JP4816768B2 - 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 - Google Patents

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。

固体撮像装置は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）型固体撮像装置と、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型固体撮像装置とに大別される。
これらの固体撮像装置では、画素毎にフォトダイオードからなる受光部が形成されており、受光部では、受光部に入射した光による光電変換により信号電荷が生成される。ＣＣＤ型の固体撮像装置では、受光部において生成された信号電荷はＣＣＤ構造を有する電荷転送部内を転送され、出力部において画素信号に変換されて出力される。一方、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置では、受光部において生成された信号電荷は画素毎に増幅され、増幅された信号が画素信号として信号線により出力される。

このような固体撮像装置では、斜めの入射光や受光部上部において乱反射した入射光により半導体基板内で偽信号が生成され、スミアやフレア等の光学的雑音が発生するという問題がある。

下記特許文献１には、ＣＣＤ型の固体撮像装置において、電荷転送部上部に形成される遮光膜を受光部と読み出しゲート部との界面に形成された溝部に埋め込まれるように形成することで、スミアの発生を抑制する構成が記載されている。特許文献１においては、ＬＯＣＯＳ酸化膜を用いて形成した溝部に遮光膜を形成する構成とされているため、遮光膜を基板深くに形成することは困難であり、スミアの原因とされる斜め光の入射を完全に阻止することはできない。また、遮光膜を埋め込む深さに比例し、画素面積が縮小するので、遮光膜を深く埋め込むことは本質的に困難である。

ところで、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２参照）。裏面照射型の固体撮像装置では、光照射側に配線層や回路素子等が構成されないため、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部に入射されるので、感度の向上が図られる。

このような裏面照射型の固体撮像装置においても、斜め光による光学的雑音が懸念されるため、光照射側となる基板の裏面側の受光部間に遮光膜を形成することが好ましい。この場合、光照射側となる基板の裏面側に遮光膜を有する層を１層形成することが考えられるが、遮光膜の高さに比例して基板とオンチップ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。集光特性が悪化した場合には、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、混色や感度低下という問題も発生する。

特開２００４−１４０１５２号公報 特開２００４−７１９３１号公報

上述の点に鑑み、本発明は、集光特性の向上が図られ、フレアやスミア等の光学的雑音が抑制された裏面照射型の固体撮像装置、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。

上記課題を解決し、本発明の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、基板と、配線層と、遮光部とを有する構成とされている。基板には、複数の受光部が形成されており、基板の裏面側が光照射面とされている。また、配線層は、基板の表面側に形成されている。また、遮光部は、隣接する受光部間に形成され、基板の裏面側から所望の深さに形成されたトレンチ部、及びトレンチ部内に埋め込まれた遮光膜で構成されている。そして隣接する受光部間には、所定の不純物領域から構成され、隣接する受光部間を電気的に分離する為の素子分離領域が形成されており、遮光部は、素子分離領域内に形成されている。

本発明の固体撮像装置では、基板に形成された複数の受光部間が、基板の裏面側から所望の深さに形成されたトレンチ部を遮光膜によって埋め込むことによって形成された遮光部により分離されている。このため、光照射面とされる基板の裏面側から斜めの光が入射した場合、遮光部によって、斜めの入射光が遮られる。これにより、基板に形成された受光部への斜めの光の入射が抑制される。

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、まず、裏面領域にエッチングストッパー層を形成した基板の表面領域に複数の受光部及び所望の不純物領域を形成し、次に、基板の表面側に層間絶縁膜を介して形成された複数層の配線からなる配線層を形成する。次に、基板の裏面側から基板を薄肉化する。薄肉化は、基板のエッチングストッパー層までエッチングする。次に、基板を貫通して、基板の裏面側から所望の深さに達するトレンチ部を形成する。次に、基板に形成されたトレンチ部に埋め込み膜を形成し、埋め込み膜をストッパーとして、基板を薄肉化する。次に、埋め込み膜を除去して後、トレンチ部に、遮光膜を埋め込む。また、トレンチ部は、隣接する受光部間を電気的に分離する為に形成された所定の不純物領域からなる素子分離領域に形成する。

本発明の電子機器は、光学レンズと、上述した固体撮像装置と、信号処理回路とを有して構成されている。

本発明によれば、フレア特性やスミア特性が向上され、また、混色やブルーミングを抑制された固体撮像装置を得ることができる。また、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。

本発明の第１の実施形態に係るＣＭＯＳ型の固体撮像装置の全体を示す概略構成図である。 第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素部における断面構成図である。 Ａ 第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図である。 Ｂ 第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図である。 Ｃ 第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図である。 Ｄ 第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図である。 Ｅ 第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図である。 Ｆ 第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図である。 Ｇ 第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図である。 Ｈ 第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図である。 Ｉ，Ｊ 第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図である。 Ｋ，Ｌ 第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程図である。 本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の画素部における断面構成図である。 本発明の第３の実施形態に係る電子機器の概略構成図である。

以下に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器の一例を、図１〜図１４を参照しながら説明する。本発明の実施形態は以下の順で説明する。なお、本発明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
２．第２の実施形態：固体撮像装置
３．第３の実施形態：電子機器

〈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］
図１は、本発明の第１の実施形態に係るＣＭＯＳ型の固体撮像装置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部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受光部と、複数の画素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を構成する画素トランジスタは、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つのトランジスタであってもよい。

画素部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。画素部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、画素部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に、本実施形態例の固体撮像装置１の画素部３における断面構成図を示す。本実施形態例の固体撮像装置１は、裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像装置を例としたものである。

図２に示すように、本実施形態例の固体撮像装置１は、基板１３と、基板１３の表面側に形成された配線層２６、及び支持基板１４と、基板１３の裏面側に形成されたカラーフィルタ層１５、及びオンチップレンズ１６とから構成されている。

基板１３は、シリコンからなる半導体基板で構成され、例えば第１導電型（本実施形態例ではｎ型とする）の半導体基板により構成されている。基板１３は、３μｍ〜５μｍの厚みを有し、基板１３の画素形成領域１２には受光部ＰＤと、画素回路部を構成する複数の画素トランジスタＴｒとから構成される画素２が、複数個、二次元マトリクス状に形成されている。また、図２では図示を省略するが、基板１３に形成された画素２の周辺領域には、周辺回路部が構成されている。

受光部ＰＤは、画素形成領域１２に形成される暗電流抑制領域２２，２３と、その暗電流抑制領域２２，２３の間の領域に形成される電荷蓄積領域２１により構成されている。暗電流抑制領域２３は基板１３（画素形成領域１２）の表面側に形成され、第２導電型（本実施形態例ではｐ型）の高濃度不純物領域により構成されている。また、暗電流抑制領域２２は基板１３（画素形成領域１２）の裏面側に形成され、ｐ型の不純物領域により構成されている。電荷蓄積領域２１は、ｎ型の不純物領域により構成されている。この受光部ＰＤでは、主に暗電流抑制領域２２，２３を構成するｐ型の不純物領域と、電荷蓄積領域２１を構成するｎ型の不純物領域との間に形成されるｐｎ接合によりフォトダイオードが構成されている。
受光部ＰＤでは、入射した光の光量に応じた信号電荷が生成され、蓄積される。また、基板の界面で発生する暗電流の原因となる電子は暗電流抑制領域２２，２３の多数キャリアである正孔に吸収されることにより、暗電流が抑制される。

画素トランジスタＴｒは、基板１３の表面側に形成された図示しないソース・ドレイン領域と、基板１３の表面上にゲート絶縁膜２９を介して形成されたゲート電極２８とから構成されている。画素トランジスタＴｒは、前述したように、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタを含む３つの画素トランジスタＴｒを有する構成でもよく、また、選択トランジスタを含む４つの画素トランジスタＴｒを有する構成であってもよい。ソース・ドレイン領域は、図示を省略するが、基板１３表面側に形成されたｎ型の高濃度不純物領域により形成され、本実施形態例の画素トランジスタＴｒはｎチャネルＭＯＳトランジスタとして機能する。

また、隣接する画素２と画素２との間には、基板１３の表面から裏面に架けてｐ型の高濃度不純物領域からなる素子分離領域２４が形成されており、この素子分離領域２４により各画素２は電気的に分離されている。さらに、素子分離領域２４には、基板１３の裏面側から所望の深さに形成された遮光部１７が形成されている。遮光部１７は、平面でみると、各画素２を囲むように例えば格子状に形成されるものである。この遮光部１７は、基板１３の裏面側に形成された所望の深さのトレンチ部１９と、トレンチ部１９の側壁及び底面に形成された高誘電率材料膜１８と、高誘電率材料膜１８を介してトレンチ部１９に埋め込まれた遮光膜２０とから構成されている。このとき、トレンチ部１９に埋め込まれた遮光膜２０の最表面は、基板１３の裏面と面一に構成されている。高誘電率材料膜１８の材料としては、例えば、酸化ハフニウム（ＨｆＯ_２）、五酸化タンタル（Ｔａ_２Ｏ_５）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ_２）を用いることができる。また、遮光膜２０の材料としては、例えば、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）を用いることができる。

配線層２６は、基板１３の表面側に形成されており、層間絶縁膜２７を介して複数層（本実施形態例では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２６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Ｔｒが駆動される。

支持基板１４は、配線層２６の基板１３に面する側とは反対側の面に形成されている。この支持基板１４は、製造段階で基板１３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ている。

カラーフィルタ層１５は、基板１３の裏面側に形成されており、画素毎に例えば、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）のカラーフィルタ層が形成されている。カラーフィルタ層１５では、所望の波長の光が透過され、透過した光が基板１３内の受光部ＰＤに入射する。

オンチップレンズ１６は、カラーフィルタ層１５の基板１３に面する側とは反対側の面に形成されている。オンチップレンズ１６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１５を介して各受光部ＰＤに効率良く入射する。

以上の構成を有する固体撮像装置１では、基板１３の裏面側から光が照射され、オンチップレンズ１６及びカラーフィルタ層１５を透過した光が受光部ＰＤにて光電変換することにより、信号電荷が生成される。そして受光部ＰＤにて生成された信号電荷は、基板１３の表面側に形成された画素トランジスタＴｒを介して、配線層２６の所望の配線２５で形成された垂直信号線により画素信号として出力される。

本実施形態例の固体撮像装置１では、素子分離領域２４により、隣接する画素２と画素２との間では素子分離領域２４のポテンシャルによって形成された障壁により電子の移動がなされない。すなわち、基板１３内に形成される不純物領域の濃度勾配により画素間の電気的分離がなされる。
さらに、素子分離領域２４に埋め込まれて形成された遮光部１７により、光入射面側において斜めに入射してくる光が隣接する画素２に入射することを防ぐ。すなわち、遮光部１７によって画素間の光学的分離がなされる。

また、素子分離領域２４にトレンチ部１９を形成する場合、トレンチ部１９の側壁及び底面に物理的ダメージやイオン照射による不純物活性化によりトレンチ部１９の周辺部でピニングはずれが発生する可能性がある。この問題点に対し、本実施形態例では、トレンチ部１９の側壁及び底面に固定電荷を多く持つ高誘電率材料膜１８を形成することによりピニング外れが防止される。

本実施形態例の固体撮像装置１によれば、隣接する画素間には、素子分離領域２４に埋め込まれた遮光部１７が構成されているので、受光面に入射してくる斜め光が受光部ＰＤに入射するのを防ぐことができる。これにより、オンチップレンズで集光しきれずに隣接する画素２に向って入射する光が遮光され、隣接する画素間で起こる光学的な混色が低減される。また、受光面とオンチップレンズ１６との間で発生する回折光や反射光のうち、隣接する画素２に向って入射する角度の大きい光が遮光されるので、フレアの発生が低減される。

さらに、本実施形態例の固体撮像装置１によれば、遮光部１７は、素子分離領域２４に埋め込まれた構成とされているので、基板１３裏面の受光面が平坦になり、基板１３の裏面側に形成されるカラーフィルタ層１５及びオンチップレンズ１６が受光面に近づく。これにより、光が入射するオンチップレンズ１６の表面と、基板１３の受光面との距離が近づくため集光特性が向上し、混色の低減が図られる。

［１−３ 製造方法］
図３〜図１２に、本実施形態例の固体撮像装置１の製造工程図を示し、本実施形態例の固体撮像装置１の製造方法を説明する。

まず、図３Ａに示すように、基板１３に受光部ＰＤ、画素トランジスタＴｒから構成される複数の画素２を形成し、基板１３の表面側に、層間絶縁膜２７を介して形成された複数層の配線２５からなる配線層２６を形成する。これらの画素２及び配線層２６は、通常の固体撮像装置１と同様の方法で形成することができる。

本実施形態例では、例えば、３μｍ〜５μｍの厚さのｎ型の表面領域となる画素形成領域１２を有し、画素形成領域１２の下に裏面領域３０を有する基板１３準備する。そして、この基板１３の表面側から所望の不純物を所望の濃度でイオン注入することにより、画素形成領域１２に、受光部ＰＤ、素子分離領域２４、及び図示しないソース・ドレイン領域を形成する。そして、基板１３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２９を形成したのち、ゲート絶縁膜２９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２８を形成する。ゲート電極２８の形成工程は、画素形成領域１２内の受光部ＰＤやソース・ドレイン領域等の形成工程の前に行ってもよく、その場合は、受光部ＰＤやソース・ドレイン領域を、ゲート電極２８をマスクとしてセルフアラインで形成することができる。その他、ゲート電極２８の側面に、例えばシリコン酸化膜やシリコン窒化膜等で構成されるサイドウォールを形成してもよい。
また、配線層２６は、ゲート電極２８形成後、例えばシリコン酸化膜からなる層間絶縁膜２７の形成と、アルミニウムや銅等で構成される配線２５の形成を所望の回数繰り返して行うことにより形成することができる。このとき、図示しないが各配線間を接続するコンタクト部の形成も行われる。
裏面領域３０は、画素形成領域１２側から順に、ノンドープのシリコン層３０ａ、ｐ型の高濃度不純物層からなるエッチングストッパー層３０ｂ、ノンドープのシリコン層３０ａが積層された構造とされている。このエッチングストッパー層３０ｂは、ノンドープのシリコン層３０ａの所望の領域にボロンを高濃度にイオン注入することによって形成することができる。その他、ノンドープのシリコン層３０ａをエピタキシャル成長法によって形成し、その形成過程で、所望の領域にｐ型の高濃度不純物層を形成する方法を用いてもよい。本実施形態例の裏面領域３０は、基板１３に接する側のシリコン層３０ａが、約２μｍ〜５μｍ、エッチングストッパー層３０ｂが約１μｍ、エッチングストッパー層３０ｂ上に形成されるシリコン層３０ａが、約１μｍとなるように構成されている。

次に、図４Ｂに示すように、配線層２６上部に、有機系接着剤またはプラズマ照射による物理的接着により支持基板１４を張り合わせる。

そして、図５Ｃに示すように、支持基板１４を張り合わせた後素子を反転し、物理的研磨法により裏面領域３０の上面を研磨する。このとき、エッチングストッパー層３０ｂに到達しない程度に研磨を行う。

次に、弗硝酸を用いてウェットエッチングすることにより、裏面領域３０のシリコン層３０ａをエッチングする。そうすると、図６Ｄに示すようにノンドープのシリコン層３０ａとｐ型高濃度不純物層からなるエッチングストッパー層３０ｂのドーピング種の違いにより、エッチングがエッチングストッパー層３０ｂでストップする。すなわち、裏面領域３０の上面側に形成されたシリコン層３０ａのみがエッチング除去される。

次に、図７Ｅに示すように、裏面領域３０の上部にフォトレジスト層３１を形成し、素子分離領域２４の遮光部１７を形成する領域に開口部３１ａが形成されるように露光、現像する。この場合、前工程において、裏面領域３０はエッチングストッパー層３０ｂまでエッチング除去されているため表面が平坦とされている。このため、フォトレジスト層３１も表面が平坦となるように形成されるためフォトレジスト層３１の露光、現像が精度良く行われ、所望の開口部３１ａをより正確にパターン形成することができる。

次に、所望の形状にパターニングされたフォトレジスト層３１をマスクとしてドライエッチングをすることにより、図８Ｆに示すように、裏面領域３０を貫通して画素形成領域１２の裏面側から所望の深さに達するトレンチ部１９を形成する。トレンチ部１９の深さは、前述したように、基板１３の裏面側から入射する斜め光を受光面側で遮光できる程度の深さに形成されればよく、本実施形態例では、基板１３の裏面から例えば５００ｎｍ〜１０００ｎｍの深さまでトレンチ部１９を形成する。

次に、図９Ｇに示すように、トレンチ部１９を埋め込むようにシリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）又はシリコン窒化膜（ＳｉＮ）からなる埋め込み膜３２を、例えばＣＶＤ法を用いて成膜する。

次に、図１０Ｈに示すように、ウェットエッチングにより所定の時間エッチングすることにより、埋め込み膜３２をエッチバックする。このとき、埋め込み膜３２の表面が、基板１３裏面から５０〜６０ｎｍ程度突出した状態でエッチバックを終了する。

次に、埋め込み膜３２をストッパーとして用い、ＣＭＰ法により裏面領域３０を研磨し、裏面領域３０を薄肉化する。これにより図１１Ｉに示すように、裏面領域３０が除去される。

次に、図１１Ｊに示すように、トレンチ部１９に埋め込まれた埋め込み膜３２をウェットエッチングにより除去すると共に、前工程のＣＭＰ法による研磨工程、及びトレンチ部１９形成工程において発生したダメージ層を除去する。埋め込み膜３２を除去する薬液は、埋め込み膜３２がＳｉＯ_２の場合沸酸を用い、ＳｉＮの場合は燐酸を用いると良い。ダメージ層除去は、例えばアンモニア水のようなアルカリ性薬液を用いるのが好ましい。

次に、図１２Ｋに示すように、トレンチ部１９の側壁及び底面を含む基板１３裏面に、ＣＶＤ法又はスパッタ法を用いて、高誘電率材料膜１８を成膜する。続いて、高誘電率材料膜１８が成膜されたトレンチ部１９を含む全面に、ＣＶＤ法を用いて遮光膜２０を成膜し、トレンチ部１９内部に遮光膜２０を埋め込む。

次に、図１２Ｌに示すように、例えば塩酸、硫酸等の酸系薬液によりウェットエッチングすることにより、遮光膜２０の高さを調整する。このとき、遮光膜２０表面と基板１３の裏面が面一となるように遮光膜２０の高さを調整する。

その後、基板１３の裏面側に、通常の方法を用いてカラーフィルタ層１５、及びオンチップレンズ１６を形成して図２に示す本実施形態例の固体撮像装置１が完成する。

以上のように、本実施形態例の固体撮像装置１はバルク基板によって形成することができる。通常の裏面照射型の固体撮像装置ではＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板が用いられていたが、本実施形態例ではＳＯＩ基板よりもコストの低いバルク基板によって形成することができるため、高価なＳＯＩ基板を用いる必要がなくコストの低減が図られる。

また、本実施形態例の固体撮像装置１では、ノンドープのシリコン層３０ａに、ｐ型の高濃度不純物層からなるエッチングストッパー層３０ｂが形成された裏面領域３０有する基板１３を用いる例とした。しかしながら、これに限定されることなく、その他、種々のエッチングストッパー層を有する基板を用いることができる。例えばエッチングストッパー層３０ｂとしてＳｉＣやＳiＧｅ層を用いても良い。

また、本実施形態例の固体撮像装置１の製造方法では、トレンチ部１９に図９Ｈの工程でストッパーとして用いられる埋め込み膜３２を形成することができ、図１０Ｉの工程の裏面領域３０の薄膜化が容易になる。そして、裏面領域３０の薄膜化が容易になるため、裏面領域３０に形成されるｐ型高濃度不純物層を、基板１３に形成された受光部ＰＤからある程度離れた距離に形成することができる。このため、エッチングストッパー層３０ｂであるｐ型高濃度不純物層の拡散工程における熱による画素形成領域１２の受光部ＰＤのキャリアプロファイルの変調を抑制することができる。

また、本実施形態例の固体撮像装置１の製造方法では、基板１３に形成される素子分離領域２４は、基板１３の表面側からｐ型の不純物をイオン注入することによって形成される。このため、表面側から深い位置の画素形成領域１２（この場合、基板１３の裏面側）では、急峻なポテンシャルプロファイルが形成されにくい。そうすると、基板１３の裏面側では、生成された信号電荷が素子分離領域２４を通過して、隣接する画素２に漏れ込む可能性があり、混色やブルーミングの原因となる。本実施形態例では、基板１３の裏面側の素子分離領域２４には、遮光部１７が埋め込まれて形成されている。このため、素子分離領域２４の特に素子分離機能が弱い領域において、隣接する画素に漏れ込む信号電荷を物理的に遮ることができ、基板１３内の信号電荷の移動による混色やブルーミングが抑制される。

〈２．第２の実施形態：固体撮像装置〉
次に、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。本実施形態例の固体撮像装置は、第１の実施形態の固体撮像装置と同様に裏面照射型の固体撮像装置であり、全体の構成は、図１と同様であるから、重複説明を省略する。

図１３は、本実施形態例における固体撮像装置４０の要部の概略断面構成図である。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。

図１３に示すように、本実施形態例の固体撮像装置４０では、遮光部４７が、受光部ＰＤが形成された画素形成領域１２を貫通するように形成された例である。図１３に示す本実施形態例では、遮光部４７は配線層２６の一番下層（基板１３側）の配線２５に達する深さに形成された例としているが、配線層２６に達する深さであれば、種々の構成が可能である。

本実施形態例の固体撮像装置４０の製造方法は、第１の実施形態で示した図８Ｆの工程において、基板１３を貫通し、配線層２６の配線のうち一番基板１３に近い配線２５に達する深さのトレンチ部４９を形成する。その後、第１の実施形態の固体撮像装置１と同様の方法でトレンチ部４９に高誘電率材料膜４８及び遮光膜５０を埋め込むことにより、遮光部４７を形成することができる。本実施形態例の固体撮像装置４０を構成する材料は、第１の実施形態と同様の材料を用いることができる。

本実施形態例の固体撮像装置４０では、遮光部４７を配線層２６に達する深さにまで形成することにより、基板１３に形成された各画素２は光の入射面から深い位置においても遮光部４７により分離される。これにより、斜めの光の隣接する画素２への入射をより抑制することが可能となり、フレアの発生や混色を低減することができる。また、基板１３内部においても遮光部４７によって各画素２が分離されているので、強い光が照射された場合、生成された過剰の信号電荷が隣接する画素に侵入することに起因するブルーミングの発生も抑制することができる。

さらに、本実施形態例の固体撮像装置４０によれば、受光部ＰＤが形成された基板１３を貫通する遮光部４７が導波路としても利用できる。すなわち、入射光が導波路によって反射されることにより入射光を基板１３内の受光部ＰＤにより集光することができ、集光特性が向上する。

その他、第１の実施形態と同様の効果が得られる。

上述の第１及び第２の実施形態では、入射光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されてなるＣＭＯＳ型固体撮像装置に適用した場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明はＣＭＯＳ型固体撮像装置への適用に限られるものではない。また画素が二次元マトリックス状に形成された画素部の画素列ごとにカラム回路を配置してなるカラム方式の固体撮像装置全般に限定するものでもない。

例えば、本発明の固体撮像装置は、ＣＣＤ型の固体撮像装置に適用することも可能である。この場合、基板の表面側には、ＣＣＤ構造の電荷転送部を構成する。ＣＣＤ型の固体撮像装置に適用した場合にも、上述した第１及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができる他、遮光部の構成により、電荷転送部への斜め光の入射を抑制することができるので、スミアの発生を抑制することができる。

尚、上述した第１及び第２の実施形態では、各画素は主としてｎチャネルＭＯＳトランジスタ構成とした場合であるが、ｐチャネルＭＯＳトランジスタ構成とすることもできる。この場合は、各図において、その導電型を反転した構成となる。

また、本発明は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置にも適用可能である。また、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。

さらに、本発明は、画素部の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限られるものではない。画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すＸ−Ｙアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。
なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、画素部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。

また、本発明は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。

〈３．第３の実施形態：電子機器〉
次に、本発明の第３の実施形態に係る電子機器について説明する。図１４は、本発明の第３の実施形態に係る電子機器２００の概略構成図である。
本実施形態例の電子機器２００は、上述した本発明の第１の実施形態における固体撮像装置１を、静止画撮影が可能なデジタルカメラを例としたものである。

本実施形態に係る電子機器２００は、固体撮像装置１と、光学レンズ２１０と、シャッタ装置２１１と、駆動回路２１２と、信号処理回路２１３とを有する。

光学レンズ２１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の撮像面上に結像させる。これにより固体撮像装置１内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。
シャッタ装置２１１は、固体撮像装置１への光照射期間および遮光期間を制御する。
駆動回路２１２は、固体撮像装置１の転送動作およびシャッタ装置２１１のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路２１２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１の信号転送を行なう。信号処理回路２１３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、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。

本実施形態例の電子機器２００では、固体撮像装置１において、フレアや混色、及びブルーミングの発生が抑制されるので、画質の向上が図られる。

このように、固体撮像装置１を適用できる電子機器２００としては、カメラに限られるものではなく、デジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置に適用可能である。

本実施形態例においては、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の実施形態における固体撮像装置を用いることもできる。

１ 固体撮像装置
２ 画素
３ 画素部
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
１０ 水平信号線
１２ 画素形成領域
１３ 基板
１４ 支持基板
１５ 配線層
１６ オンチップレンズ
１７ 遮光部
１８ 高誘電率材料膜
１９ トレンチ部
２０ 遮光膜
２１ 電荷蓄積領域
２２ 暗電流抑制領域
２３ 暗電流抑制領域
２４ 素子分離領域
２５ 配線
２６ 配線層
２７ 層間絶縁膜
２８ ゲート電極
２９ ゲート絶縁膜
３０ 裏面領域
３０ａ シリコン層
３０ｂ エッチングストッパー層
３１ フォトレジスト層
３１ａ 開口部
３２ 埋め込み膜

Claims (12)

1. 複数の受光部が形成された基板であって、前記基板の裏面側が光照射面とされる基板と、
   前記基板の表面側に形成された配線層と、
   隣接する受光部間に形成され、前記基板の裏面側から所望の深さに形成されたトレンチ部、及び前記トレンチ部内に埋め込まれた遮光膜で構成された遮光部と、を有し、
   前記隣接する受光部間には、所定の不純物領域から構成され、隣接する受光部間を電気的に分離する為の素子分離領域が形成されており、
   前記遮光部は、前記素子分離領域内に形成されている
   固体撮像装置。
2. 前記遮光部は、前記基板を貫通して形成されている
   請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記トレンチ部とトレンチ部に埋め込まれた遮光膜との間には、高誘電率材料膜が形成されている
   請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
4. 前記遮光膜は、アルミニウム又はタングステンで構成されている
   請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
5. 前記高誘電率材料膜は、酸化ハフニウム、五酸化タンタル、又は二酸化ジルコニウムで構成されている
   請求項１〜４のいずれかに記載の固体撮像装置。
6. 基板の表面領域に複数の受光部及び所望の不純物領域を形成し、裏面領域にエッチングストッパー層を形成する工程と、
   前記基板の表面側に、層間絶縁膜を介して形成された複数層の配線からなる配線層を形成する工程と、
   前記基板を前記基板の裏面側から前記エッチングストッパー層までエッチングする工程と、
   前記基板の裏面側から所望の深さに達するトレンチ部を形成する工程と、
   前記基板に形成されたトレンチ部に埋め込み膜を形成し、前記埋め込み膜をストッパーとして、前記基板を薄肉化する工程と、
   前記埋め込み膜を除去して後、前記トレンチ部に、遮光膜を埋め込む工程と、
   有し、
   前記トレンチ部は、隣接する受光部間を電気的に分離する為に形成された所定の不純物領域からなる素子分離領域に形成する
   固体撮像装置の製造方法。
7. 前記基板の裏面領域は、ノンドープのシリコン層により構成され、前記エッチングストッパー層は、ｐ型の高濃度不純物層によって構成されている
   請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
8. 前記トレンチ部は前記基板を貫通するように形成する
   請求項６又は７に記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 前記トレンチ部とトレンチ部に埋め込まれた遮光膜との間には、高誘電率材料膜が形成されている
   請求項６〜８のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
10. 前記遮光膜は、アルミニウム又はタングステンで構成されている
    請求項６〜９のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
11. 前記高誘電率材料膜は、酸化ハフニウム、五酸化タンタル、又は二酸化ジルコニウムで構成されている
    請求項６〜１０のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
12. 光学レンズと、
    複数の受光部が形成された基板であって、前記基板の裏面側が光照射面とされる基板と、前記基板の表面側に形成された配線層と、隣接する受光部間に形成され、前記基板の裏面側から所望の深さに形成されたトレンチ部、及び前記トレンチ部内に埋め込まれた遮光膜で構成された遮光部と、から構成され、前記隣接する受光部間には、所定の不純物領域から構成され、隣接する受光部間を電気的に分離する為の素子分離領域が形成されており、前記遮光部は、前記素子分離領域内に形成されている固体撮像装置であって、前記光学レンズに集光された光が入射される固体撮像装置と、
    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。

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