JP2010118412A

JP2010118412A - Solid-state imaging apparatus, and method of manufacturing the same

Info

Publication number: JP2010118412A
Application number: JP2008289203A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Amikawa; 裕之網川; Shuichi Mayumi; 周一真弓
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-11-11
Filing date: 2008-11-11
Publication date: 2010-05-27

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging apparatus capable of obtaining an image of high quality by enhancing color separation characteristics and sensitivity, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The solid-state imaging apparatus has a plurality of pixels arranged in two dimensions to form an imaging region, and each of the pixels includes a photoelectric conversion portion 130 provided in a semiconductor substrate 131 and converting light into an electric charge signal, a microlens 110 provided on a first surface of the semiconductor substrate 131 and condensing light incident on the first surface on the photoelectric conversion portion 130, a gate electrode 141 provided on a second surface of the semiconductor substrate 131 on the opposite side from the first surface and controlling a read of signal charges accumulated in the photoelectric conversion portion 130, and a reflecting film 150 provided on the second surface, the reflecting film 150 having a curved-surface shape for reflecting the light incident on the first surface through the microlens 110 and transmitted through the semiconductor substrate 131 to the photoelectric conversion portion 130. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、回路部が配置される半導体基板の表面と反対側にある、半導体基板の裏面に光電変換部の受光面が配置された裏面照射型の固体撮像装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a back-illuminated solid-state imaging device in which a light receiving surface of a photoelectric conversion unit is disposed on the back surface of a semiconductor substrate on the opposite side of the surface of the semiconductor substrate on which a circuit unit is disposed, and a manufacturing method thereof.

近年、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等の固体撮像装置では、チップ面積の小型化及び画素数の増加が進んでおり、それらの両方に対応するために１画素あたりの面積の縮小が必要不可欠となっている。それに伴い、回路部が配置されたチップ基板（半導体基板）の表面側より光が入射される固体撮像装置では、回路部の配線や電極により光が遮断され、光電変換部で十分な光が得られなくなっている。このような問題を解決する技術として、配線や電極のない半導体基板の裏面側より光を入射させ、半導体基板内部で光電変換を行うことで、効率よく光電変換部に十分な光を得るようにした裏面照射型の固体撮像装置が報告されている（例えば、特許文献１参照）。 In recent years, in a solid-state imaging device such as a CCD image sensor or a CMOS image sensor, the chip area has been reduced and the number of pixels has been increased, and it is indispensable to reduce the area per pixel in order to cope with both of them. It has become. Accordingly, in a solid-state imaging device in which light is incident from the surface side of the chip substrate (semiconductor substrate) on which the circuit unit is arranged, light is blocked by the wiring and electrodes of the circuit unit, and sufficient light is obtained by the photoelectric conversion unit. It is no longer possible. As a technique for solving such problems, light is incident from the back side of a semiconductor substrate without wiring and electrodes, and photoelectric conversion is performed inside the semiconductor substrate so that sufficient light is efficiently obtained in the photoelectric conversion unit. A back-illuminated solid-state imaging device has been reported (see, for example, Patent Document 1).

図１０は、特許文献１に示された従来技術としての裏面照射型の固体撮像装置の断面図である。 FIG. 10 is a cross-sectional view of a back-illuminated solid-state imaging device as a prior art disclosed in Patent Document 1.

図１０より、半導体基板６３１の光６０１の入射面側（裏面側）には、マイクロレンズ６１０、カラーフィルタ６２０ａ及び６２０ｂ、並びに層間絶縁膜６４０ｃ及び６４０ｄが形成されている。半導体基板６３１中には、光６０１を信号電荷に変換する光電変換部（フォトダイオード）６３０、素子分離６３２及びフローティングディフュージョン部６３３が形成されている。半導体基板６３１の光６０１の入射面と反対側（表面側）には、ＭＯＳトランジスタのゲート電極６４１及びゲート酸化膜６４２、層間絶縁膜６４０ａ及び６４０ｂ、反射膜６５０、並びに配線６６０が形成されている。 10, the microlens 610, the color filters 620a and 620b, and the interlayer insulating films 640c and 640d are formed on the incident surface side (back surface side) of the light 601 of the semiconductor substrate 631. In the semiconductor substrate 631, a photoelectric conversion unit (photodiode) 630 that converts light 601 into signal charges, an element isolation 632, and a floating diffusion unit 633 are formed. A gate electrode 641 and a gate oxide film 642 of the MOS transistor, interlayer insulating films 640a and 640b, a reflective film 650, and a wiring 660 are formed on the opposite side (front side) of the light incident surface of the semiconductor substrate 631. .

このような裏面照射型構造の固体撮像装置の場合、半導体基板６３１の裏面側より光６０１が入射し、入射した光６０１はマイクロレンズ６１０により半導体基板６３１中の光電変換部６３０にて集光され、光電変換される。しかし、半導体基板６３１に入射した光６０１は完全に光電変換部６３０で吸収されず、その一部は透過して半導体基板６３１の表面側から出射される。従って、光電変換部６３０（半導体基板６３１）を透過した光６０１が配線６６０により様々な方向へ反射するのを防ぐため、ダミーメタルやシリサイド膜から構成される反射膜６５０が光電変換部６３０上方に設けられている。
特開２００６−１２０８０５号公報 In the case of such a backside illumination type solid-state imaging device, light 601 is incident from the back surface side of the semiconductor substrate 631, and the incident light 601 is collected by the photoelectric conversion unit 630 in the semiconductor substrate 631 by the microlens 610. , Photoelectric conversion. However, the light 601 incident on the semiconductor substrate 631 is not completely absorbed by the photoelectric conversion unit 630, and part of the light is transmitted and emitted from the surface side of the semiconductor substrate 631. Therefore, in order to prevent the light 601 transmitted through the photoelectric conversion unit 630 (semiconductor substrate 631) from being reflected in various directions by the wiring 660, a reflection film 650 made of a dummy metal or a silicide film is disposed above the photoelectric conversion unit 630. Is provided.
JP 2006-120805 A

ところで、図１０に示した従来技術の固体撮像装置では、マイクロレンズ６１０を通った光６０１は、マイクロレンズ６１０の焦点が光電変換部６３０にあるため、焦点を中心に広がりながら半導体基板６３１の表面側に透過する。この透過した光６０１は平坦な反射膜６５０で反射され、再度光電変換部６３０へ戻ってくる。しかし、反射膜６５０に対して斜め方向の光が反射膜６５０に入射すると、透過してきた光電変換部６３０とは別の光電変換部６３０に反射光６０５ａが入射し、また配線６６０に反射光６０５ｂが到達する。従って、図１０の固体撮像装置は色分離特性が悪化するという課題を有している。 By the way, in the solid-state imaging device of the prior art shown in FIG. 10, the light 601 that has passed through the microlens 610 has the focal point of the microlens 610 at the photoelectric conversion unit 630. Permeate to the side. The transmitted light 601 is reflected by the flat reflective film 650 and returns to the photoelectric conversion unit 630 again. However, when light oblique to the reflective film 650 is incident on the reflective film 650, the reflected light 605a is incident on the photoelectric conversion unit 630 different from the transmitted photoelectric conversion unit 630, and the reflected light 605b is incident on the wiring 660. Reach. Therefore, the solid-state imaging device of FIG. 10 has a problem that the color separation characteristics deteriorate.

また、シリサイド膜による反射膜６５０はその薄さから、強い光が入射した時には十分に光を反射できない。従って、図１０の固体撮像装置は、半導体基板６３１の裏面側から入射した光６０１を効率的に光電変換部６３０に導くことができず、感度が低下するという課題を有している。 Further, the reflective film 650 made of a silicide film cannot sufficiently reflect light when strong light is incident due to its thinness. Therefore, the solid-state imaging device of FIG. 10 has a problem that the light 601 incident from the back side of the semiconductor substrate 631 cannot be efficiently guided to the photoelectric conversion unit 630, and the sensitivity is lowered.

そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、色分離特性及び感度を向上させて高画質の画像を得ることが可能な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。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of obtaining a high-quality image by improving color separation characteristics and sensitivity, and a manufacturing method thereof.

上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、複数の画素が２次元状に配置されて撮像領域が構成された固体撮像装置であって、１つの前記画素は、半導体基板内に設けられ、光を電荷信号に変換する光電変換部と、前記半導体基板の第１面上に設けられ、前記第１面に入射する光を前記光電変換部上に集光させるマイクロレンズと、前記半導体基板の前記第１面と反対側の第２面上に設けられ、前記光電変換部に蓄積された信号電荷の読出しを制御する周辺回路と、前記第２面上に設けられた反射膜とを備え、前記反射膜は、前記マイクロレンズを介して前記第１面に入射し、前記半導体基板を透過した光を前記光電変換部に反射する曲面形状を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention is a solid-state imaging device in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged to form an imaging region, and one of the pixels is disposed in a semiconductor substrate. A photoelectric conversion unit that converts light into a charge signal; a microlens that is provided on the first surface of the semiconductor substrate and focuses light incident on the first surface on the photoelectric conversion unit; A peripheral circuit that is provided on a second surface opposite to the first surface of the semiconductor substrate and that controls reading of signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit; and a reflective film provided on the second surface; The reflective film has a curved surface shape that reflects light incident on the first surface through the microlens and transmitted through the semiconductor substrate to the photoelectric conversion unit.

これによって、光電変換部に光が入射する面を半導体基板の第１面（裏面）に配置した裏面照射型の固体撮像装置において、半導体基板の第２面（表面）上に曲面形状を持つ反射膜が配置される。従って、第１面から入射し半導体基板を透過して第２面から出射された透過光を、透過光の出射方向に関わらず反射させ、既に透過してきた画素の光電変換部に再度集光させることが可能となり、感度を向上させることができる。同時に、既に透過してきた画素とは別の画素の光電変換部に透過光が入射することを防ぎ、色分離特性を向上させることができる。その結果、高画質の画像を得ることが可能な固体撮像装置を実現できる。 Thus, in the backside illumination type solid-state imaging device in which the light incident surface on the photoelectric conversion unit is arranged on the first surface (back surface) of the semiconductor substrate, the reflection having a curved surface shape on the second surface (front surface) of the semiconductor substrate. A membrane is placed. Therefore, the transmitted light incident from the first surface, transmitted through the semiconductor substrate and emitted from the second surface is reflected regardless of the direction in which the transmitted light is emitted, and is condensed again on the photoelectric conversion unit of the already transmitted pixel. And the sensitivity can be improved. At the same time, it is possible to prevent transmitted light from entering a photoelectric conversion unit of a pixel other than the pixel that has already been transmitted, and to improve color separation characteristics. As a result, a solid-state imaging device capable of obtaining high-quality images can be realized.

ここで、前記第２面に対して垂直方向から眺めたときの前記反射膜の面積は、前記第１面に対して垂直方向から眺めたときの前記マイクロレンズの面積よりも小さくてもよい。 Here, the area of the reflective film when viewed from the direction perpendicular to the second surface may be smaller than the area of the microlens when viewed from the direction perpendicular to the first surface.

これによって、反射膜の面積を小さくし、隣接する配線層の設計の自由度を上げることができる。 As a result, the area of the reflective film can be reduced, and the degree of freedom in designing adjacent wiring layers can be increased.

また、前記撮像領域の周辺部の画素において、前記光電変換部の前記撮像領域の中央部に向かう方向における中心と、前記マイクロレンズの前記撮像領域の中央部に向かう方向における中心とはずれており、前記ずれの量は、前記撮像領域の中心部より離れた画素ほどより大きくてもよい。 Further, in the pixels in the peripheral portion of the imaging region, the center in the direction toward the central portion of the imaging region of the photoelectric conversion unit is off the center in the direction toward the central portion of the imaging region of the microlens, The amount of the shift may be larger as the pixel is farther from the center of the imaging region.

これによって、撮像領域の中心部から距離が離れた周辺部の画素において斜めに入射する光の集光位置と、撮像領域の中心部の画素において垂直に入射する光の集光位置とを同じにすることができる。従って、撮像領域の周辺部の画素において、光電変換部に対する反射膜の位置をシフトさせなくても光電変換部を透過した光を再度、同じ光電変換部に集光させることができる。その結果、感度及び色分離特性を更に向上させ、更に高画質の画像を得ることが可能な固体撮像装置を実現できる。 As a result, the condensing position of the light incident obliquely in the peripheral pixels at a distance from the central portion of the imaging area is the same as the condensing position of the light incident perpendicularly in the central pixels of the imaging area. can do. Therefore, in the pixels in the periphery of the imaging region, the light transmitted through the photoelectric conversion unit can be condensed again on the same photoelectric conversion unit without shifting the position of the reflective film with respect to the photoelectric conversion unit. As a result, it is possible to realize a solid-state imaging device capable of further improving sensitivity and color separation characteristics and obtaining a higher quality image.

また、前記反射膜は、金属膜または合金膜であってもよい。
これによって、反射膜の形成において、従来のＭＯＳプロセスを用いることが可能となる。その結果、必要な領域にだけ反射膜を形成することが容易になり、光電変換部を透過した光を確実に再度同じ光電変換部に集光させる反射膜を形成することができる。 The reflective film may be a metal film or an alloy film.
This makes it possible to use a conventional MOS process in forming the reflective film. As a result, it is easy to form a reflective film only in a necessary region, and it is possible to form a reflective film that reliably collects the light transmitted through the photoelectric conversion unit on the same photoelectric conversion unit again.

さらに、反射膜が電気伝導を持つ材料で構成されるので、画素の電源配線、あるいは半導体基板の電位を固定するための配線として反射膜を用いることが可能となる。その結果、画素の電源配線を強化し、また信号振幅が画素の配置位置に依存して一定の傾きとなること(シェーディング)を防止することができる。 Furthermore, since the reflective film is made of a material having electrical conductivity, the reflective film can be used as a power supply wiring of the pixel or a wiring for fixing the potential of the semiconductor substrate. As a result, the power supply wiring of the pixel can be strengthened, and the signal amplitude can be prevented from having a constant inclination (shading) depending on the arrangement position of the pixel.

また、前記１つの画素は、さらに、前記反射膜と前記半導体基板とを電気的に接続し、前記半導体基板の電位を固定するコンタクトを備えてもよい。このとき、前記反射膜は、電源電圧に電位固定されてもよい。 The one pixel may further include a contact that electrically connects the reflective film and the semiconductor substrate and fixes a potential of the semiconductor substrate. At this time, the reflection film may be fixed to a power supply voltage.

これによって、半導体基板の電位が安定し、シェーディングを防止することが出来る。
また、前記コンタクトは、前記光電変換部と前記反射膜との間の領域以外に形成されてもよい。 Thereby, the potential of the semiconductor substrate is stabilized and shading can be prevented.
The contact may be formed in a region other than the region between the photoelectric conversion unit and the reflective film.

これによって、半導体基板の透過光がコンタクトにより散乱されることを防ぐことができる。 Thereby, the transmitted light of the semiconductor substrate can be prevented from being scattered by the contact.

また、前記反射膜は、前記光電変換部から出力された信号電荷を保持するキャパシタの金属層として形成されていてもよい。 The reflective film may be formed as a metal layer of a capacitor that holds the signal charge output from the photoelectric conversion unit.

これによって、半導体基板の透過光を反射しつつ、光電変換部で発生した信号電荷を一時的に保持する容量の一部として反射膜を用いることが可能となる。従って、反射膜と容量とを別々に形成するより、プロセス工程数を削減し、また画素の信号線や電源配線等の配線レイアウトの自由度を上げることが可能となる。 Accordingly, it is possible to use the reflective film as a part of the capacitor that temporarily holds the signal charge generated in the photoelectric conversion unit while reflecting the light transmitted through the semiconductor substrate. Therefore, it is possible to reduce the number of process steps and increase the degree of freedom of wiring layout such as pixel signal lines and power supply wirings, rather than forming the reflective film and the capacitor separately.

また、容量を構成する金属層は曲率を持つため、平行平板で容量を形成するより単位面積あたりの容量を大きくすることができる。 Moreover, since the metal layer which comprises a capacity | capacitance has a curvature, the capacity | capacitance per unit area can be enlarged rather than forming a capacity | capacitance with a parallel plate.

また、本発明は、複数の画素が２次元状に配置されて撮像領域が構成され、１つの前記画素が、半導体基板内に設けられ、入射光を電荷信号に変換する光電変換部と、前記半導体基板の第１面上に設けられ、前記第１面に入射する光を前記光電変換部上に集光させるマイクロレンズと、前記半導体基板の前記第１面と反対側の第２面上に設けられ、前記光電変換部に蓄積された信号電荷の読出しを制御する周辺回路と前記第２面上に設けられた反射膜とを備え、前記反射膜は、前記マイクロレンズを介して前記第１面に入射し、前記半導体基板を透過した光を前記光電変換部に反射する曲面形状を有する固体撮像装置の製造方法であって、前記第２面上に第１透明材料を形成し、前記光電変換部の上方の前記第１透明材料上に局所的に第２透明材料を形成し、前記第２透明材料を覆うように前記第１透明材料及び前記第２透明材料上に第３透明材料を形成した後、前記第３透明材料上に反射材料を形成し、前記光電変換部の上方の前記反射材料が残るように前記反射材料を除去して前記反射膜とする固体撮像装置の製造方法とすることもできる。 According to the present invention, a plurality of pixels are two-dimensionally arranged to form an imaging region, and the one pixel is provided in a semiconductor substrate, and a photoelectric conversion unit that converts incident light into a charge signal; A microlens that is provided on the first surface of the semiconductor substrate and collects light incident on the first surface on the photoelectric conversion unit; and a second surface opposite to the first surface of the semiconductor substrate. A peripheral circuit that controls reading of signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit and a reflective film provided on the second surface, and the reflective film is connected to the first through the microlens. A method of manufacturing a solid-state imaging device having a curved shape that reflects light incident on a surface and transmitted through the semiconductor substrate to the photoelectric conversion unit, wherein a first transparent material is formed on the second surface, and the photoelectric A second transparent portion is locally formed on the first transparent material above the conversion portion. Forming a material, forming a third transparent material on the first transparent material and the second transparent material so as to cover the second transparent material, forming a reflective material on the third transparent material, A method of manufacturing a solid-state imaging device in which the reflective material is removed to form the reflective film so that the reflective material above the photoelectric conversion unit remains may be used.

これによって、色分離特性及び感度を向上させて高画質の画像を得ることが可能な固体撮像装置の製造方法を実現できる。 Accordingly, it is possible to realize a method for manufacturing a solid-state imaging device capable of improving the color separation characteristics and sensitivity and obtaining a high-quality image.

ここで、前記固体撮像装置は、さらに、配線層を備え、前記除去において、前記配線層が形成される領域の前記反射材料が残るように前記反射材料を除去して前記配線層としてもよい。 Here, the solid-state imaging device may further include a wiring layer, and in the removal, the reflective material may be removed so that the reflective material remains in a region where the wiring layer is formed.

これによって、配線層及び反射膜を同時に形成することができ、プロセス工程数を削減することができる。 As a result, the wiring layer and the reflective film can be formed simultaneously, and the number of process steps can be reduced.

本発明によれば、色分離特性及び感度を向上させて高画質の画像を得ることが可能な裏面照射型の固体撮像装置及びその製造方法を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a back-illuminated solid-state imaging device capable of improving color separation characteristics and sensitivity and obtaining a high-quality image and a manufacturing method thereof.

（第１の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。 (First embodiment)
Hereinafter, a solid-state imaging device according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。
本実施形態の固体撮像装置は、複数の画素が２次元状に配置されて撮像領域が構成された裏面照射型の固体撮像装置であって、１つの画素は、光電変換部（フォトダイオード）１３０、マイクロレンズ１１０、カラーフィルタ１２０ａ及び１２０ｂ、素子分離１３２、フローティングディフュージョン部（ＦＤ部）１３３、層間絶縁膜１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ及び１４０ｄ、ゲート電極１４１、ゲート酸化膜１４２、反射膜１５０並びに配線１６０を備える。同固体撮像装置では、半導体基板１３１の裏面側から入射した光１０１は図１の破線で示される軌跡をたどり、光電変換部１３０に集光され、光電変換部１３０で光電変換される。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment.
The solid-state imaging device according to the present embodiment is a back-illuminated solid-state imaging device in which a plurality of pixels are two-dimensionally arranged to form an imaging region, and one pixel is a photoelectric conversion unit (photodiode) 130. , Micro lens 110, color filters 120a and 120b, element isolation 132, floating diffusion part (FD part) 133, interlayer insulating films 140a, 140b, 140c and 140d, gate electrode 141, gate oxide film 142, reflective film 150 and wiring 160. Is provided. In the solid-state imaging device, the light 101 incident from the back side of the semiconductor substrate 131 follows a locus indicated by a broken line in FIG. 1, is condensed on the photoelectric conversion unit 130, and is photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 130.

半導体基板１３１の光１０１の入射面側（裏面側）には、マイクロレンズ１１０、異なる色のカラーフィルタ１２０ａ及び１２０ｂ、並びに層間絶縁膜１４０ｃ及び１４０ｄが形成されている。半導体基板１３１は、例えばシリコン基板である。 A microlens 110, color filters 120a and 120b of different colors, and interlayer insulating films 140c and 140d are formed on the light incident surface side (back surface side) of the semiconductor substrate 131. The semiconductor substrate 131 is, for example, a silicon substrate.

半導体基板１３１内には、素子分離１３２、光電変換部１３０及びフローティングディフュージョン部１３３が形成されている。半導体基板１３１の素子分離１３２によって区切られた各領域は、それぞれ１つの画素を構成する。 In the semiconductor substrate 131, an element isolation 132, a photoelectric conversion unit 130, and a floating diffusion unit 133 are formed. Each region divided by the element isolation 132 of the semiconductor substrate 131 constitutes one pixel.

半導体基板１３１の光１０１の入射面と反対側（表面側）には、光電変換部１３０に蓄積された信号電荷の読出しを制御するＭＯＳトランジスタのゲート電極１４１及びゲート酸化膜１４２、反射膜１５０、配線１６０、並びに層間絶縁膜１４０ａ及び１４０ｂが形成されている。 On the opposite side (front side) of the light incident surface of the semiconductor substrate 131, the gate electrode 141 and the gate oxide film 142 of the MOS transistor that controls the reading of the signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit 130, the reflective film 150, Wiring 160 and interlayer insulating films 140a and 140b are formed.

光電変換部１３０は、電子蓄積領域としてｎ型層が設けられ、その上方に正孔蓄積領域として半導体基板１３１表面にｐ型層が設けられた構造を有する。光電変換部１３０は、素子分離１３２によって分離された領域に位置して光１０１を電荷信号に変換する。 The photoelectric conversion unit 130 has a structure in which an n-type layer is provided as an electron storage region and a p-type layer is provided as a hole storage region on the surface of the semiconductor substrate 131. The photoelectric conversion unit 130 is located in the region separated by the element separation 132 and converts the light 101 into a charge signal.

反射膜１５０は、例えばアルミニウム膜等の金属膜又は合金膜等であり、マイクロレンズ１１０を介して半導体基板１３１の裏面側に入射した後、半導体基板１３１を透過して半導体基板１３１の表面側から出射される光１０１を反射し、光電変換部１３０に反射する曲面形状を下面に有する。具体的には、反射膜１５０は、半導体基板１３１の表面から離れる向きに窪む曲面形状を有する。 The reflection film 150 is, for example, a metal film such as an aluminum film or an alloy film, and is incident on the back surface side of the semiconductor substrate 131 via the microlens 110, and then passes through the semiconductor substrate 131 from the front surface side of the semiconductor substrate 131. The lower surface has a curved shape that reflects the emitted light 101 and reflects it to the photoelectric conversion unit 130. Specifically, the reflective film 150 has a curved shape that is recessed in a direction away from the surface of the semiconductor substrate 131.

これにより、マイクロレンズ１１０の焦点の位置を半導体基板１３１の表面側に近づけ、半導体基板１３１を透過して層間絶縁膜１４０ａに入射する光１０１の入射幅を狭くすることができる。従って、入射する光１０１のゲート電極１４１下部への入射が防がれるため、より多くの光を反射膜１５０に入射させて、光電変換部１３０に反射させることが可能となる。その結果、半導体基板１３１の透過光を光電変換部１３０に導き、より効果的に透過光の散乱を抑制し、感度の低下を防ぐことができる。 Accordingly, the focal position of the microlens 110 can be brought closer to the surface side of the semiconductor substrate 131, and the incident width of the light 101 that is transmitted through the semiconductor substrate 131 and incident on the interlayer insulating film 140a can be reduced. Accordingly, the incident light 101 is prevented from entering the lower portion of the gate electrode 141, so that more light can be incident on the reflective film 150 and reflected by the photoelectric conversion unit 130. As a result, the transmitted light of the semiconductor substrate 131 can be guided to the photoelectric conversion unit 130, and the scattering of the transmitted light can be more effectively suppressed and the decrease in sensitivity can be prevented.

半導体基板１３１の表面（光１０１が入射する裏面と反対の面）に対して垂直方向から眺めたときの反射膜１５０の面積は、半導体基板１３１の裏面に対して垂直方向から眺めたときのマイクロレンズ１１０の面積よりも小さい。図１の固体撮像装置では、マイクロレンズ１１０の集光位置が反射膜１５０に近いため、反射膜１５０の面積を設定しても特に透過光の散乱は問題とならない。このように反射膜１５０の面積を小さくすることにより、隣接する配線層の設計の自由度を上げることが出来る。 The area of the reflective film 150 when viewed from the vertical direction with respect to the front surface of the semiconductor substrate 131 (the surface opposite to the back surface on which the light 101 is incident) is microscopic when viewed from the vertical direction with respect to the back surface of the semiconductor substrate 131. It is smaller than the area of the lens 110. In the solid-state imaging device of FIG. 1, since the condensing position of the microlens 110 is close to the reflective film 150, scattering of transmitted light is not particularly problematic even if the area of the reflective film 150 is set. Thus, by reducing the area of the reflective film 150, the degree of freedom in designing adjacent wiring layers can be increased.

マイクロレンズ１１０は、半導体基板１３１の裏面側から入射する光１０１を光電変換部１３０上に集光させる。マイクロレンズ１１０は、層間絶縁膜１４０ｄの屈折率よりも高い屈折率の材料から構成され、半導体基板１３１の裏面側に向かって凸の半球面のレンズ曲面を有する。つまり、マイクロレンズ１１０は、光１０１の入射面に半球面形状を持つ。 The microlens 110 collects the light 101 incident from the back side of the semiconductor substrate 131 on the photoelectric conversion unit 130. The microlens 110 is made of a material having a refractive index higher than that of the interlayer insulating film 140d, and has a hemispherical lens curved surface convex toward the back surface side of the semiconductor substrate 131. That is, the microlens 110 has a hemispherical shape on the incident surface of the light 101.

ゲート電極１４１、ゲート酸化膜１４２及び配線１６０は、本発明の周辺回路の一例である。 The gate electrode 141, the gate oxide film 142, and the wiring 160 are examples of the peripheral circuit of the present invention.

マイクロレンズ１１０の焦点距離は、マイクロレンズ１１０の屈折率及び曲率半径と、層間絶縁膜１４０ｃ及び１４０ｄの屈折率と、カラーフィルタ１２０ａ及び１２０ｂの屈折率と、半導体基板１３１の屈折率とにより決まる。従って、層間絶縁膜１４０ｃ及び１４０ｄの各膜厚と、これら屈折率及び曲率半径のパラメータとは、マイクロレンズ１１０の焦点が光電変換部１３０上にあるように最適な値に設定される。 The focal length of the microlens 110 is determined by the refractive index and the radius of curvature of the microlens 110, the refractive indexes of the interlayer insulating films 140c and 140d, the refractive indexes of the color filters 120a and 120b, and the refractive index of the semiconductor substrate 131. Accordingly, the film thicknesses of the interlayer insulating films 140c and 140d and the parameters of the refractive index and the curvature radius are set to optimum values so that the focal point of the microlens 110 is on the photoelectric conversion unit 130.

反射膜１５０の焦点距離は、層間絶縁膜１４０ａ及び半導体基板１３１の屈折率の比と、反射膜１５０の曲率半径とにより決まる。従って、層間絶縁膜１４０ａの膜厚と、これら屈折率の比及び曲率半径のパラメータとは、反射膜１５０の焦点が光電変換部１３０上にあり、かつ反射膜１５０の焦点距離がマイクロレンズ１１０の焦点距離より短くなるように最適な値に設定される。 The focal length of the reflective film 150 is determined by the refractive index ratio between the interlayer insulating film 140 a and the semiconductor substrate 131 and the radius of curvature of the reflective film 150. Accordingly, the film thickness of the interlayer insulating film 140a and the ratio of the refractive index and the parameter of the radius of curvature indicate that the focal point of the reflective film 150 is on the photoelectric conversion unit 130 and the focal distance of the reflective film 150 is that of the microlens 110. The optimum value is set so as to be shorter than the focal length.

なお、図１では半導体基板１３１に入射する光１０１と反射膜１５０により反射される光の光線は重なって図示されている。しかし、入射する光１０１の集光位置と反射される光の集光位置は重なる必要はなく、共に光電変換部１３０上にあればよい。 In FIG. 1, the light 101 incident on the semiconductor substrate 131 and the light beam reflected by the reflective film 150 are shown to overlap. However, the condensing position of the incident light 101 and the condensing position of the reflected light do not need to overlap, and both may be on the photoelectric conversion unit 130.

図２は、図１に示す固体撮像装置の画素回路（画素トランジスタ回路）の構成を示す回路図である。 FIG. 2 is a circuit diagram showing a configuration of a pixel circuit (pixel transistor circuit) of the solid-state imaging device shown in FIG.

図２より、画素回路は、光電変換を行うフォトダイオード２００と、光電変換により発生した信号電荷をＦＤ部に転送する読出しトランジスタ２１１と、読出しトランジスタ２１１により転送された信号電荷を増幅する増幅トランジスタ２３０と、ＦＤ部及びフォトダイオード２００をリセットするリセットトランジスタ２２０と、垂直信号線２４１に信号電荷を読み出す画素を選択する選択トランジスタ２４０とを有している。 2, the pixel circuit includes a photodiode 200 that performs photoelectric conversion, a read transistor 211 that transfers signal charges generated by the photoelectric conversion to the FD unit, and an amplification transistor 230 that amplifies the signal charges transferred by the read transistor 211. A reset transistor 220 that resets the FD portion and the photodiode 200, and a selection transistor 240 that selects a pixel that reads signal charges on the vertical signal line 241.

なお、このような回路構成は従来の固体撮像装置と同様の構成であり、本実施形態の画素回路は、他の回路構成、例えば選択トランジスタを持たない３トランジスタの構成や読出しトランジスタを持たない構成であってもよい。 Such a circuit configuration is the same as that of a conventional solid-state imaging device, and the pixel circuit of the present embodiment has another circuit configuration, for example, a configuration of three transistors without a selection transistor or a configuration without a readout transistor. It may be.

以上のように、本実施形態の固体撮像装置によれば、所定の画素の光電変換部１３０を透過した光は、反射膜１５０により反射され、再度所定の画素の光電変換部１３０に入射する。従って、所定の画素の光電変換部１３０を透過した光１０１が所定の画素以外の別の画素の光電変換部１３０で光電変換されることはなくなり、色分離特性の悪化やフレアの発生を防ぐことができる。また、透過光を効果的に利用できるため、特に長波長側の光に対して感度の低下を防ぐことができる。その結果、色分離特性及び感度を向上させて高画質の画像を得ることが可能な固体撮像装置を実現できる。 As described above, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the light transmitted through the photoelectric conversion unit 130 of the predetermined pixel is reflected by the reflection film 150 and is incident on the photoelectric conversion unit 130 of the predetermined pixel again. Accordingly, the light 101 transmitted through the photoelectric conversion unit 130 of the predetermined pixel is not photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 130 of another pixel other than the predetermined pixel, and deterioration of color separation characteristics and occurrence of flare are prevented. Can do. In addition, since transmitted light can be effectively used, it is possible to prevent a decrease in sensitivity particularly with respect to light on a long wavelength side. As a result, a solid-state imaging device capable of improving the color separation characteristics and sensitivity and obtaining a high-quality image can be realized.

図３は、上記構造を有する固体撮像装置の製造方法、特に、曲面形状を持つ反射膜１５０の製造方法を説明するための断面図である。なお、図３において、図１と共通の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。 FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining a method for producing a solid-state imaging device having the above structure, particularly a method for producing a reflective film 150 having a curved shape. In FIG. 3, the same components as those in FIG.

まず、図３Ａに示すように、光電変換部１３０、素子分離１３２、フローティングディフュージョン部１３３及びゲート酸化膜１４２が形成された半導体基板１３１の表面上に、ゲート電極１４１を形成した後、プラズマＣＶＤ法等により例えば透明材料であるＳｉＯ₂膜１４６を成膜し、ＣＭＰ等でＳｉＯ₂膜１４６を平坦化する。なお、ＳｉＯ₂膜１４６は本発明の第１透明材料の一例である。 First, as shown in FIG. 3A, after forming the gate electrode 141 on the surface of the semiconductor substrate 131 on which the photoelectric conversion unit 130, the element isolation 132, the floating diffusion unit 133, and the gate oxide film 142 are formed, a plasma CVD method is performed. For example, a SiO ₂ film 146 which is a transparent material is formed by, for example, and the SiO ₂ film 146 is planarized by CMP or the like. The SiO ₂ film 146 is an example of the first transparent material of the present invention.

次に、図３Ｂに示すように、平坦化されたＳｉＯ₂膜１４６上にプラズマＣＶＤ法等により、所望の厚さの透明材料であるＳｉＯ₂膜１４３を成膜する。なお、ＳｉＯ₂膜１４３は本発明の第２透明材料の一例である。 Next, as shown in FIG. 3B, a SiO ₂ film 143 having a desired thickness is formed on the flattened SiO ₂ film 146 by plasma CVD or the like. The SiO ₂ film 143 is an example of the second transparent material of the present invention.

次に、図３Ｃに示すように、フォトリソグラフィー法によってＳｉＯ₂膜１４３の光電変換部１３０上方に位置する部分（図３ＣのＡで示される部分）を局所的にプロテクトし、リアクティブイオンエッチング法（ＲＩＥ）によって残りの部分（図３ＣのＢで示される部分）のＳｉＯ₂膜１４３を除去する。このエッチングにより、光電変換部１３０の上方のＳｉＯ₂膜１４６上に局所的に直方体状のＳｉＯ₂膜１４３が残される。 Next, as shown in FIG. 3C, a portion (the portion indicated by A in FIG. 3C) located above the photoelectric conversion portion 130 of the SiO ₂ film 143 is locally protected by a photolithography method, and a reactive ion etching method is performed. The remaining portion (portion indicated by B in FIG. 3C) of the SiO ₂ film 143 is removed by (RIE). By this etching, a rectangular parallelepiped SiO ₂ film 143 is locally left on the SiO ₂ film 146 above the photoelectric conversion unit 130.

次に、図３Ｄに示すように、ＳｉＯ₂膜１４６及び局所的に残されたＳｉＯ₂膜１４３の上に、プラズマＣＶＤ法等により再度透明材料であるＳｉＯ₂膜１４５を成膜する。このとき、直方体状のＳｉＯ₂膜１４３を覆うようなドーム状のＳｉＯ₂膜１４５がＳｉＯ₂膜１４３及び１４６上に成膜される。このドーム状のＳｉＯ₂膜１４５の表面は、ほぼ球面である。これにより、ＳｉＯ₂膜１４３、１４５及び１４６から構成される層間絶縁膜１４０ａが形成される。なお、ＳｉＯ₂膜１４５は本発明の第３透明材料の一例である。 Next, as shown in FIG. 3D, a SiO ₂ film 145 that is a transparent material is formed again on the SiO ₂ film 146 and the locally left SiO ₂ film 143 by plasma CVD or the like. At this time, a dome-like SiO ₂ film 145 covering the rectangular parallelepiped SiO ₂ film 143 is formed on the SiO ₂ films 143 and 146. The surface of the dome-shaped SiO ₂ film 145 is substantially spherical. Thereby, an interlayer insulating film 140a composed of the SiO ₂ films 143, 145 and 146 is formed. The SiO ₂ film 145 is an example of the third transparent material of the present invention.

ここで、ＳｉＯ₂膜１４５の球面の形状が後の工程で形成される反射膜１５０の表面の形状となる。従って、ＳｉＯ₂膜１４５の球面の曲率半径は、反射膜１５０の焦点が光電変換部１３０に位置するように、その長さが調整される。このような長さの調整は、ゲート電極１４１を形成後に形成されるＳｉＯ₂膜１４６の膜厚、直方体状のＳｉＯ₂膜１４３の厚さ、及びドーム状のＳｉＯ₂膜１４５の膜厚を調整することにより行われる。 Here, the spherical shape of the SiO ₂ film 145 becomes the shape of the surface of the reflective film 150 formed in a later step. Accordingly, the length of the curvature radius of the spherical surface of the SiO ₂ film 145 is adjusted so that the focal point of the reflective film 150 is located at the photoelectric conversion unit 130. Such a length adjustment is performed by adjusting the thickness of the SiO ₂ film 146 formed after forming the gate electrode 141, the thickness of the rectangular parallelepiped SiO ₂ film 143, and the thickness of the dome-shaped SiO ₂ film 145. Is done.

また、ＳｉＯ₂膜１４３をＲＩＥにより除去する際、エッチングガスの混合比を調整して、意図的に異方性エッチングに等方性エッチングが付加され、断面図が台形である直方体状のＳｉＯ₂膜１４３が形成される。これにより、プラズマＣＶＤ法等により再度成膜されたＳｉＯ₂膜１４５をより球面体に近いドーム状のＳｉＯ₂膜にすることが可能となる。 Further, when the SiO ₂ film 143 is removed by RIE, the isotropic etching is intentionally added to the anisotropic etching by adjusting the mixing ratio of the etching gas, and a rectangular parallelepiped SiO ₂ having a trapezoidal sectional view. A film 143 is formed. As a result, the SiO ₂ film 145 formed again by the plasma CVD method or the like can be made into a dome-like SiO ₂ film closer to a spherical body.

次に、図３Ｅに示すように、ドーム状に成膜されたＳｉＯ₂膜１４５の上に、例えばアルミニウム膜等の光を反射する反射材料１５１を堆積させる。反射材料１５１はドーム状に成膜されたＳｉＯ₂膜１４５に沿って堆積されるため、ＳｉＯ₂膜１４５の表面形状が反映され、曲面形状を持った反射材料１５１が形成される。 Next, as shown in FIG. 3E, a reflective material 151 that reflects light, such as an aluminum film, is deposited on the SiO ₂ film 145 formed in a dome shape. Since the reflective material 151 is deposited along the SiO ₂ film 145 formed in a dome shape, the reflective material 151 having a curved surface shape is formed reflecting the surface shape of the SiO ₂ film 145.

次に、図３Ｆに示すように、フォトリソグラフィー法によって反射材料１５１の光電変換部１３０上方に位置する部分（図３ＦのＣで示される部分）を局所的にプロテクトし、ＲＩＥによって残りの部分（図３ＦのＤで示される部分）の反射材料１５１を除去する。これにより、光電変換部１３０の上方に局所的に反射材料１５１が残される。この局所的に残された反射材料１５１により反射膜１５０が構成される。その後、従来の製造方法と同様の工程を用いて図１の固体撮像装置が製造される。 Next, as shown in FIG. 3F, a portion (the portion indicated by C in FIG. 3F) located above the photoelectric conversion unit 130 of the reflective material 151 is locally protected by photolithography, and the remaining portion (the portion indicated by C in FIG. 3F) is protected by RIE. The reflective material 151 in the part (shown by D in FIG. 3F) is removed. Thereby, the reflective material 151 remains locally above the photoelectric conversion unit 130. The reflective film 151 is constituted by the reflective material 151 left locally. Thereafter, the solid-state imaging device of FIG. 1 is manufactured using the same steps as those of the conventional manufacturing method.

以上のように、本実施形態の固体撮像装置の製造方法によれば、光電変換部１３０上方に曲面形状を持つ反射膜１５０が形成される。従って、半導体基板１３１の裏面から入射し、光電変換部１３０を透過した光を反射させて、同じ光電変換部１３０に再度集光させる構造を固体撮像装置に付加することができる。その結果、色分離特性及び感度を向上させて高画質の画像を得ることが可能な固体撮像装置の製造方法を実現できる。 As described above, according to the method for manufacturing the solid-state imaging device of the present embodiment, the reflective film 150 having a curved surface shape is formed above the photoelectric conversion unit 130. Therefore, a structure in which light incident from the back surface of the semiconductor substrate 131 and transmitted through the photoelectric conversion unit 130 is reflected and condensed on the same photoelectric conversion unit 130 can be added to the solid-state imaging device. As a result, it is possible to realize a method for manufacturing a solid-state imaging device capable of improving the color separation characteristics and sensitivity and obtaining a high-quality image.

なお、本実施形態の固体撮像装置の製造方法において、反射膜１５０の土台となる層間絶縁膜１４０ａとしてはＳｉＯ₂膜に限定されずＳｉＯ₂膜以外の絶縁膜を用いることができ、また反射膜としては上述したアルミニウム膜に限定されずアルミニウム膜以外の金属膜を用いことも出来る。 In the production method of the solid-state imaging device of the present embodiment, the interlayer insulating film 140a functioning as a base of the reflection film 150 can be an insulating film other than SiO ₂ film is not limited to the SiO ₂ film, also reflecting film However, the present invention is not limited to the above-described aluminum film, and a metal film other than the aluminum film can also be used.

また、本実施形態の固体撮像装置の製造方法において、反射膜１５０を電源配線等にも用いたい場合は、反射材料１５１の除去において、配線が形成される領域の反射材料１５１が残るように反射材料１５１を除去して配線を形成してもよい。具体的には、各画素の反射材料１５１が互いに接続されるように反射材料１５１の所望の領域をフォトリソグラフィー法でプロテクトし、ＲＩＥにより不要な領域の反射材料１５１を除去してもよい。 Further, in the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the present embodiment, when the reflective film 150 is to be used for a power supply wiring or the like, the reflective material 151 is removed so that the reflective material 151 in the region where the wiring is formed remains. The material 151 may be removed to form a wiring. Specifically, a desired region of the reflective material 151 may be protected by a photolithography method so that the reflective material 151 of each pixel is connected to each other, and the unnecessary reflective material 151 may be removed by RIE.

（第２の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。なお、以下では第１の実施形態に係る固体撮像装置と異なる点を中心に説明する。 (Second Embodiment)
Hereinafter, a solid-state imaging device according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the following description will focus on differences from the solid-state imaging device according to the first embodiment.

図４は、本実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。なお、図４において、図１と共通の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-state imaging device according to the present embodiment. In FIG. 4, the same components as those in FIG.

本実施形態の固体撮像装置は、マイクロレンズ２１０が半導体基板１３１の表面側に向かって凸（下方に凸）のレンズ形状を有し、光１０１の入射面と反対側の面に半球面形状を持つという点で第１の実施形態の固体撮像装置と異なる。また、マイクロレンズ２１０の光１０１が入射する平坦な面上にマイクロレンズ２１０よりも硬度の高いカバー膜２１３が形成されているという点でも第１の実施形態の固体撮像装置と異なる。 In the solid-state imaging device of the present embodiment, the microlens 210 has a lens shape that is convex (convex downward) toward the surface side of the semiconductor substrate 131, and has a hemispherical shape on the surface opposite to the incident surface of the light 101. It differs from the solid-state imaging device of the first embodiment in that Further, the present embodiment is different from the solid-state imaging device of the first embodiment in that a cover film 213 having a hardness higher than that of the microlens 210 is formed on a flat surface on which the light 101 of the microlens 210 is incident.

マイクロレンズ２１０は、半導体基板１３１の裏面側に設けられ、半導体基板１３１の裏面側から入射する光１０１を光電変換部１３０上に集光させる。マイクロレンズ２１０は、層間絶縁膜１４０ｄの屈折率よりも高い屈折率の材料から構成される。マイクロレンズ２１０の焦点距離は、マイクロレンズ２１０の屈折率及び曲率半径と、層間絶縁膜１４０ｃ及び１４０ｄの屈折率と、カラーフィルタ１２０ａ及び１２０ｂの屈折率と、半導体基板１３１の屈折率とにより決まる。従って、層間絶縁膜１４０ｃ及び１４０ｄの各膜厚と、これら屈折率及び曲率半径のパラメータとは、マイクロレンズ２１０の焦点が光電変換部１３０上に来るように最適な値に設定される。 The microlens 210 is provided on the back side of the semiconductor substrate 131, and condenses the light 101 incident from the back side of the semiconductor substrate 131 on the photoelectric conversion unit 130. The microlens 210 is made of a material having a refractive index higher than that of the interlayer insulating film 140d. The focal length of the micro lens 210 is determined by the refractive index and the radius of curvature of the micro lens 210, the refractive indexes of the interlayer insulating films 140c and 140d, the refractive indexes of the color filters 120a and 120b, and the refractive index of the semiconductor substrate 131. Therefore, the film thicknesses of the interlayer insulating films 140c and 140d and the parameters of the refractive index and the curvature radius are set to optimum values so that the focal point of the microlens 210 is on the photoelectric conversion unit 130.

カバー膜２１３は、半導体基板１３１の裏面側に設けられ、フォトレジスト膜等に比較して硬度が高くゴミが付着しても除去しやすい材料、例えば窒化シリコンや酸化シリコンで構成される。 The cover film 213 is provided on the back surface side of the semiconductor substrate 131, and is made of a material that has a higher hardness than a photoresist film or the like and can be easily removed even if dust adheres, such as silicon nitride or silicon oxide.

上記構造を有する固体撮像装置において、マイクロレンズ２１０は、光１０１の入射面に半球面形状を持つ第１の実施形態のマイクロレンズ１１０と同様に、入射する光１０１を光電変換部１３０に集光させることができる。そして、半導体基板１３１を透過した光は反射膜１５０により、再度同じ光電変換部１３０に集光され、光電変換が行われる。従って、第１の実施形態と同様の光電変換効率を得られる。 In the solid-state imaging device having the above structure, the microlens 210 condenses the incident light 101 on the photoelectric conversion unit 130 as in the case of the microlens 110 of the first embodiment having a hemispherical shape on the incident surface of the light 101. Can be made. And the light which permeate | transmitted the semiconductor substrate 131 is again condensed by the same photoelectric conversion part 130 with the reflecting film 150, and photoelectric conversion is performed. Therefore, the same photoelectric conversion efficiency as in the first embodiment can be obtained.

以上のように本実施形態の固体撮像装置によれば、第１の実施形態の固体撮像装置と同様の理由により、色分離特性及び感度を向上させて高画質の画像を得ることが可能な固体撮像装置を実現できる。 As described above, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, for the same reason as the solid-state imaging device of the first embodiment, a solid that can improve color separation characteristics and sensitivity and obtain a high-quality image. An imaging device can be realized.

また、本実施形態の固体撮像装置によれば、マイクロレンズ２１０が形成され、光１０１が入射する半導体基板１３１の裏面側は平坦化される。従って、半導体基板１３１の裏面側のマイクロレンズ１１０が形成された部分で凸部を有する第１の実施形態の固体撮像装置に比べて、外部からの損傷を受けにくい。 Further, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the microlens 210 is formed, and the back surface side of the semiconductor substrate 131 on which the light 101 is incident is flattened. Therefore, compared with the solid-state imaging device of the first embodiment having a convex portion at the portion where the microlens 110 on the back side of the semiconductor substrate 131 is formed, it is less susceptible to external damage.

また、本実施形態の固体撮像装置によれば、マイクロレンズ２１０の材料としてフォトレジスト膜等が使用されるが、マイクロレンズ２１０の表面は、カバー膜２１３で覆われる。従って、半導体基板１３１の裏面側でマイクロレンズ１１０が表面に露出する第１の実施形態の固体撮像装置に比べて、外部からの損傷を受けにくい。 Further, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, a photoresist film or the like is used as the material of the microlens 210, but the surface of the microlens 210 is covered with the cover film 213. Therefore, compared with the solid-state imaging device of the first embodiment in which the microlens 110 is exposed on the back surface side of the semiconductor substrate 131, it is less susceptible to external damage.

また、本実施形態の固体撮像装置によれば、パッケージに組み立てる場合、カバー膜２１３上に空間を設ける必要がなく、例えば樹脂封止を行うことができ、チップ強度の向上や低コストを実現することが出来る。 Moreover, according to the solid-state imaging device of this embodiment, when assembling into a package, it is not necessary to provide a space on the cover film 213, and for example, resin sealing can be performed, and chip strength is improved and low cost is realized. I can do it.

（第３の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。なお、以下では第１の実施形態に係る固体撮像装置と異なる点を中心に説明する。 (Third embodiment)
Hereinafter, a solid-state imaging device according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the following description will focus on differences from the solid-state imaging device according to the first embodiment.

図５は、本実施形態に係る固体撮像装置のマイクロレンズ１１０及び光電変換部１３０の大きさ及び位置関係を概念的に示す平面図（撮像面を示す平面図）である。なお、図５において、説明の簡略化のため、撮像領域３０１の画素は横９画素、縦７画素の合計６３画素のみを示しているが、実際には撮像領域３０１は数十万から数千万画素で構成される。図５において、図１と同一の構成については同一符号を付して、その説明を省略する。 FIG. 5 is a plan view conceptually showing the size and positional relationship of the microlens 110 and the photoelectric conversion unit 130 of the solid-state imaging device according to the present embodiment (a plan view showing the imaging surface). In FIG. 5, for simplification of explanation, only a total of 63 pixels of 9 pixels in the horizontal direction and 7 pixels in the vertical direction are shown, but in actuality, the imaging region 301 has several hundred thousand to several thousand. Consists of 10,000 pixels. 5, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施形態の固体撮像装置は、マイクロレンズ１１０と光電変換部１３０との位置関係が撮像領域３０１の中心部の画素（図５のＥで示される画素）と周辺部の画素（図５のＦで示される画素）とで異なるという点で第１の実施形態の固体撮像装置と異なる。具体的には、撮像領域３０１の中心部の画素ではマイクロレンズ１１０の中心と光電変換部１３０の中心とが一致し、撮像領域３０１の周辺部の画素ではマイクロレンズ１１０の中心と光電変換部１３０の中心とがずれているという点で第１の実施形態の固体撮像装置と異なる。このずれ量（シフト量）は、撮像領域３０１の中心部より離れた画素ほどより大きな値となる。なお、マイクロレンズ１１０及び光電変換部１３０の中心とは、撮像面において撮像領域３０１の中央部に向かう方向における中心である。 In the solid-state imaging device of this embodiment, the positional relationship between the microlens 110 and the photoelectric conversion unit 130 is such that the pixel at the center of the imaging region 301 (the pixel indicated by E in FIG. 5) and the pixel at the periphery (F in FIG. 5). It differs from the solid-state imaging device of the first embodiment in that it differs from the pixel shown in FIG. Specifically, the center of the microlens 110 matches the center of the photoelectric conversion unit 130 in the pixel at the center of the imaging region 301, and the center of the microlens 110 and the photoelectric conversion unit 130 in the pixel at the periphery of the imaging region 301. This is different from the solid-state imaging device of the first embodiment in that it is deviated from the center. The shift amount (shift amount) is larger as the pixel is farther from the center of the imaging region 301. Note that the centers of the microlens 110 and the photoelectric conversion unit 130 are the centers in the direction toward the center of the imaging region 301 on the imaging surface.

図６は、固体撮像装置の撮像領域３０１の周辺部の画素における構造を示す断面図である。なお、図６において、図１と同一の構成については同一符号を付して、その説明を省略する。 FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating the structure of the pixels in the peripheral portion of the imaging region 301 of the solid-state imaging device. In FIG. 6, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施形態の固体撮像装置では、撮像領域３０１の中心部に近づく方向（図６のａ方向）に、マイクロレンズ１１０並びにカラーフィルタ１２０ａ及び１２０ｂの中心が光電変換部１３０の中心から大きくシフトして配置されている。 In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the centers of the microlens 110 and the color filters 120a and 120b are greatly shifted from the center of the photoelectric conversion unit 130 in the direction approaching the center of the imaging region 301 (direction a in FIG. 6). Has been placed.

また、本実施形態の固体撮像装置では、光１０１の光電変換部１３０における集光位置は、撮像領域３０１の中心部と周辺部とでほぼ等しい位置となる。従って、反射膜１５０と光電変換部１３０との位置関係は、撮像領域３０１の中心部と周辺部とで同じとされる。 Further, in the solid-state imaging device of the present embodiment, the condensing position of the light 101 in the photoelectric conversion unit 130 is substantially equal between the central portion and the peripheral portion of the imaging region 301. Therefore, the positional relationship between the reflective film 150 and the photoelectric conversion unit 130 is the same between the central portion and the peripheral portion of the imaging region 301.

また、本実施形態の固体撮像装置によれば、カメラレンズ等により撮像領域３０１上に結像される光１０１の入射角は、撮像領域３０１の中心部の画素と周辺部の画素とで異なり、中心部の画素では光１０１は画素にほぼ真上から入射され、周辺部の画素では光１０１は画素に斜めに入射される。しかし、周辺部の画素では、撮像領域３０１の中心部に近づく方向に、マイクロレンズ３１０の中心が光電変換部１３０の中心から大きくシフトしているため、撮像領域３０１の画素の位置にかかわらず、全ての画素において入射する光１０１を対応する光電変換部１３０に集光させることができる。従って、色分離特性及び感度を更に向上させて更に高画質の画像を得ることが可能な固体撮像装置を実現できる。 Further, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the incident angle of the light 101 imaged on the imaging region 301 by a camera lens or the like differs between the central pixel and the peripheral pixel of the imaging region 301, In the central pixel, the light 101 is incident on the pixel from directly above, and in the peripheral pixel, the light 101 is incident on the pixel obliquely. However, in the peripheral pixels, the center of the microlens 310 is greatly shifted from the center of the photoelectric conversion unit 130 in the direction approaching the center of the imaging region 301. The light 101 incident on all the pixels can be condensed on the corresponding photoelectric conversion unit 130. Therefore, it is possible to realize a solid-state imaging device that can further improve color separation characteristics and sensitivity and obtain a higher quality image.

また、本実施形態の固体撮像装置において、反射膜１５０と光電変換部１３０との位置関係は、撮像領域３０１の中心部と周辺部とで同じである。従って、撮像領域３０１の中心部と周辺部とにおいて、配線レイアウトが周期的に同じものとなるため、配線間の寄生容量が等しくなる。その結果、例えばフローティングディフュージョン部１３３の寄生容量の差異等が要因となるシェーディングの発生を防止することが出来る。 Further, in the solid-state imaging device of the present embodiment, the positional relationship between the reflective film 150 and the photoelectric conversion unit 130 is the same between the central portion and the peripheral portion of the imaging region 301. Accordingly, since the wiring layout is periodically the same in the central portion and the peripheral portion of the imaging region 301, the parasitic capacitance between the wirings becomes equal. As a result, it is possible to prevent the occurrence of shading caused by, for example, a difference in parasitic capacitance of the floating diffusion portion 133.

なお、本実施形態の固体撮像装置において、マイクロレンズ１１２は第２の実施形態で示した光１０１の入射面に半球面形状を持つマイクロレンズであってもよい。 In the solid-state imaging device of the present embodiment, the microlens 112 may be a microlens having a hemispherical shape on the light incident surface shown in the second embodiment.

（第４の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。なお、以下では第１の実施形態に係る固体撮像装置と異なる点を中心に説明する。 (Fourth embodiment)
Hereinafter, a solid-state imaging device according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the following description will focus on differences from the solid-state imaging device according to the first embodiment.

図７は、本実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。なお、図７において、図１と共通の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-state imaging device according to this embodiment. In FIG. 7, the same components as those in FIG.

本実施形態の固体撮像装置は、隣接する画素の反射膜４５０が接続されているという点で第１の実施形態の固体撮像装置と異なる。また、互いに接続された反射膜４５０を半導体基板１３１と電気的に接続し、半導体基板１３１の電位を固定するコンタクト４９０が層間絶縁膜１４０ａに設けられているという点でも第１の実施形態の固体撮像装置と異なる。 The solid-state imaging device of this embodiment is different from the solid-state imaging device of the first embodiment in that the reflective film 450 of an adjacent pixel is connected. The solid state of the first embodiment is also provided in that the interlayer insulating film 140a is provided with a contact 490 that electrically connects the reflective films 450 connected to each other to the semiconductor substrate 131 and fixes the potential of the semiconductor substrate 131. Different from the imaging device.

反射膜４５０は、半導体基板１３１の裏面側に設けられた例えばアルミニウム膜の金属膜又は合金膜等であり、半導体基板１３１の裏面側に入射した後、半導体基板１３１を透過して半導体基板１３１の表面側から出射される透過光を反射し、光電変換部１３０に反射する曲面形状を下面に有する。具体的には、反射膜１５０は、光電変換部１３０上方の部分において、半導体基板１３１の表面から離れる向きに窪む曲面形状を有する。反射膜４５０には、外部から所定の電圧が印加され、電源電位に固定されている。 The reflective film 450 is, for example, a metal film or an alloy film of an aluminum film provided on the back surface side of the semiconductor substrate 131. The reflective film 450 is incident on the back surface side of the semiconductor substrate 131, and then transmits through the semiconductor substrate 131. The lower surface has a curved surface shape that reflects transmitted light emitted from the front surface side and reflects it to the photoelectric conversion unit 130. Specifically, the reflective film 150 has a curved shape that is recessed in a direction away from the surface of the semiconductor substrate 131 in a portion above the photoelectric conversion unit 130. A predetermined voltage is applied to the reflective film 450 from the outside, and is fixed to the power supply potential.

反射膜４５０の焦点距離は、層間絶縁膜１４０ａ及び半導体基板１３１の屈折率の比と、反射膜４５０の曲率半径とにより決まる。従って、層間絶縁膜１４０ａの膜厚と、これら屈折率の比及び曲率半径のパラメータとは、反射膜４５０の焦点が光電変換部１３０上にあり、かつ反射膜４５０の焦点距離がマイクロレンズ１１０の焦点距離より短くなるように最適な値に設定される。 The focal length of the reflective film 450 is determined by the refractive index ratio between the interlayer insulating film 140a and the semiconductor substrate 131 and the radius of curvature of the reflective film 450. Therefore, the film thickness of the interlayer insulating film 140a and the parameters of the refractive index ratio and the radius of curvature indicate that the focal point of the reflective film 450 is on the photoelectric conversion unit 130 and the focal length of the reflective film 450 is that of the microlens 110. The optimum value is set so as to be shorter than the focal length.

コンタクト４９０は、層間絶縁膜１４０ａにおいて、半導体基板１３１を透過した光がコンタクト４９０により散乱されることを防ぐため、光電変換部１３０の上方以外（光電変換部１３０と反射膜４５０との間の領域以外）の部分に設けられている。 In order to prevent light transmitted through the semiconductor substrate 131 from being scattered by the contact 490 in the interlayer insulating film 140a, the contact 490 is a region other than above the photoelectric conversion unit 130 (a region between the photoelectric conversion unit 130 and the reflective film 450). Other than the above).

また、本実施形態の固体撮像装置によれば、反射膜４５０に電圧が印加されて画素内部の半導体基板１３１に固定電位が供給される。従って、各画素内部の半導体基板１３１の電位が安定し、信号振幅が画素の配置位置に依存して一定の傾きとなること（シェーディング）を防止することが出来る。 Further, according to the solid-state imaging device of this embodiment, a voltage is applied to the reflective film 450 and a fixed potential is supplied to the semiconductor substrate 131 inside the pixel. Therefore, the potential of the semiconductor substrate 131 inside each pixel is stabilized, and the signal amplitude can be prevented from having a constant inclination (shading) depending on the pixel arrangement position.

なお、本実施形態の固体撮像装置において、反射膜４５０は図２で示した画素回路の電源電圧を供給する配線として用いられてもよい。また、画素回路が選択トランジスタ２４０を有さない３トランジスタの構成の場合、画素回路の電源電圧はパルス状の電圧となるが、反射膜４５０はこの電源電圧を供給する配線として用いられてもよい。 In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the reflective film 450 may be used as a wiring for supplying the power supply voltage of the pixel circuit shown in FIG. In addition, when the pixel circuit has a three-transistor configuration that does not include the selection transistor 240, the power supply voltage of the pixel circuit is a pulse voltage, but the reflective film 450 may be used as a wiring for supplying this power supply voltage. .

また、本実施形態の固体撮像装置において、マイクロレンズ１１２は第２の実施形態で示した光１０１の入射面に半球面形状を持つマイクロレンズであってもよい。また、本実施形態の固体撮像装置において、マイクロレンズ１１０及び光電変換部１３０の位置関係は第３の実施形態で示した位置関係であってもよい。 In the solid-state imaging device according to the present embodiment, the microlens 112 may be a microlens having a hemispherical shape on the incident surface of the light 101 shown in the second embodiment. Further, in the solid-state imaging device of the present embodiment, the positional relationship between the microlens 110 and the photoelectric conversion unit 130 may be the positional relationship shown in the third embodiment.

（第５の実施形態）
以下、図面を参照しながら、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。なお、以下では、第１の実施形態に係る固体撮像装置と異なる点を中心に説明する。 (Fifth embodiment)
Hereinafter, a solid-state imaging device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the following description will focus on differences from the solid-state imaging device according to the first embodiment.

図８は、本実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。なお、図８において、図１と共通の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。 FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-state imaging device according to this embodiment. In FIG. 8, the same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施形態の固体撮像装置は、反射膜５５０上に順次形成された絶縁膜５６０及び金属膜５７０を備え、各画素に配置されている反射膜５５０がＭＩＭ容量の一部として形成されているという点で第１の実施形態の固体撮像装置と異なる。また、半導体基板１３１と反射膜５５０とを電気的に接続するコンタクト５９０が層間絶縁膜１４０ａに設けられているという点でも第１の実施形態の固体撮像装置と異なる。 The solid-state imaging device of this embodiment includes an insulating film 560 and a metal film 570 that are sequentially formed on the reflective film 550, and the reflective film 550 disposed in each pixel is formed as a part of the MIM capacitor. This is different from the solid-state imaging device according to the first embodiment. Further, the solid-state imaging device of the first embodiment is also different in that a contact 590 for electrically connecting the semiconductor substrate 131 and the reflective film 550 is provided in the interlayer insulating film 140a.

反射膜５５０は、半導体基板１３１の裏面側に設けられた例えばアルミニウム膜等の金属膜又は合金膜等であり、半導体基板１３１の裏面側に入射した後、半導体基板１３１を透過して半導体基板１３１の表面側から出射される透過光を反射し、光電変換部１３０に反射する曲面形状を下面に有する。具体的には、反射膜５５０は、光電変換部１３０上方の部分において、半導体基板１３１の表面から離れる向きに窪む曲面形状を有する。 The reflective film 550 is a metal film such as an aluminum film or an alloy film provided on the back surface side of the semiconductor substrate 131, and is incident on the back surface side of the semiconductor substrate 131, then passes through the semiconductor substrate 131 and passes through the semiconductor substrate 131. The lower surface has a curved surface shape that reflects the transmitted light emitted from the front surface side and reflects it to the photoelectric conversion unit 130. Specifically, the reflective film 550 has a curved shape that is recessed in a direction away from the surface of the semiconductor substrate 131 in a portion above the photoelectric conversion unit 130.

反射膜５５０の焦点距離は、層間絶縁膜１４０ａ及び半導体基板１３１の屈折率の比と、反射膜５５０の曲率半径とにより決まる。従って、層間絶縁膜１４０ａの膜厚と、これら屈折率の比及び曲率半径のパラメータとは、反射膜５５０の焦点が光電変換部１３０上にあり、かつ反射膜５５０の焦点距離がマイクロレンズ１１０の焦点距離より短くなるように最適な値に設定される。 The focal length of the reflective film 550 is determined by the refractive index ratio between the interlayer insulating film 140a and the semiconductor substrate 131 and the radius of curvature of the reflective film 550. Therefore, the film thickness of the interlayer insulating film 140a and the parameters of the refractive index ratio and the radius of curvature indicate that the focal point of the reflective film 550 is on the photoelectric conversion unit 130 and the focal distance of the reflective film 550 is that of the microlens 110. The optimum value is set so as to be shorter than the focal length.

絶縁膜５６０は、金属膜５７０及び反射膜５５０と接する形で層間絶縁膜１４０ｂ内に設けられる。金属膜５７０は、例えばアルミニウム膜等の金属膜又は合金膜等であり、絶縁膜５６０を挟んで反射膜５５０と対向した形で層間絶縁膜１４０ｂ内に設けられる。 The insulating film 560 is provided in the interlayer insulating film 140b in contact with the metal film 570 and the reflective film 550. The metal film 570 is, for example, a metal film such as an aluminum film, an alloy film, or the like, and is provided in the interlayer insulating film 140b so as to face the reflective film 550 with the insulating film 560 interposed therebetween.

コンタクト５９０は、層間絶縁膜１４０ａにおいて、半導体基板１３１を透過した光がコンタクト５９０により散乱されることを防ぐため、光電変換部１３０の上方以外の部分に設けられている。 The contact 590 is provided in a portion of the interlayer insulating film 140 a other than above the photoelectric conversion unit 130 in order to prevent light transmitted through the semiconductor substrate 131 from being scattered by the contact 590.

図９は、図８に示す固体撮像装置の画素回路（画素トランジスタ回路）の構成を示す回路図である。なお、図９において、図２と共通の構成要素については同一符号を付して、その説明を省略する。 FIG. 9 is a circuit diagram showing a configuration of a pixel circuit (pixel transistor circuit) of the solid-state imaging device shown in FIG. In FIG. 9, the same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.

本実施形態の画素回路は、ダイナミックレンジの拡大をするため、光電変換により発生した信号電荷を蓄積する信号蓄積用容量２７０と容量選択トランジスタ２６０とを有しているという点で第１の実施形態の画素回路と異なる。信号蓄積用容量２７０は、反射膜５５０、金属膜５７０及び絶縁膜５６０により形成される容量であり、光電変換部１３０から出力された信号電荷を保持する。 The pixel circuit of the present embodiment is a first embodiment in that it has a signal storage capacitor 270 that stores signal charges generated by photoelectric conversion and a capacitor selection transistor 260 in order to expand the dynamic range. Different from the pixel circuit. The signal storage capacitor 270 is a capacitor formed by the reflective film 550, the metal film 570, and the insulating film 560, and holds signal charges output from the photoelectric conversion unit 130.

次に、本実施形態に係る固体撮像装置の駆動方法（動作）について説明する。
まず、容量選択トランジスタ２６０がＯＮとされ、フォトダイオード２００と信号蓄積用容量２７０とが導通状態にされる。その後、リセットトランジスタ２２０がＯＮとされ、ＦＤ部とフォトダイオード２００と信号蓄積用容量２７０とが初期化される。そして、リセットトランジスタ２２０がＯＦＦとされて第１露光が開始される。この第１露光を行う期間としては、光量の不足による画素内部の黒つぶれを少なくするために長めの期間に設定される。 Next, a driving method (operation) of the solid-state imaging device according to the present embodiment will be described.
First, the capacitor selection transistor 260 is turned on, and the photodiode 200 and the signal storage capacitor 270 are brought into conduction. Thereafter, the reset transistor 220 is turned on, and the FD portion, the photodiode 200, and the signal storage capacitor 270 are initialized. Then, the reset transistor 220 is turned off and the first exposure is started. The period for performing the first exposure is set to a longer period in order to reduce the blackout inside the pixel due to insufficient light quantity.

次に、第１露光が終了した後、容量選択トランジスタ２６０がＯＦＦにされ、第１露光の結果として発生した信号電荷が信号蓄積用容量２７０に蓄積される。 Next, after the first exposure is completed, the capacitance selection transistor 260 is turned off, and the signal charge generated as a result of the first exposure is stored in the signal storage capacitor 270.

次に、再びリセットトランジスタ２２０がＯＮにされ、フォトダイオード２００とＦＤ部とが初期化される。その後、リセットトランジスタ２２０がＯＦＦとされて第２露光が開始される。この第２露光を行う期間としては、画面内明部の白飛びを少なくするように第１露光期間よりも短めの期間に設定される。第２露光が終了した後、容量選択トランジスタ２６０が再びＯＮにされて、第２露光の結果として発生した信号電荷と第１露光の結果として既に信号蓄積用容量２７０に蓄積されている信号電荷とが画素内で混合される。そして、選択トランジスタ２４０がＯＮとされ、混合された信号電荷が垂直信号線２４１に読み出される。 Next, the reset transistor 220 is turned on again, and the photodiode 200 and the FD unit are initialized. Thereafter, the reset transistor 220 is turned off and the second exposure is started. The period for performing the second exposure is set to a period shorter than the first exposure period so as to reduce overexposure in the bright part of the screen. After the second exposure is completed, the capacitance selection transistor 260 is turned ON again, and the signal charge generated as a result of the second exposure and the signal charge already accumulated in the signal storage capacitor 270 as a result of the first exposure Are mixed within the pixel. Then, the selection transistor 240 is turned on, and the mixed signal charge is read out to the vertical signal line 241.

これら一連の動作により、第１露光の時に白飛びした領域は第２露光の時に発生した信号電荷により補われ、また、同時に、第２露光の時に黒潰れした領域は第１露光の時に発生した信号電荷により補われる。従って、明暗差の大きい画面内の白飛び、黒潰れが緩和され、光の明暗に対するダイナミックレンジが拡大させることが出来る。 Through these series of operations, the white-out area at the time of the first exposure is compensated by the signal charge generated at the time of the second exposure, and at the same time, the black-out area at the time of the second exposure is generated at the time of the first exposure. Complemented by signal charge. Therefore, overexposure and underexposure in the screen with a large contrast between light and darkness are alleviated, and the dynamic range for light contrast can be expanded.

以上のように本実施形態の固体撮像装置によれば、半導体基板１３１を透過した光を光電変換部１３０に導く反射膜５５０が容量として機能するように形成される。従って、画素で発生した信号電荷を一時的に保持するメモリとして反射膜５５０を用いることができる。その結果、反射膜５５０と容量とを別々に形成するより、プロセス工程数を削減でき、また画素の信号線や電源配線等の配線レイアウトの自由度を上げることができる。また、反射膜５５０は曲率を持つため、容量の単位面積あたりの容量値を平行平板で形成された容量より大きくすることができる。 As described above, according to the solid-state imaging device of the present embodiment, the reflective film 550 that guides the light transmitted through the semiconductor substrate 131 to the photoelectric conversion unit 130 is formed so as to function as a capacitor. Therefore, the reflective film 550 can be used as a memory that temporarily holds signal charges generated in the pixels. As a result, the number of process steps can be reduced and the degree of freedom of wiring layout such as pixel signal lines and power supply wirings can be increased compared to forming the reflective film 550 and the capacitor separately. Further, since the reflective film 550 has a curvature, the capacitance value per unit area of the capacitance can be made larger than the capacitance formed by the parallel plates.

なお、本実施形態の固体撮像装置において、マイクロレンズ１１２は第２の実施形態で示した光１０１の入射面に半球面形状を持つマイクロレンズであってもよい。また、本実施形態の固体撮像装置において、マイクロレンズ１１０及び光電変換部１３０の位置関係は第３の実施形態で示した位置関係であってもよい。 In the solid-state imaging device of the present embodiment, the microlens 112 may be a microlens having a hemispherical shape on the light incident surface shown in the second embodiment. Further, in the solid-state imaging device of the present embodiment, the positional relationship between the microlens 110 and the photoelectric conversion unit 130 may be the positional relationship shown in the third embodiment.

以上、第１〜第５の実施形態で説明したように、裏面照射型の固体撮像装置において、半導体基板の裏面側からマイクロレンズを通って半導体基板に光が入射して光電変換部で集光され、集光された光の一部は半導体基板を透過し、半導体基板の表面側から出射される。しかし、半導体基板の表面側には、透過光が他の画素へ不正に入射するのを防止し、透過光を反射して再度同じ光電変換部に集光させる曲面形状を持つ反射膜が設けられる。従って、透過光を再度同じ光電変換部へ集光させることが可能となり、感度を向上させることができると共に、別の画素の光電変換部に透過光が入射することを防ぐことができる。その結果、画質の悪化を防止することができる。 As described above, in the backside illumination type solid-state imaging device as described in the first to fifth embodiments, light enters the semiconductor substrate through the microlens from the backside of the semiconductor substrate and is condensed by the photoelectric conversion unit. Then, a part of the collected light passes through the semiconductor substrate and is emitted from the surface side of the semiconductor substrate. However, on the surface side of the semiconductor substrate, a reflective film having a curved shape that prevents transmitted light from being illegally incident on other pixels and reflects the transmitted light to be condensed again on the same photoelectric conversion unit is provided. . Therefore, the transmitted light can be condensed again on the same photoelectric conversion unit, the sensitivity can be improved, and the transmitted light can be prevented from entering the photoelectric conversion unit of another pixel. As a result, deterioration of image quality can be prevented.

以上、本発明の固体撮像装置及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲内で当業者が思いつく各種変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。 As described above, the solid-state imaging device and the manufacturing method thereof according to the present invention have been described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to this embodiment. The present invention includes various modifications made by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.

本発明は、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ及びカメラ付き携帯等の撮像装置及びその製造方法等に利用可能であり、特に高感度が必要とされるビデオカメラ、医療用内視鏡カメラ、車載カメラ及び監視カメラ等に利用可能である。 The present invention can be used for a video camera, a digital still camera, a camera-equipped imaging device, a manufacturing method thereof, and the like, and in particular, a video camera, a medical endoscope camera, an in-vehicle camera, and a camera that require high sensitivity. It can be used for surveillance cameras.

本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state imaging device which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 同固体撮像装置の画素回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the pixel circuit of the solid-state imaging device. 同固体撮像装置の反射膜の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the reflecting film of the solid-state imaging device. 同固体撮像装置の反射膜の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the reflecting film of the solid-state imaging device. 同固体撮像装置の反射膜の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the reflecting film of the solid-state imaging device. 同固体撮像装置の反射膜の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the reflecting film of the solid-state imaging device. 同固体撮像装置の反射膜の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the reflecting film of the solid-state imaging device. 同固体撮像装置の反射膜の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the reflecting film of the solid-state imaging device. 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state imaging device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３の実施形態におけるマイクロレンズ及び光電変換部の大きさ及び位置関係を概念的に示す平面図である。It is a top view which shows notionally the magnitude | size and positional relationship of the micro lens and photoelectric conversion part in the 3rd Embodiment of this invention. 同実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state imaging device concerning the embodiment. 本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state imaging device which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state imaging device which concerns on the 5th Embodiment of this invention. 同固体撮像装置の画素回路の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the pixel circuit of the solid-state imaging device. 従来の固体撮像装置の構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the conventional solid-state imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

１０１、６０１光
１１０、２１０、６１０マイクロレンズ
１２０ａ、１２０ｂ、６２０ａ、６２０ｂカラーフィルタ
１３０光電変換部
１３１、６３１半導体基板
１３２、６３２素子分離
１３３、６３３フローティングディフュージョン部
１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ、１４０ｄ、６４０ａ、６４０ｂ、６４０ｃ、６４０ｄ層間絶縁膜
１４１、６４１ゲート電極
１４２、６４２ゲート酸化膜
１４３、１４５、１４６ＳｉＯ₂膜
１５０、４５０、５５０反射膜
１５１反射材料
１６０、６６０配線
２００フォトダイオード
２１１読出しトランジスタ
２１３カバー膜
２２０リセットトランジスタ
２３０増幅トランジスタ
２４０選択トランジスタ
２４１垂直信号線
２６０容量選択トランジスタ
２７０信号蓄積用容量
３０１撮像領域
４９０、５９０コンタクト
５６０絶縁膜
５７０金属膜
６０５ａ、６０５ｂ反射光 101, 601 Light 110, 210, 610 Microlens 120a, 120b, 620a, 620b Color filter 130 Photoelectric converter 131, 631 Semiconductor substrate 132, 632 Element isolation 133, 633 Floating diffusion part 140a, 140b, 140c, 140d, 640a, 640b, 640c, 640d Interlayer insulating film 141, 641 Gate electrode 142, 642 Gate oxide film 143, 145, 146 SiO ₂ film 150, 450, 550 Reflective film 151 Reflective material 160, 660 Wiring 200 Photodiode 211 Read transistor 213 Cover film 220 reset transistor 230 amplifying transistor 240 selection transistor 241 vertical signal line 260 capacitance selection transistor 270 signal storage capacitor 3 1 imaging region 490,590 contacts 560 insulating film 570 metal film 605a, 605b reflected light

Claims

複数の画素が２次元状に配置されて撮像領域が構成された固体撮像装置であって、
１つの前記画素は、
半導体基板内に設けられ、光を電荷信号に変換する光電変換部と、
前記半導体基板の第１面上に設けられ、前記第１面に入射する光を前記光電変換部上に集光させるマイクロレンズと、
前記半導体基板の前記第１面と反対側の第２面上に設けられ、前記光電変換部に蓄積された信号電荷の読出しを制御する周辺回路と、
前記第２面上に設けられた反射膜とを備え、
前記反射膜は、前記マイクロレンズを介して前記第１面に入射し、前記半導体基板を透過した光を前記光電変換部に反射する曲面形状を有する
固体撮像装置。 A solid-state imaging device in which a plurality of pixels are arranged two-dimensionally to form an imaging region,
One of the pixels is
A photoelectric conversion unit that is provided in the semiconductor substrate and converts light into a charge signal;
A microlens provided on the first surface of the semiconductor substrate and condensing the light incident on the first surface on the photoelectric conversion unit;
A peripheral circuit that is provided on the second surface opposite to the first surface of the semiconductor substrate and controls reading of signal charges accumulated in the photoelectric conversion unit;
A reflective film provided on the second surface,
The reflective film has a curved surface shape that reflects light incident on the first surface through the microlens and transmitted through the semiconductor substrate to the photoelectric conversion unit.

前記第２面に対して垂直方向から眺めたときの前記反射膜の面積は、前記第１面に対して垂直方向から眺めたときの前記マイクロレンズの面積よりも小さい
請求項１記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging according to claim 1, wherein an area of the reflective film when viewed from a direction perpendicular to the second surface is smaller than an area of the microlens when viewed from a direction perpendicular to the first surface. apparatus.

前記撮像領域の周辺部の画素において、前記光電変換部の前記撮像領域の中央部に向かう方向における中心と、前記マイクロレンズの前記撮像領域の中央部に向かう方向における中心とはずれており、
前記ずれの量は、前記撮像領域の中心部より離れた画素ほどより大きくなる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。 In the pixels in the periphery of the imaging region, the center of the photoelectric conversion unit in the direction toward the center of the imaging region is deviated from the center in the direction of the micro lens toward the center of the imaging region,
3. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an amount of the shift is larger as a pixel is farther from a center portion of the imaging region.

前記反射膜は、金属膜または合金膜である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the reflective film is a metal film or an alloy film.

前記１つの画素は、さらに、前記反射膜と前記半導体基板とを電気的に接続し、前記半導体基板の電位を固定するコンタクトを備える
請求項４記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the one pixel further includes a contact that electrically connects the reflective film and the semiconductor substrate and fixes a potential of the semiconductor substrate.

前記コンタクトは、前記光電変換部と前記反射膜との間の領域以外に形成される
請求項４記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the contact is formed in a region other than the region between the photoelectric conversion unit and the reflective film.

前記反射膜は、電源電圧に電位固定される
請求項４記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the reflection film is fixed to a power supply voltage.

前記反射膜は、前記光電変換部から出力された信号電荷を保持するキャパシタの金属層として形成されている
請求項４記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the reflection film is formed as a metal layer of a capacitor that holds a signal charge output from the photoelectric conversion unit.

前記マイクロレンズの焦点は、前記光電変換部上にあり、
前記反射膜の焦点は、前記光電変換部上にあり、
前記反射膜の焦点距離は、前記マイクロレンズの焦点距離より短い
請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。 The focal point of the microlens is on the photoelectric conversion unit,
The focal point of the reflective film is on the photoelectric conversion unit,
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein a focal length of the reflective film is shorter than a focal length of the microlens.

複数の画素が２次元状に配置されて撮像領域が構成され、１つの前記画素が、半導体基板内に設けられ、入射光を電荷信号に変換する光電変換部と、前記半導体基板の第１面上に設けられ、前記第１面に入射する光を前記光電変換部上に集光させるマイクロレンズと、前記半導体基板の前記第１面と反対側の第２面上に設けられ、前記光電変換部に蓄積された信号電荷の読出しを制御する周辺回路と前記第２面上に設けられた反射膜とを備え、前記反射膜は、前記マイクロレンズを介して前記第１面に入射し、前記半導体基板を透過した光を前記光電変換部に反射する曲面形状を有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記第２面上に第１透明材料を形成し、前記光電変換部の上方の前記第１透明材料上に局所的に第２透明材料を形成し、前記第２透明材料を覆うように前記第１透明材料及び前記第２透明材料上に第３透明材料を形成した後、前記第３透明材料上に反射材料を形成し、前記光電変換部の上方の前記反射材料が残るように前記反射材料を除去して前記反射膜とする
固体撮像装置の製造方法。 A plurality of pixels are two-dimensionally arranged to form an imaging region, and one of the pixels is provided in a semiconductor substrate, and converts the incident light into a charge signal, and a first surface of the semiconductor substrate A microlens for focusing light incident on the first surface on the photoelectric conversion unit; and a second surface on the opposite side of the first surface of the semiconductor substrate for the photoelectric conversion. A peripheral circuit that controls reading of signal charges accumulated in the unit and a reflective film provided on the second surface, the reflective film is incident on the first surface through the microlens, A method of manufacturing a solid-state imaging device having a curved shape that reflects light transmitted through a semiconductor substrate to the photoelectric conversion unit,
Forming a first transparent material on the second surface, forming a second transparent material locally on the first transparent material above the photoelectric conversion unit, and covering the second transparent material; After the third transparent material is formed on the first transparent material and the second transparent material, a reflective material is formed on the third transparent material, and the reflective material remains above the photoelectric conversion unit. A method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the reflective film is removed.

前記固体撮像装置は、さらに、配線層を備え、
前記除去において、前記配線層が形成される領域の前記反射材料が残るように前記反射材料を除去して前記配線層とする
請求項１０記載の固体撮像装置の製造方法。 The solid-state imaging device further includes a wiring layer,
The method of manufacturing a solid-state imaging device according to claim 10, wherein in the removal, the reflective material is removed so as to leave the reflective material in a region where the wiring layer is formed.