層に接するように形成されればよく、必ずしもｐ−ウェル層４３に達する深さでなくてもよい。本実施形態のように、ｐ型半導体層からなる画素分離層３９内に形成される場合には、ｐ−ウェル層４３に達しない構成でも絶縁分離の効果を得ることができる。

固定電荷膜２８は、溝部２７の側壁面及び底面に成膜されると共に、基板２２の裏面全面に形成されている。なお、以下の説明では、溝部２７の側壁面及び底面を合わせて、「内壁面」として説明する。固定電荷膜２８は、シリコン等の基板上に堆積することにより固定電荷を発生させてピニングを強化させることが可能な材料を用いることが好ましく、負の電荷を有する高屈折率材料膜または高誘電体膜を用いることができる。

固定電荷膜２８の具体的な材料としては、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）膜、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）膜、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）膜、酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）膜、及び酸化チタン（ＴｉＯ_２）膜で形成される。上記あげた種類の膜は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタのゲート絶縁膜等に用いられている実績があり、そのため成膜方法が確立されているので容易に成膜することができる。また、上記以外の材料としては、酸化ランタン（Ｌａ_２Ｏ_３）、酸化プラセオジム（Ｐｒ_２Ｏ_３）、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化ネオジム（Ｎｄ_２Ｏ_３）、酸化プロメチウム（Ｐｍ_２Ｏ_３）、酸化サマリウム（Ｓｍ_２Ｏ_３）、酸化ユウロピウム（Ｅｕ_２Ｏ_３）、酸化ガドリニウム（Ｇｄ_２Ｏ_３）、酸化テルビウム（Ｔｂ_２Ｏ_３）、酸化ジスプロシウム（Ｄｙ_２Ｏ_３）、酸化ホルミウム（Ｈｏ_２Ｏ_３）、酸化エルビウム（Ｅｒ_２Ｏ_３）、酸化ツリウム（Ｔｍ_２Ｏ_３）、酸化イッテルビウム（Ｙｂ_２Ｏ_３）、酸化ルテチウム（Ｌｕ_２Ｏ_３）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）等があげられる。さらに、上記負の固定電荷を有する固定電荷膜２８は、窒化ハフニウム膜、窒化アルミニウム膜、酸窒化ハフニウム膜または酸窒化アルミニウム膜で形成することも可能である。

上述の負の固定電荷を有する固定電荷膜２８の材料には、絶縁性を損なわない範囲で、膜中にシリコン（Ｓｉ）や窒素（Ｎ）が添加されていてもよい。その濃度は、膜の絶縁性が損なわれない範囲で適宜決定される。このように、シリコン（Ｓｉ）や窒素（Ｎ）が添加されることによって、膜の耐熱性やプロセスの中でイオン注入の素子能力を上げることが可能になる。

また、高誘電率材料としては、シリコン基板等でのピニング強化のために負の固定電荷膜２８を成膜後、反射防止膜を積層してもよい。

本実施形態では、溝部２７の内壁面及び基板２２の裏面に負の電荷を有する固定電荷膜２８が形成されているため、固定電荷膜２８に接する面に反転層が形成される。これにより、シリコン界面が反転層によりピニングされるため、暗電流の発生が抑制される。また、基板２２に溝部２７を形成する場合、溝部２７の内壁面に物理的ダメージが発生し、溝部２７の周辺部でピニング外れが発生する可能性がある。この問題点に対し、本実施形態では、溝部２７の内壁面に固定電荷を多く持つ固定電荷膜２８を形成することによりピニング外れが防止される。

埋め込み膜２９は、固定電荷膜２８が形成された溝部２７内に埋め込まれると共に、基板２２の裏面側全面を被覆するように形成されている。埋め込み膜２９の材料としては、固定電荷膜２８と異なる屈折率を有する材料で形成されていることが好ましく、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、及び樹脂を用いることができる。また、正の固定電荷を持たない、又は正の固定電荷が少ないという特徴を持つ材料を埋め込み膜２９に用いることができる。

そして、溝部２７に埋め込み膜２９が埋め込まれることにより、各画素を構成する光電変換部３５が埋め込み膜２９を介して分離される。これにより、隣接画素に信号電荷が漏れ込みにくくなるため、飽和電荷量を超えた信号電荷が発生した場合において、溢れた信号電荷が隣接する光電変換部３５へ漏れ込むことを低減することができる。このため、電子混色（ブルーミングの発生）を抑制することができる。

また、基板２２の入射面側となる裏面側に形成された固定電荷膜２８と埋め込み膜２９の２層構造はその屈折率の違いにより、反射防止膜の役割を有する。これにより、基板２２の裏面側から入射した光による基板２２の裏面側における反射が防止される。

遮光膜３０は、基板２２の裏面側に形成された固定電荷膜２８と埋め込み膜２９の上部であって、溝部２７の直上に対応する位置に形成され、隣接する画素２間（光電変換部３５間）の境界領域を遮光するように配置されている。また、遮光膜３０は、溝部２７に埋め込まれた埋め込み膜２９に、少なくとも一部が埋め込まれるように形成されており、本実施形態では、埋め込みの深さを、基板２２に設けられた溝部２７の開口端よりも上部に設定している。遮光膜３０を構成する材料としては、例えばタングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）又は銅（Ｃｕ）といった金属に加えて、光を吸収するカーボンブラックを用いてもよい。

本実施形態では、遮光膜３０の埋め込みの深さを、基板２２に設けられた溝部２７の開口端よりも上部に設定することで、膜ストレスの影響による画質低下や、暗電流発生を抑制できる。また、遮光膜３０が、溝部２７に埋め込まれた埋め込み膜２９に、少なくとも一部が埋め込まれるように形成されることで、斜め入射光による光学混色を低減できる。

平坦化膜３２は、遮光膜３０を含む埋め込み膜２９上全面に形成され、これにより基板２２の裏面側の面が平坦とされる。平坦化膜３２の材料としては、例えば、樹脂などの有機材料を用いることができる。

カラーフィルタ層３３は、平坦化膜３２上面に形成されており、画素毎に例えば、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）に対応して形成されている。カラーフィルタ層３３では、所望の波長の光が透過され、透過した光が基板２２の光電変換部３５に入射する。

集光レンズ３４は、カラーフィルタ層３３上面に形成されている。集光レンズ３４では、照射された光が集光され、集光された光はカラーフィルタ層３３を介して各光電変換部３５に効率よく入射する。

配線層２３は、基板２２の表面側に形成されており、層間絶縁膜２４を介して複数層（本実施例では３層）に積層された配線２５を有して構成されている。配線層２３に形成される配線２５を介して、画素２を構成する画素トランジスタＴｒ１が駆動される。

支持基板２６は、配線層２３の基板２２に面する側とは反対の面に形成されている。この支持基板２６は、製造段階で基板２２の強度を確保するために構成されているものであり、例えばシリコン基板により構成される。

［１−３固体撮像装置の製造方法］
次に、本実施形態の固体撮像装置の製造方法について説明する。図４Ａ〜図７Ｈは、本開示の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。

まず、図４Ａに示すように、基板２２に、光電変換部３５、画素トランジスタＴｒ１、画素分離層３９を形成した後、基板２２表面に層間絶縁膜２４と配線２５を交互に形成することで配線層２３を形成する。基板２２の表面に形成される光電変換部３５等の不純物領域は、所望の不純物を基板２２の表面側からイオン注入することで形成する。

本実施形態では、基板２２の表面には、例えばシリコン酸化膜からなるゲート絶縁膜４２を形成したのち、ゲート絶縁膜４２上部の所望の領域に、例えばポリシリコンからなるゲート電極４１を形成する。

また、図示を省略するが、配線層２３の形成時に、必要に応じて上下に隣り合う配線２５間、及び、配線２５と画素トランジスタＴｒ１との間にコンタクトビアを形成する。コンタクトビアは、層間絶縁膜２４にコンタクトコンタクトホールを形成し、所望の金属材料を埋め込むことで形成する。

続いて、図４Ｂに示すように、配線層２３の最上層にシリコン基板からなる支持基板２６を貼り合わせる。次に、図５Ｃに示すように、基板２２を反転させて、基板２２の裏面側を化学機械研磨（ＣＭＰ）法、ドライエッチング、ウェットエッチング等を用いて、基板２２の所望の厚さまで薄肉化する。なお、基板２２の研磨方法は、上記いずれか一つ、もしくはいくつかの手法を組み合わせても良い。

次に、図５Ｄに示すように、基板２２の各画素の境界、すなわち、画素分離層３９が形成された部分において、基板２２の裏面側から深さ方向に選択的にドライエッチングすることにより、所望の深さの溝部２７を形成する。

溝部２７を形成する工程では、基板２２の裏面側に、所望の開口を有するハードマスク６５を形成し、リソグラフィ、ドライエッチング加工により溝部２７を形成する。分光特性を考慮し、溝部２７の深さは、基板２２の裏面からより０．２μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることがより好ましい。また、溝部２７の開口幅ｗ１は、分光特性により、０．０２μｍであることが好ましい。溝部２７の開口幅ｗ１をより広く設定することにより溝部２７の加工が容易になるが、溝部２７の開口幅ｗ１が広いほど分光特性や飽和電荷量が低下するため、溝部２７の開口幅ｗ１は、０．０２μｍ程度であることがより望ましい。

ここで、ハードマスク６５に用いる膜は、ドライエッチング加工時に、例えば基板２２との選択比を得やすいＨＤＰ（High Density Plasma）、Ｐ−ＴＥＯＳ（Plasma Tetra Ethyl Oxysilane）等の低温にて成膜可能なＳｉＯ_２膜が望ましい。その他、ハードマスク６５としては、装置等の都合によりＰ-ＳｉＮ等のＳｉＮ膜、レジストマスクを用いても構わない。例えば、ＳｉＯ_２膜の場合、ハードマスク６５の膜厚は、０．１μｍ〜０．５μｍ程度であることが好ましい。

次に、図６Ｅに示すように、ハードマスク６５の上部に所定の領域が開口されたフォトレジスト６６を形成し、そのフォトレジスト６６をマスクとしてハードマスク６５をエッチングすることにより、ハードマスク６５の開口幅を広げる。すなわち、図６Ｅで形成されるハードマスク６５の開口幅ｗ２を、前段の図５Ｄで用いたハードマスク６５の開口幅ｗ１よりも広くする。なお、図６Ｅで形成されるハードマスク６５の開口幅ｗ２は、隣り合う光電変換部３５間に設けられる画素分離層３９の幅ｗ３よりも小さく設定する。ここでの、ハードマスク６５の一部を除去する方法は、高温ベーク処理であってもよい。

続いて、図６Ｆに示すように、フォトレジスト６６を除去した後、開口幅を拡大したハードマスク６５を介して基板２２を所定の深さまでドライエッチングする。このとき、基板２２に形成される溝部２７の底面がｐ−ウェル層４３に達する程度まで基板２２をエッチング除去する。ここでは、図５Ｄの工程におけるエッチング時に比較して、開口幅の大きいハードマスク６５を用いて基板２２がエッチングされるので、溝部２７の側壁面には、段差部１５が形成される。

本実施形態では、溝部２７の側壁面に設ける段差部１５を１段としたが、２段以上の複数段とする場合には、図６Ｅ及び図６Ｆの工程を繰り返すことで、溝部２７の側壁面に複数段の段差部を形成することができる。

上述のように、本実施形態では、２回の工程を経て溝部２７を加工することにより、段差部１５を形成することができる。これにより、後述する遮光膜３０は、少なくとも一部が埋め込み膜に埋め込まれるように形成できる。さらに、溝部２７の深さを任意に決定することで、遮光膜３０の埋め込みの深さを制御することができる。

次に、溝部２７の加工に用いたハードマスク６５を除去し、図７Ｇに示すように、ＣＶＤ法、スパッタリング法、ＡＬＤ法等を用いて、溝部２７の内壁面及び基板２２の裏面を被覆するように固定電荷膜２８を成膜する。その後、ＣＶＤ法等を用いて、溝部２７内に埋め込み膜２９を埋め込んで形成すると共に、基板２２の裏面側の固定電荷膜２８上面にも埋め込み膜２９を成膜する。

本実施形態では、溝部２７の側壁面に段差部１５が形成され、溝部２７の開口端側の開口幅が、溝部２７の底面側の開口幅よりも大きく形成されている。これにより、溝部２７内に埋め込み膜２９を成膜する場合、溝部２７の底面側では、溝部の開口端側よりも早い段階で埋め込み膜２９による埋め込みが完了する。したがって、埋め込み膜２９の成膜の厚さを調整することで、溝部２７に対応する位置の埋め込み膜２９表面に凹部４４を形成することができる。

次に、図７Ｈに示すように、埋め込み膜２９の上面全面に遮光膜３０を形成し、リソグラフィを用いて、画素上の遮光膜を除去する。これにより、図７Ｈに示すように光電変換部３５を開口し隣接する画素と画素の間を遮光する遮光膜３０を形成する。本実施形態では、埋め込み膜２９の溝部２７に対応する位置における表面には凹部４４が形成されている。このため、溝部２７上部に設けられる遮光膜３０の一部は、埋め込み膜２９の凹部４４に埋め込まれる。これにより、隣り合う画素２間には、固定電荷膜２８、埋め込み膜２９、及び遮光膜３０で構成される素子分離部３１が形成される。

続いて、通常の方法を用いて、平坦化膜３２、カラーフィルタ層３３、集光レンズ３４を形成することにより、図３に示す固体撮像装置１が完成する。

以上により、溝部２７に埋め込み膜２９が埋め込まれて形成された素子分離部３１によって画素分離がなされた固体撮像装置１が形成される。
本実施形態に係る固体撮像装置１では、各画素の光電変換部３５が、溝部２７に埋め込み膜２９が埋め込まれて形成された素子分離部３１によって分離されている。このため、光電変換部３５に蓄積された信号電荷の隣接する光電変換部３５側への漏れを、不純領域のみで分離する場合より低減することができる。この結果、光電変換部３５において飽和電荷量以上の信号電荷が生成された場合に、より効率的にソース・ドレイン領域４０へ掃き出せることが可能となる。これにより、電子混色（ブルーミングの発生）が抑制される。

また、上述した固体撮像装置１は、隣接する各画素２間（各光電変換部３５間）の境界領域を遮光するように配置され、少なくとも一部が埋め込み膜２９に埋め込まれた遮光膜３０を有する。このため、各画素の基板２２と集光レンズ３４との間の距離が縮まり、集光特性の悪化を抑制できる。また、斜め入射光による光学混色を低減できる。
さらに、例えば、遮光膜３０の埋め込みの深さを、基板２２に設けられた溝部２７の開口端よりも上部に設定した場合、膜ストレスによる画質低下や暗電流発生を抑制できる。

ここで、比較例を示し、本実施形態の固体撮像装置１がもたらす効果について説明する。

［１−４比較例］
図８は、比較例に係る固体撮像装置の要部の断面構成図である。図８において、図３に対応する部分に同一符号を付し、重複説明を省略する。

比較例に係る固体撮像装置５１は、溝部５２と、素子分離部５３の構成が、第１の実施形態と異なる例である。比較例の固体撮像装置５１では、溝部５２は段差部１５を設けない構成となっており、素子分離部５３は、溝部５２に順に埋め込んで形成された固定電荷膜２８と、埋め込み膜２９で構成されている。また、比較例に係る固体撮像装置５１に設けられた遮光膜６０は、隣接する画素２間（光電変換部３５間）の境界領域を遮光するように形成され、素子分離部５３より上部に設けられている。すなわち、比較例に係る固体撮像装置５１では、遮光膜６０は埋め込み膜２９に埋め込まれていない。

図８に示すように、比較例に係る固体撮像装置５１では、基板２２の裏面側の画素２間に遮光膜６０を形成する場合、基板２２と集光レンズ３４との間の距離は、遮光膜６０の高さに比例して長くなるため、集光特性の悪化が起こり得る。また、遮光膜６０を、溝部２７に埋め込まれた埋め込み膜２９の上部に形成する構造では、基板２２の裏面側に設けられた溝部２７の開口端と遮光膜６０との間の埋め込み膜２９から斜め入射光Ｌ１が漏れ込む。このため、斜め入射光Ｌ１による光学混色を完全に抑制できない。

一方、第１の実施形態に係る固体撮像装置１では、図３に示すように、遮光膜３０は、溝部２７に埋め込まれた埋め込み膜２９に少なくとも一部が埋め込まれるように形成されている。したがって、比較例と比べて基板２２と集光レンズ３４との間の距離が縮まることにより、集光特性の悪化を抑制できる。また、本実施形態に係る固体撮像装置１では、遮光膜３０が、溝部２７に埋め込まれた埋め込み膜２９に、少なくとも一部が埋め込まれるように形成されることで、斜め入射光Ｌ１による光学混色を低減できる。

ところで、本実施形態に係る固体撮像装置１では、遮光膜３０の一部が埋め込み膜２９に埋め込まれる構成としたが、遮光膜３０を構成する金属材料が基板２２まで入り込んだ場合、膜ストレスによる画素低下や暗電流の発生が起こる場合がある。本実施形態に係る固体撮像装置１では、図３に示すように、基板２２の裏面側に形成された溝部２７は段差部１５を有して構成されることにより、溝部２７の深い側での開口幅が、浅い側での開口幅よりも小さい。このため、溝部２７に固定電荷膜２８や埋め込み膜２９を埋め込んだ時点で、溝部２７の開口幅の狭い側（溝部２７の深い側）は、固定電荷膜２８及び埋め込み膜２９で閉じられるため、その後に形成する遮光膜３０が溝部２７の深い側には成膜されない。これにより、遮光膜３０が埋め込まれる深さを浅くすることができる。そして、本実施形態のように、遮光膜３０を基板２２に埋め込まない深さで形成することにより、膜ストレスによる暗電流発生を防ぐことができる。

また、本実施形態の固体撮像装置１では、溝部２７は画素トランジスタＴｒ１が形成されるｐ−ウェル層４３に達する深さに形成される。このため、素子分離部３１は隣り合う光電変換部３５間を電気的に分離するので、隣接画素に信号電荷が流れ込みにくくなる。したがって、飽和電荷量を超えた信号電荷が発生した場合において、溢れた信号電荷が隣接する光電変換部３５へ漏れ込むことを低減することができ、電子混色（ブルーミングの発生）を抑制することができる。

［１−５変形例］
次に、本実施形態の変形例に係る固体撮像装置７１として、遮光膜８０でカラーフィルタ層３３を分離する例を説明する。図９は、変形例に係る固体撮像装置の要部の断面構成図である。図９において、図３に対応する部分には同じ符号を付し、重複説明を省略する。

図９に示すように、変形例に係る固体撮像装置７１では、遮光膜８０は、基板２２の裏面側に形成された溝部２７に順に埋め込まれた固定電荷膜２８と埋め込み膜２９の上部に設けられており、カラーフィルタ層３３と同層に形成されている。すなわち、遮光膜８０は、隣り合う画素２間において、カラーフィルタ層３３の境界領域を遮光するように配置されている。また、遮光膜８０は、溝部２７に埋め込まれた埋め込み膜２９に、少なくとも一部が埋め込まれるように形成されている。さらに、本実施形態の変形例では遮光膜８０の埋め込みの深さを、基板２２に設けられた溝部２７の開口端よりも上部に設定する。

また、カラーフィルタ層３３は、埋め込み膜２９上面、かつ、遮光膜８０と同層に形成されており、画素毎に例えば、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）に対応して形成されている。カラーフィルタ層３３では、所望の波長の光が透過され、透過した光が基板２２の光電変換部３５に入射する。

このような固体撮像装置７１においても、各画素の光電変換部３５が、素子分離部３１によって分離されているため、電子混色（ブルーミングの発生）が抑制される。

また、変形例の固体撮像装置７１では、遮光膜８０は、少なくとも一部が埋め込み膜２９に埋め込まれるように形成されている。これにより、各画素の基板２２と集光レンズ３４との間の距離が縮まり、集光特性の悪化や斜め入射光を抑制できる等、本実施形態と同様の効果を得ることができる。

さらに、遮光膜８０でカラーフィルタ層３３を分離することによって、集光レンズを設けなくても集光できることから、瞳補正の必要がなく、分光、集光、感度特性の向上が図られる。

［１−６変形例に係る固体撮像装置の製造方法］
変形例に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。図１０Ａ及び１０Ｂは、変形例に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。図１０Ａ及び１０Ｂにおいて、図４Ａ〜図７Ｆに対応する部分には同じ符号を付し、重複説明を省略する。また、変形例において、溝部２７を形成するまでの工程は、図４Ａ〜図７Ｆで説明した工程と同様であるから、その後の工程から説明する。

基板２２の深さ方向に開口幅が小さくなるように段差部１５を形成した後、図１０Ａに示すように、溝部２７の内壁面及び基板２２の裏面を被覆するように固定電荷膜２８を成膜する。この固定電荷膜２８は、第１の実施形態と同様にして形成する。その後、ＣＶＤ法等を用いて、溝部２７内に埋め込み膜２９を埋め込んで形成すると共に、基板２２の裏面側の固定電荷膜２８上面にも埋め込み膜２９を成膜する。また、埋め込み膜２９の上面に成膜する遮光膜８０の厚さは、次の工程で形成するカラーフィルタ層３３と同等の厚さに形成する。

次に、図１０Ｂに示すように、フォトリソグラフィを用いて、画素上の遮光膜を除去する。これにより、光電変換部３５を開口し隣接する画素２間を遮光する遮光膜８０を形成する。

続いて、通常の方法を用いて、カラーフィルタ層３３を形成することにより、図９に示す固体撮像装置７１が完成する。

以上により、固体撮像装置７１では、遮光膜８０でカラーフィルタ層３３を分離することによって、カラーフィルタ層３３の表面で画素毎に光が分光されるため、集光レンズを設けなくても集光可能となる。このような固体撮像装置７１においても、各画素の光電変換部３５が、素子分離部３１によって分離されているため、電子混色（ブルーミングの発生）が抑制される。また、集光レンズを設けなくても集光できることから、瞳補正の必要がなく、分光、集光、感度特性の向上が図られる。

ここで、図１１Ａに、第１の実施形態に係る固体撮像装置の４画素を含む領域の中心部分の平面レイアウトを示し、図１１Ｂに、図１１ＡのＡ−Ｂ線上に沿う断面構成、図１１Ｃに、図１１ＡのＢ−Ｃ線上に断面構成を示す。

以下では、図１１Ａに示すＡ−Ｂ線上に沿う断面を第１の断面とし、Ｂ−Ｃ線上に沿う断面を第２の断面をして説明する。すなわち、第１の断面は、二次元マトリクス状に配置された画素２を水平方向（又は、垂直方向）に切断する断面であり、第２の断面は斜め方向に切断する断面である。

第１の実施形態に係る固体撮像装置１の素子分離部３１では、段差部１５を有する溝部２７が形成されることにより、遮光膜３０が埋め込み膜２９に埋め込まれた形状となる。

ところで、図１１Ｃに示すように、第２の断面では、図１１Ｂに示す第１の断面に比べて画素と画素との間の距離が大きい。このため、第２の断面では、第１の断面における溝部２７の開口幅ｗ２に比較して、溝部２７の開口幅ｗ４が広くなる。そうすると、埋め込み膜２９が溝部２７内にコンフォーマルに形成される場合、埋め込み膜２９表面に形成される凹部４４の深さが、第１の断面に比較して、第２の断面で深くなる。この結果、第２の断面における遮光膜３０の埋め込みの深さｙ２は、第１の断面の遮光膜３０の埋め込みの深さｙ１よりも深く形成される（ｙ１＜ｙ２）。

そこで、以下に、第１の断面及び第２の断面の遮光膜３０の埋め込みの深さを揃えることが可能な固体撮像装置の例を説明する。

〈第２の実施形態：固体撮像装置〉
［２−１要部の構成］
図１２Ａは、本開示の第２の実施形態に係る固体撮像装置の４画素を含む領域の中心部分の平面レイアウトである。図１２Ｂは、図１２ＡのＡ−Ｂ線上に沿う断面構成図であり、図１２Ｃは、図１２ＡのＢ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。

また、図１３は、図１２ＡのＡ−Ｂ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。図１３に示すように、本実施形態の固体撮像装置９１は、基板２２に形成された溝部及び溝部に設けられる素子分離部の構成が第１の実施形態と異なる例である。したがって、図１２Ａ〜Ｃ及び図１３において、図２に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。本実施形態の固体撮像装置９１は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置を例としたものである。本実施形態の固体撮像装置９１の全体構成は、図１と同様であるから、図示を省略する。ここでも、図１２Ａに示すＡ−Ｂ線上に沿う断面を第１の断面とし、Ｂ−Ｃ線上に沿う断面を第２の断面として説明する。

本実施形態の固体撮像装置９１では、第２の断面における素子分離部８１ｂは、基板２２の裏面側から深さ方向に形成された溝部８７ｂに順に埋め込んで形成された固定電荷膜２８と、埋め込み膜２９と、遮光膜９０ｂとで構成される。また、第２の断面における溝部８７ｂは、基板２２の裏面側から深さ方向に形成され、例えば、第１の断面における溝部８７ａの開口幅ｗ５と揃えるため、段差部１５を設けない構成となっている。

本実施形態では、第１の断面における溝部８７ａは、第１の実施形態に係る固体撮像装置における溝部２７と同様に、基板２２の裏面側から深さ方向に形成され、側壁面に段差部１５を有して構成される。また、溝部８７ａの開口端から段差部１５にかけた側壁面、及び、段差部１５から溝部８７ａの底面にかけた側壁面は、開口幅が連続して小さくなるようにテーパー形状に形成されている。

一方、第２の断面では、溝部８７ｂは、基板２２の裏面側から深さ方向に形成され、段差部１５を設けない構成となっている。また、溝部８７ｂは、断面形状がテーパー形状に形成されている。

本実施形態の固体撮像装置９１では、基板２２の裏面側に形成された第１の断面における溝部８７ａのみに段差部１５を設けることで、第１の断面における溝部８７ａ及び第２の断面における溝部８７ｂの開口幅ｗ５をほぼ同一にすることができる。これにより、第１の断面における素子分離部８１ａにおける遮光膜９０ａの埋め込む深さｙ１と、第２の断面における素子分離部８１ｂにおける遮光膜９０ｂの埋め込む深さｙ２を揃えることできる。以上より、第１の断面における素子分離部８１ａと、第２の断面における素子分離部８１ｂとの分光性能を揃えることができ、また、遮光に対する遮光性能を揃えることもできるので、分光設計が容易となる。

さらに、例えば、遮光膜９０ａ及び９０ｂを、基板２２に設けられた溝部８７ａ及び溝部８７ｂの開口端よりも上部に形成した場合、膜ストレスによる画質低下や暗電流発生を抑制できる。
その他、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

［２−２固体撮像装置の製造方法］
次に、本実施形態の固体撮像装置９１の製造方法を説明する。図１４Ａ〜図１５Ｄは、本開示の第２の実施形態の係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１４Ａ〜図１５Ｄは、図１１Ａにおける平面レイアウトのＡ−Ｂ−Ｃ線上に沿う断面構成図であり、図中の左側をＡ−Ｂ間の断面（第１の断面）、右側をＢ−Ｃ間の断面（第２の断面）とする。図４Ａ〜図５Ｃに対応する部分には同じ符号を付し、重複説明を省略する。また、本実施形態において、溝部を形成する前までの工程は、図４Ａ〜図５Ｃで説明した工程と同様であるから、説明を省略し、その後の工程から説明する。

図１４Ａに示す工程は、図５Ｄに相当する工程である。ここで、第２の断面は、図１２Ａに示すように、画素の水平方向に伸びる溝部と垂直方向に伸びる溝部とがクロスする領域である。したがって、第２の断面で形成される溝部８７ｂの開口幅ｗ５は、第１の断面で形成される溝部８７ａの開口幅ｗ１よりも広く形成される。

次に、図１４Ｂに示すように、フォトリソグラフィ法を用いて、第１の断面における溝部８７ａの開口端側の周辺に設けられたハードマスク６５が露出するような開口を有するフォトレジスト６６を形成する。このとき、フォトレジスト６６の開口幅ｗ５は、図１４Ａで形成した第２の断面における溝部８７ｂの開口幅ｗ５と同程度とする。そして、そのフォトレジスト６６を介してハードマスク６５をエッチングすることにより、第２の断面におけるハードマスク６５では、開口幅ｗ５の開口が形成される。なお、このとき、溝部８７ｂにおいては、フォトレジスト６６を溝全面に成膜する。

続いて、図１５Ｃに示すように、フォトレジスト６６を除去し、第２の断面においては、一部が取り除かれたハードマスク６５を介して基板２２を所定の深さまでエッチングする。これにより、第１の断面においてのみ、溝部８７ａの側壁面に段差部１５が形成される。ここで、第１の断面における溝部８７ａの開口端側の開口幅ｗ５は、第２の断面における溝部８７ｂの開口端側の開口幅ｗ５と同程度となる。

次に、溝部８７ａ及び溝部８７ｂの加工に用いたハードマスク６５を除去し、図１５Ｄに示すように、溝部８７ａ、８７ｂの内壁面、及び基板２２の裏面を被覆するように固定電荷膜２８を成膜する。この固定電荷膜２８は、第１の実施形態と同様にして形成する。その後、ＣＶＤ法等を用いて、溝部８７ａ、８７ｂ内に埋め込み膜２９を埋め込んで形成すると共に、基板２２の裏面側の固定電荷膜２８上面にも埋め込み膜２９を成膜する。

このとき、埋め込み膜２９は、それぞれの溝部８７ａ、８７ｂ内にほぼコンフォーマルに形成される。本実施形態では、溝部８７ａ、８７ｂとの開口端側の幅がほぼ同じである。また、本実施形態では、第１の断面の溝部８７ａの開口端側と、第２の断面の溝部８７ｂの開口端側では、埋め込み膜２９の埋め込みの量を溝部８７ａ、８７ｂの上部に凹部４４が形成される膜厚に調整した。この場合、溝部８７ａの上部に形成される凹部４４の深さと８７ｂの上部に形成される凹部４４の深さはほぼ同じになる。

次に、埋め込み膜２９の上面全面に遮光材料層を形成し、リソグラフィを用いて、画素２上の遮光材料層を除去する。これにより、図１５Ｄに示すように光電変換部３５を開口し隣接する画素２間を遮光する遮光膜９０ａ及び９０ｂを形成する。

続いて、通常の方法を用いて、平坦化膜３２、カラーフィルタ層３３、集光レンズ３４を形成することにより、図１３に示す固体撮像装置９１が完成する。

本実施形態では、第１の断面においてのみ溝部８７ａに段差部１５を設け、第１の断面及び第２の断面におけるそれぞれの溝部８７ａ、８７ｂの開口幅ｗ５がほぼ同一の固体撮像装置９１が形成される。そして、これにより、溝部８７ａ、８７ｂにおける埋め込み膜の埋め込み量もほぼ同じになる。
したがって、遮光膜９０ａを溝部８７ａの埋め込み膜２９に埋め込む深さｙ１と、遮光膜９０ｂを溝部８７ｂの埋め込み膜２９に埋め込む深さｙ２を揃えることできる。以上より、第１の断面における素子分離部８１ａと第２の断面における素子分離部８１ｂとで、分光性能を揃えることができ、また、遮光に対する遮光性能を揃えることもできるので、分光設計が容易となる。

本実施形態では、遮光膜９０ａ、９０ｂを基板２２に設けられた溝部８７ａ及び溝部８７ｂの開口端よりも上部に形成したが、開口端より下部に埋め込まれて形成してもよい。ここで、基板２２に設けられた溝部８７ａ及び溝部８７ｂの開口端よりも下部に埋め込まないように調整することで、膜ストレスの低減を図ることができる。

なお、本実施形態の固体撮像装置９１における素子分離部８１ａ及び８１ｂの構造は、半導体ウエハのダイシング加工にも応用できる。以下にこの例を説明する。

図１６Ａは、半導体チップの平面レイアウトである。図１６Ｂは、半導体チップに設けられたガードリングのＡ−Ａ線上に沿う断面構成図である。図１６Ｃは、ガードリングのＢ−Ｂ線上に沿う断面構成図である。図１６Ａ〜Ｃにおいて、図１２Ｂ及び１２Ｃに対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。

図１６Ａに示すように、本実施形態の固体撮像装置９１における素子分離部８１ａ及び８１ｂの構造を、半導体チップ９５のガードリング９６の部分に設けている。図１６ＡのＡ−Ａ線上に沿う断面は、ガードリングを水平方向（又は、垂直方向）に切断する断面であり、Ｂ−Ｂ線上に沿う断面は、ガードリングを斜め方向に切断する断面である。ここでも、図１６Ａに示すＡ−Ａ線上に沿う断面を第１の断面とし、Ｂ−Ｂ線上に沿う断面を第２の断面とする。第１の断面（Ａ−Ａ間）には、本実施形態で用いた素子分離部８１ａを設け、第２の断面（Ｂ−Ｂ間）には、本実施形態で用いた素子分離部８１ｂを設けている。これにより、クラック防止効果が得られる。

〈第３の実施形態：固体撮像装置〉
［３−１要部の構成］
次に、本開示の第３の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。本実施形態の固体撮像装置の全体構成は、図１と同様であるから、図示を省略する。図１７は、本開示の第３の実施形態に係る固体撮像装置の４画素を含む領域の中心部分の平面レイアウトである。図１８は、図１７のＡ−Ｂ−Ｃ線上に沿う断面構成図である。図１８において、図３に対応する部分には同一符号を付し、重複説明を省略する。本実施形態の固体撮像装置１０１は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置を例としたものである。本実施形態の固体撮像装置１０１の全体構成は、図１と同様であるから、図示を省略する。

本実施形態の固体撮像装置１０１は、溝部１０７と、素子分離部１１１の構成が、第１の実施形態に係る固体撮像装置１と異なる例である。

図１８に示すように、本実施形態の固体撮像装置１０１では、溝部１０７は、基板２２の裏面側から深さ方向に形成される。また、素子分離部１１１は、基板２２の裏面側から深さ方向に形成された溝部１０７に順に埋め込んで形成された固定電荷膜２８と、埋め込み膜２９とで構成される。本実施形態に係る固体撮像装置１０１において、遮光膜１００は、基板２２に設けられた溝部１０７の開口端上部に設けられ、埋め込み膜２９に埋め込まれて形成されている。

したがって、本実施形態に係る固体撮像装置１０１では、遮光膜１００は、基板２２に設けられた溝部１０７の開口端の上部、かつ、埋め込み膜２９に埋め込まれて形成されている。これにより、斜め入射光による光学混色を低減できる等、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

［３−２固体撮像装置の製造方法］
次に、本実施形態の固体撮像装置１０１の製造方法を説明する。図１９Ａ〜２０Ｄは、本開示の第３の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を示す工程図である。なお、図１９Ａ〜２０Ｄは、図１７における平面レイアウトのＡ−Ｂ−Ｃ線上に沿う断面である。図１９Ａ〜２０Ｄにおいて、図４Ａ〜図５Ｃに対応する部分には同じ符号を付し、重複説明を省略する。本実施形態において、溝部を形成する前までの工程は、図４Ａ〜図５Ｃで説明した工程と同様であるから、説明を省略し、その後の工程から説明する。

基板２２を薄肉化した後、図１９Ａに示すように、基板２２の各画素の境界、すなわち、画素分離層３９が形成された部分において、基板２２の裏面側から深さ方向に選択的にドライエッチングすることにより、所望の深さの溝部１０７を形成する。

溝部１０７を形成する工程では、基板２２の裏面側に、所望の開口を有するハードマスク６５を形成し、そのハードマスク６５を介してドライエッチングすることにより溝部１０７を形成する。分光特性を考慮し、溝部１０７の深さは、第１の実施形態と同様に形成する。

次に、図１９Ｂに示すように、溝部１０７の加工に用いたハードマスク６５を除去し、溝部１０７の内壁面及び基板２２の裏面を被覆するように固定電荷膜２８を成膜する。この固定電荷膜２８は、第１の実施形態と同様にして形成する。その後、ＣＶＤ法等を用いて、溝部２７内に埋め込み膜２９を埋め込んで形成すると共に、基板２２の裏面側の固定電荷膜２８上面にも埋め込み膜２９を成膜する。

次に、図２０Ｃに示すように、埋め込み膜２９の上部にフォトレジスト６６を成膜後、例えばリソグラフィ、ドライエッチング加工により、溝部１０７の開口端の上部の埋め込み膜２９に凹部１０８を形成する。

続いて、埋め込み膜２９の上面全面に遮光材料層を形成し、エッチバックすることにより、溝部１０７の内部に形成された遮光材料層以外の遮光材料層を除去する。これにより、図２０Ｄに示すように、溝部１０７の内部にのみ遮光膜１００が形成される。その後、カラーフィルタ層３３を形成することにより、図１８に示す固体撮像装置１０１が完成する。

本実施形態に係る固体撮像装置１０１では、遮光膜１００は、基板２２に設けられた溝部１０７の開口端の上部、かつ、埋め込み膜２９に埋め込まれて形成されている。これにより、斜め入射光による光学混色を低減できる等、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

［３−３変形例］
次に、本実施形態の変形例に係る固体撮像装置１２１として、カラーフィルタ層３３を遮光膜１１０で分離することによって、集光レンズを設けなくても集光可能な固体撮像装置の例を説明する。図２１は、変形例に係る固体撮像装置の要部の断面構成図である。図２１において、図９に対応する部分には同じ符号を付し、重複説明を省略する。

図２１に示すように、変形例では、遮光膜１１０は、基板２２の裏面側に形成された溝部１０７に順に埋め込まれた固定電荷膜２８と埋め込み膜２９の上部、かつ、カラーフィルタ層３３と同層に形成されている。また、隣接する画素２間（光電変換部３５間）の境界領域を遮光するように配置されている。さらに、遮光膜１１０は、基板２２に設けられた溝部１０７の開口端の上部に設けられ、かつ、埋め込み膜２９に埋め込まれて構成されている。

また、カラーフィルタ層３３は、埋め込み膜２９上面、かつ、遮光膜１１０と同層に形成されており、画素毎に例えば、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）に対応して形成されている。カラーフィルタ層３３では、所望の波長の光が透過され、透過した光が基板２２の光電変換部３５に入射する。

このような固体撮像装置１２１においても、遮光膜１１０でカラーフィルタ層３３を分離することによって、集光レンズを設けなくても集光できることから、瞳補正の必要がなく、分光、集光、感度特性の向上が図られる。
その他、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以上の第１〜第３の実施形態に係る固体撮像装置では、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置を例に説明したが、裏面照射型のＣＣＤ型固体撮像装置に適用することもできる。この場合も、遮光膜が、溝部に埋め込まれた埋め込み膜に少なくとも一部が埋め込まれるように形成されていること等により、上述した第１〜第３の実施形態における効果と同様の効果を得ることができる。

〈第４の実施形態：電子機器〉
次に、本開示の第４の実施形態に係る電子機器について説明する。図２２は、本開示の第４の実施形態に係る電子機器の概略構成図である。本実施形態の電子機器１３１は、固体撮像装置１３４と、光学レンズ１３２と、メカニカルシャッタ１３３と、駆動回路１３６と、信号処理回路１３５とを有する。本実施形態の電子機器１３１は、固体撮像装置１３４として上述した本開示の第１の実施形態における固体撮像装置１を電子機器(カメラ)に用いた場合の実施形態を示す。

光学レンズ１３２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１３４の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置１３４内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。メカニカルシャッタ１３３は、固体撮像装置１３４への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路１３６は、固体撮像装置１３４の転送動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路１３６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１３４の信号転送を行う。信号処理回路１３５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、メモリなどの記録媒体に記録され、あるいはモニタに出力される。

本実施形態の電子機器１３１では、固体撮像装置１３４において、深く形成された素子分離部により、電子混色（ブルーミング抑制）が可能となる。また、遮光膜が、溝部に埋め込まれた埋め込み膜に埋め込まれるように形成されることで、斜め入射光による光学混色を低減できる。さらに、遮光膜の埋め込みの深さを、溝部の開口端よりも上部に設定することで、膜ストレスの影響による画質低下や、暗電流発生を抑制できる。

固体撮像装置１３４を適用できる電子機器１３１としては、カメラに限られるものではなく、デジタルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置にも適用可能である。

本実施形態においては、固体撮像装置１３４として、第１の実施形態における固体撮像装置１を電子機器に用いる構成としたが、前述した第２及び第３の実施形態で製造した固体撮像装置を用いることもできる。

以上、第１〜第４の実施形態に本開示の実施形態を示したが、本開示は上述の例に限られるものではなく、趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が可能である。また、第１〜第４の実施形態に係る構成を組み合わせて構成することも可能である。

なお、本開示は、以下の構成をとることもできる。
（１）
基板と、
前記基板に設けられた複数の光電変換部と、
前記基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する溝部と、
前記溝部の内壁面を被覆するように前記溝部内に埋め込まれた埋め込み膜と、前記溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が前記埋め込み膜に埋め込まれた遮光膜とを有し、隣り合う前記光電変換部間に設けられた素子分離部と
を備える固体撮像装置。
（２）
素子分離部は、各光電変換部を囲むように格子状に形成されている
（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
前記段差部は、水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の内壁面にのみ設けられており、
前記水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅と、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅がほぼ同じになるように、前記溝部が設けられている
（１）又は（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
前記遮光膜は、前記基板に設けられた溝部の開口端よりも上部に形成されている
（１）〜（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（５）
前記遮光膜は、隣接する前記光電変換部間の境界領域を遮光するように配置されており、
水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さと、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さとが、ほぼ同じである
（１）〜（４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（６）
前記溝部の内壁面に接する膜は、固定電荷を有する膜である
（１）〜（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７）
前記基板上部に、画素毎に配置されたカラーフィルタ層を有し、
前記遮光膜は、前記カラーフィルタ層を画素毎に区画するように設けられている
（１）〜（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８）
前記固定電荷を有する膜は、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化ハフニウム、窒化アルミニウム、酸窒化ハフニウム、または、酸窒化アルミニウムで形成されている
（１）〜（７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（９）
前記遮光膜は、アルミニウム、タングステン、銅又はカーボンブラックで形成されている
（１）〜（８）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（１０）
基板に複数の光電変換部を形成する工程と、
隣り合う前記光電変換部間に、前記基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する溝部を形成する工程と、
前記溝部の内壁面を被覆するように前記溝部内に埋め込まれた埋め込み膜と、前記溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が前記埋め込み膜に埋め込まれた遮光膜とを有する素子分離部を形成する工程と、
を含む固体撮像装置の製造方法。
（１１）
前記素子分離部は、各光電変換部を囲むように格子状に形成する
（１０）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（１２）
前記段差部は、水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の内壁面にのみ形成し、
前記水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅と、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅がほぼ同じになるように、前記溝部を形成する
（１０）又は（１１）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（１３）
前記段差部を有する溝部は、開口幅の異なるマスクを用いた複数回のエッチングによって形成する
（１０）〜（１２）のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
（１４）
前記遮光膜は、隣接する前記光電変換部間の境界領域を遮光するように形成し、
水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さと、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さとが、ほぼ同じになるように、前記遮光膜を形成する
（１０）〜（１３）のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
（１５）
前記遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれる深さは、前記溝部に形成される前記埋め込み膜の膜厚で調整する
（１０）〜（１４）のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
（１６）
基板と、
前記基板に設けられた複数の光電変換部と、
前記基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する溝部と、
前記溝部の内壁面を被覆するように前記溝部内に埋め込まれた埋め込み膜と、前記溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が前記埋め込み膜に埋め込まれた遮光膜とを有し、隣り合う前記光電変換部間に設けられた素子分離部と
を備える固体撮像装置と、
前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路と、
を含む電子機器。

１、５１、７１、９１、１０１、１２１、１３４・・・固体撮像装置、２・・・画素、３・・・画素領域、４・・・垂直駆動回路、５・・・カラム信号処理回路、６・・・水平駆動回路、７・・・出力回路、８・・・制御回路、９・・・垂直信号回路、１０・・・水平信号線、１１、２２、３２、・・・基板、１５・・・段差部、２３・・・配線層、２４・・・層間絶縁膜、２５・・・配線、２６・・・支持基板、２７、５２、８７ａ、８７ｂ、１０７・・・溝部、２８・・・固定電荷膜、２９・・・埋め込み膜、３０、６０、８０、９０ａ、９０ｂ、１００、１１０・・・遮光膜、３１、５３、８１ａ、８１ｂ、１１１・・・素子分離部、３２・・・平坦化膜、３３・・・カラーフィルタ層、３４・・・集光レンズ、３５・・・光電変換部、３６、３７・・・ｐ型半導体領域、３８・・・ｎ型半導体領域、３９・・・画素分離層、４０・・・ソース・ドレイン領域、４１・・・ゲート電極、４２・・・ゲート絶縁膜、４２・・・ゲート電極、４３・・・ｐ−ウェル層、４４、１０８・・・凹部、６５・・・ハードマスク、６６・・・フォトレジスト、９５・・・半導体チップ、９６・・・ガードリング、１３１・・・電子機器、１３２・・・光学レンズ、１３３・・・メカニカルシャッタ、１３５・・・信号処理回路、１３６・・・駆動回路

Claims

基板と、
前記基板に設けられた複数の光電変換部と、
前記基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する溝部と、
前記溝部の内壁面を被覆するように前記溝部内に埋め込まれた埋め込み膜と、前記溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が前記埋め込み膜に埋め込まれた遮光膜とを有し、隣り合う前記光電変換部間に設けられた素子分離部とを備え、
素子分離部は、各光電変換部を囲むように格子状に形成され、
前記段差部は、水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の内壁面にのみ設けられており、
前記水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅と、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅がほぼ同じになるように、前記溝部が設けられている
固体撮像装置。
前記遮光膜は、前記基板に設けられた溝部の開口端よりも上部に形成されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
前記遮光膜は、隣接する前記光電変換部間の境界領域を遮光するように配置されており、
水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さと、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さとが、ほぼ同じである
請求項１または２に記載の固体撮像装置。
前記溝部の内壁面に接する膜は、固定電荷を有する膜である
請求項１〜３の何れか１項に記載の固体撮像装置。
前記固定電荷を有する膜は、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化タンタル、酸化チタン、酸化ランタン、酸化プラセオジム、酸化セリウム、酸化ネオジム、酸化プロメチウム、酸化サマリウム、酸化ユウロピウム、酸化ガドリニウム、酸化テルビウム、酸化ジスプロシウム、酸化ホルミウム、酸化エルビウム、酸化ツリウム、酸化イッテルビウム、酸化ルテチウム、酸化イットリウム、窒化ハフニウム、窒化アルミニウム、酸窒化ハフニウム、または、酸窒化アルミニウムで形成されている
請求項４に記載の固体撮像装置。
前記基板上部に、画素毎に配置されたカラーフィルタ層を有し、
前記遮光膜は、前記カラーフィルタ層を画素毎に区画するように設けられている
請求項１〜５の何れか１項に記載の固体撮像装置。
前記遮光膜は、アルミニウム、タングステン、銅又はカーボンブラックで形成されている
請求項１〜６の何れか１項に記載の固体撮像装置。
基板に複数の光電変換部を形成する工程と、
隣り合う前記光電変換部間に、前記基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する溝部を形成する工程と、
前記溝部の内壁面を被覆するように前記溝部内に埋め込まれた埋め込み膜と、前記溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が前記埋め込み膜に埋め込まれた遮光膜とを有する素子分離部を形成する工程とを含み、
前記素子分離部は、各光電変換部を囲むように格子状に形成し、
前記段差部は、水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の内壁面にのみ形成し、
前記水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅と、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅がほぼ同じになるように、前記溝部を形成する
固体撮像装置の製造方法。
前記段差部を有する溝部は、開口幅の異なるマスクを用いた複数回のエッチングによって形成する
請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記遮光膜は、隣接する前記光電変換部間の境界領域を遮光するように形成し、
水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さと、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれた深さとが、ほぼ同じになるように、前記遮光膜を形成する
請求項８または９に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記遮光膜の前記埋め込み膜に埋め込まれる深さは、前記溝部に形成される前記埋め込み膜の膜厚で調整する
請求項８〜１０の何れか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
固体撮像装置と、前記固体撮像装置から出力される出力信号を処理する信号処理回路とを含み、
前記固体撮像装置は、
基板と、
前記基板に設けられた複数の光電変換部と、
前記基板の深さ方向に開口幅が小さくなるように設けられた段差部を有する溝部と、
前記溝部の内壁面を被覆するように前記溝部内に埋め込まれた埋め込み膜と、前記溝部の直上に設けられ、少なくとも一部が前記埋め込み膜に埋め込まれた遮光膜とを有し、隣り合う前記光電変換部間に設けられた素子分離部とを備え、
前記素子分離部は、各光電変換部を囲むように格子状に形成され、
前記段差部は、水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の内壁面にのみ設けられており、
前記水平方向、及び、垂直方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅と、斜め方向に隣り合う光電変換部間に位置する溝部の開口端の幅がほぼ同じになるように、前記溝部が設けられている
電子機器。