JP6060851B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、半導体基板の裏面側から光電変換部に光を入射させる裏面照射型に好適な固体撮像装置の製造方法に関する。

裏面照射型の固体撮像装置では、例えば特許文献１で指摘されているように、斜め入射光が隣接画素に入ってしまい、混色が生じるという問題がある。そのため、特許文献１では、カラーフィルタ間を区切る遮光部材を、半導体基板の裏面の高濃度ｐ＋層内まで埋め込むようにした構成が記載されている。

特開２００９−６５０９８号公報

しかしながら、特許文献１では遮光部材の半導体基板への埋込み深さが浅く、混色を抑制することは難しかった。

本開示はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、混色を抑制することが可能な固体撮像装置の製造方法を提供することにある。

本開示による第１の固体撮像装置の製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｆ）の工程を含むものである。
（Ａ）半導体基板内に光電変換素子を設け、光電変換素子の境界線に、半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで溝を設ける工程
（Ｂ）半導体基板の裏面側に被覆層を形成すると共に、被覆層に、溝に連通する開口を設ける工程
（Ｃ）溝および開口に埋込み膜を埋め込むことにより、溝内に第１分離層を形成すると共に開口内に第２分離層を形成し、第２分離層を、第１分離層と一体に形成すると共に第１分離層と同一材料より構成する工程
（Ｄ）埋込み膜のうち被覆層の上に形成された部分を除去する工程
（Ｅ）被覆層を除去する工程
（Ｆ）第２分離層で区画された領域内にカラーフィルタを形成する工程

本開示による第２の固体撮像装置の製造方法は、以下の（Ａ）〜（Ｅ）の工程を含むものである。
（Ａ）半導体基板内に光電変換素子を設け、光電変換素子の境界線に、半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで溝を設ける工程
（Ｂ）溝に埋込み膜を埋め込むと共に、半導体基板の裏面側を埋込み膜で被覆する工程
（Ｃ）埋込み膜の上面にマスク材料層を形成し、マスク材料層を研磨することにより、埋込み膜の上面の溝に対向する位置にマスク層を形成する工程と、
（Ｄ）埋込み膜をエッチバックすることにより溝内に第１分離層を形成すると共に、溝とマスク層との間に第２分離層を形成し、第２分離層を、第１分離層と一体に形成すると共に第１分離層と同一材料より構成する工程
（Ｅ）第２分離層で区画された領域内にカラーフィルタを形成する工程

本開示の第１または第２の固体撮像装置の製造方法によれば、分離構造の第１分離層を、光電変換素子の境界線に沿った溝内に設け、この溝を、半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで設けるようにしている。また、分離構造の第２分離層を、カラーフィルタの境界線に、第１分離層と一体に設けると共に第１分離層と同一材料により構成するようにしている。よって、半導体基板内部で生じる混色（バルク内混色）を第１分離層により抑制すると共に、半導体基板の裏面よりも上層側（カラーフィルタ側）で生じる混色（上層混色）を第２分離層により抑制し、混色を確実に抑制することが可能となる。

本開示の第１の固体撮像装置の製造方法によれば、半導体基板の裏面から溝を設けたのち、半導体基板の裏面側に、溝に連通する開口をもつ被覆層を形成し、溝および開口に埋込み膜を埋め込むことにより、第１分離層および第２分離層を形成するようにしている。また、本開示の第２の固体撮像装置の製造方法によれば、半導体基板の裏面から溝を設けたのち、溝に埋込み膜を埋め込むと共に、半導体基板の裏面側を埋込み膜で被覆し、この埋込み膜の上面の溝に対向する位置に、マスク層を形成する。そののち、埋込み膜をエッチバックすることにより溝内に第１分離層を形成すると共に、溝とマスク層との間に第２分離層を形成するようにしている。よって、簡素な工程により、第２分離層を、第１分離層と一体に形成すると共に第１分離層と同一材料より構成することが可能となる。

本開示の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 図１に示した固体撮像装置の構成を表す平面図である。 図１に示した固体撮像装置の製造方法を工程順に表す断面図である。 図３に続く工程を表す断面図である。 図４に続く工程を表す断面図である。 図５に続く工程を表す断面図である。 図６に続く工程を表す断面図である。 図７に続く工程を表す断面図である。 図８に続く工程を表す断面図である。 図９に続く工程を表す断面図である。 図１に示した固体撮像装置の作用を説明する断面図である。 本開示の第２の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。 図１２に示した固体撮像装置の製造方法を工程順に表す断面図である。 図１３に続く工程を表す断面図である。 図１４に続く工程を表す断面図である。 図１５に続く工程を表す断面図である。 図１６に続く工程を表す断面図である。 図１７に続く工程を表す断面図である。 図１８に続く工程を表す断面図である。 固体撮像装置の機能ブロック図である。 適用例に係る電子機器の機能ブロック図である。

以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（半導体基板の裏面側に被覆層を形成すると共に、被覆層に、溝に連通する開口を設け、溝および開口に埋込み膜を埋め込むことにより、第１分離層および第２分離層を一体形成する例。）
２．第２の実施の形態（埋込み膜のエッチバックにより第１分離層および第２分離層を一体形成する例）
３．固体撮像装置の全体構成例
４．適用例（電子機器の例）

（第１の実施の形態）
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の断面構成を表したものである。この固体撮像装置１は、デジタルスチルカメラ，ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサであり、撮像画素領域（後述の画素部１１０）に、複数の画素１０が２次元配置されたものである。画素１０の境界線には、分離構造２０が設けられている。固体撮像装置１は、裏面照射型または表面照射型のいずれであってもよいが、ここでは裏面照射型の構造を例として説明する。

画素１０は、例えば、フォトダイオードからなる光電変換素子１１の光入射側にカラーフィルタ１２およびマイクロレンズ１３を有している。画素１０は、例えば、赤（Ｒ）の波長を検出する赤色画素１０Ｒと、緑（Ｇ）の波長を検出する緑色画素１０Ｇと、青（Ｂ）の波長を検出する青色画素１０Ｂとを含んでいる。なお、赤（Ｒ）は、例えば６２０ｎｍ〜７５０ｎｍの波長域、緑（Ｇ）は、例えば４９５ｎｍ〜５７０ｎｍの波長域、青（Ｂ）は、例えば４５０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長域にそれぞれ対応する色である。

赤色画素１０Ｒ，緑色画素１０Ｇおよび青色画素１０Ｂは、例えば図２に示したように、ベイヤー配列された正方画素である。すなわち、二つの緑色画素１０Ｇと、一つの赤色画素１０Ｒと、一つの青色画素１０Ｂとが、２行×２列の単位配列Ｕ１を構成している。緑色画素１０Ｇは、単位配列Ｕ１の一方の対角線に沿って、左上および右下に配置されている。赤色画素１０Ｒおよび青色画素１０Ｂは、単位配列Ｕ１の他方の対角線に沿って、右上および左下に配置されている。分離構造２０は、画素１０の境界線に、格子状に設けられている。

図１に示した光電変換素子１１（フォトダイオード）は、シリコン（Ｓｉ）よりなる半導体基板１４の裏面１４Ａ側に、例えば数μｍ程度の厚みで設けられている。光電変換素子１１は、半導体基板１４の裏面１４Ａに受光面１１Ａを有している。

図１に示した半導体基板１４の表面１４Ｂ側には、図示しないが、転送トランジスタ、選択トランジスタ、変調トランジスタ、リセットトランジスタ、ＦＤ（フローティングディフュージョン；浮遊拡散層）、多層配線などが設けられている。転送トランジスタは、光電変換素子１１に蓄積された電荷をＦＤへ転送するためのスイッチング素子である。ＦＤは、多層配線を介して信号処理部（図示せず）に接続されている。ＦＤは、複数画素（例えば４画素）に共有されていてもよい。多層配線は、光電変換素子１１の駆動、信号伝達、各部への電圧印加などを行うものである。なお、半導体基板１４の表面１４Ｂ側には、支持基板（図示せず）が貼り合わせられていてもよい。

図１に示したカラーフィルタ１２は、例えば、赤フィルタ１２Ｒと、緑フィルタ１２Ｇと、青フィルタ１２Ｂとを有している。赤フィルタ１２Ｒは、光電変換素子１１から赤の波長域に対応する信号を取得するためのものである。緑フィルタ１２Ｇは、光電変換素子１１から緑の波長域に対応する信号を取得するためのものである。青フィルタ１２Ｂは、光電変換素子１１から青の波長域に対応する信号を取得するためのものである。カラーフィルタ１２は、例えば、顔料を混入した樹脂によりそれぞれ構成されており、顔料を選択することにより目的とする赤，緑あるいは青の波長域における光透過率が高く、他の波長域における光透過率が低くなるように調整されている。

図１に示したオンチップレンズ１３は、カラーフィルタ１２の光入射側に配設され、上方から入射した光を、光電変換素子１１の受光面１１Ａへ集光させるものである。

図１に示した分離構造２０は、溝２１と、第１分離層２２と、第２分離層２３とを有している。溝２１は、光電変換素子１１の境界線に、半導体基板１４の裏面１４Ａから特定色光の光電変換が起こる深さＤ２１まで設けられている。第１分離層２２は、溝２１内に設けられている。第２分離層２３は、カラーフィルタ１２の境界線に設けられ、第１分離層２２と一体をなすと共に第１分離層２２と同一材料により構成されている。これにより、この固体撮像装置１では、混色を確実に抑制することが可能となっている。

第１分離層２２は、半導体基板１４内部で生じる混色（バルク内混色）を抑えるものであり、溝２１内に埋め込まれている。なお、溝２１の幅は例えば１００ｎｍである。

ここで「特定色光」とは、例えば、赤色光または緑色光であることが好ましく、中でも緑色光が好ましい。緑色光は例えば２．８μｍ〜２．９μｍの深さでほぼ９９％吸収されるので、溝２１を緑色光の光電変換が起こる深さＤ２１まで設けることにより、半導体基板１４内部で生じる混色（バルク内混色）をほぼ確実に抑えることが可能となる。

第２分離層２３は、半導体基板１４の裏面１４Ａよりもカラーフィルタ１２側で生じる混色（上層混色）を抑えるものである。第２分離層２３は、第１分離層２２から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状をなしていることが好ましい。これにより、第２分離層２３の側面のテーパー構造が導波路的な機能をもち、オンチップレンズ１３の瞳補正を不要とすることが可能となる。

第１分離層２２および第２分離層２３は、例えば、金属により構成されていることが好ましい。金属としては、例えば、タングステン（Ｗ），銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ），Ｒｈ（ロジウム）が挙げられる。また、反射率の高い金属が好ましい。

あるいは、第１分離層２２および第２分離層２３は、カラーフィルタ１２よりも低屈折率の材料により構成されていることも好ましい。このような材料としては、例えば、Ｌｏｗ−ｋ（低誘電率）膜などの絶縁膜が挙げられる。

溝２１の内面（溝２１と第１分離層２２との間）には、例えば、ピニング膜（負の固定電荷をもつ膜）２４および絶縁膜２５が設けられていることが好ましい。ピニング膜２４は、例えば、Ｔａ₂Ｏ₅，ＨｆＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂により構成されている。絶縁膜２５は、例えば、ＳｉＯ₂により構成されている。

第２分離層２３の表面には、反射防止膜２６が設けられていることが好ましい。反射防止膜２６の材料としては、ＴｉＮなどのバリアメタル、ＳｉＮ，ＳｉＯＮなどが挙げられる。

第２分離層２３の上面２３Ａは、カラーフィルタ１２の光入射面１２Ａと同じ高さ（つらいち）またはカラーフィルタ１２の光入射面１２Ａよりも高い位置（カラーフィルタ１２の光入射面１２Ａよりも突出した位置）にあることが好ましい。混色をより確実に抑制することが可能となるからである。

第２分離層２３の上面２３Ａがカラーフィルタ１２の光入射面１２Ａよりも高い位置にある場合には、反射防止膜２６が第２分離層２３の上面２３Ａまで設けられていることが好ましい。これにより、外光が第２分離層２３の上面２３Ａで反射され、反射光がカメラのレンズ等に入射してしまうのを抑えることが可能となる。

この固体撮像装置１は、例えば次のようにして製造することができる。

図３ないし図１０は、固体撮像装置１の製造方法を工程順に表したものである。まず、図３に示したように、半導体基板１４内に光電変換素子１１を設け、半導体基板１４の裏面１４Ａを研磨して光電変換素子１１の受光面１１Ａを形成する。

次いで、同じく図３に示したように、半導体基板１４の裏面１４Ａに、トレンチ加工用のハードマスク３１を形成する。

続いて、図４に示したように、このハードマスク３１を用いて半導体基板１４をトレンチ状に加工し、溝２１を形成する。溝２１は、光電変換素子１１の境界線に、半導体基板１４の裏面１４Ａから特定色光、例えば緑色光の光電変換が起こる深さＤ２１まで設ける。溝２１を設けたのち、ハードマスク３１を除去する。

そののち、図５に示したように、溝２１の内面および半導体基板１４の裏面１４Ａに、Ｔａ₂Ｏ₅，ＨｆＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂よりなるピニング膜２４を薄く成膜する。続いて、ＳｉＯ₂等の絶縁膜２５を形成する。

続いて、同じく図５に示したように、半導体基板１４の裏面１４Ａ側に被覆層３２を形成する。このとき、被覆層３２は溝２１を跨いで繋がることなく、溝２１上で断絶する。よって、被覆層３２には、溝２１に連通する開口３３が形成される。被覆層３２の材料としては、例えば、ＳｉＯ₂、およびＴａ₂Ｏ₅などの他の酸化膜を用いる。

被覆層３２を形成する工程においては、被覆層３２の端部に、開口３３の入口３３Ａを狭めるオーバーハング部３２Ａを形成しておくことが好ましい。オーバーハング部３２Ａは、開口３３の入口３３Ａ内に垂れ下がるように形成されている。これにより、開口３３は、入口３３Ａから奥３３Ｂに向かって径が広くなる形状となっている。その理由は後述する。

被覆層３２を形成したのち、図６に示したように、例えばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition；化学気相成長）またはＡＬＤ（Atomic Layer Deposition；原子層堆積）により、溝２１および開口３３に埋込み膜３４を埋め込む。これにより、溝２１内に第１分離層２２を形成すると共に、開口３３内に第２分離層２３を形成する。このようにして、第２分離層２３が、第１分離層２２と一体に形成されると共に第１分離層２２と同一材料より構成される。

ここで、前述したように、被覆層３２を形成する工程において、被覆層３２の端部に、開口３３の入口３３Ａを狭めるオーバーハング部３２Ａを形成しておくことが好ましい。これにより、溝２１および開口３３に埋込み膜３４を埋め込む工程において、第２分離層２３を、オーバーハング部３２Ａの形状にならって、容易に、第１分離層２２から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成することが可能となる。

埋込み膜３４の材料としては、上述した第１分離層２２および第２分離層２３と同様に、例えば、タングステン（Ｗ），銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ），Ｒｈ（ロジウム）などの金属を用いる。また、埋込み膜３４を、上述した第１分離層２２および第２分離層２３と同様に、Ｌｏｗ−ｋ膜などのカラーフィルタ１２よりも低屈折率の材料により構成することも可能である。いずれの場合も、成膜工程は上述と同様である。

埋込み膜３４を形成したのち、図７に示したように、例えばエッチバックまたはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing；化学機械研磨）により、埋込み膜３４のうち被覆層３２の上に形成された部分を除去する。

そののち、図８に示したように、フッ化水素（ＨＦ）等を用いたウェット処理により、被覆層３２およびハードマスク３１を除去する。これにより、第２分離層２３が半導体基板１４の裏面１４Ａから突出した状態となる。このとき、ピニング膜２４は半導体基板１４の裏面１４Ａに残存する。

続いて、図９に示したように、第２分離層２３の露出した表面に反射防止膜２６を形成する。

反射防止膜２６を形成したのち、図１０に示したように、第２分離層２３で区画された領域内にカラーフィルタ１２を形成する。最後に、カラーフィルタ１２の上にオンチップレンズ１３を配設する。以上により、図１に示した固体撮像装置１が完成する。

この固体撮像装置１では、光電変換素子１１に、オンチップレンズ１３を介して光が入射すると、この光は、光電変換素子１１を通過し、その通過過程において赤、緑、青の色光毎に光電変換される。ここでは、画素１０の境界線に分離構造２０が設けられている。分離構造２０の第１分離層２２は、光電変換素子１１の境界線に沿った溝２１内に設けられている。この溝２１は、半導体基板１４の裏面１４Ａから特定色光、例えば緑色光の光電変換が起こる深さＤ２１まで設けられている。よって、光電変換素子１１で生じた電子ｅ−が隣接する画素１０に流れ込むのが抑えられ、半導体基板１４内部で生じる混色（バルク内混色）が抑制される。また、分離構造２０の第２分離層２３は、カラーフィルタ１２の境界線に設けられ、第１分離層２２と一体をなすと共に第１分離層２２と同一材料により構成されている。よって、斜め入射光Ｌは第２分離層２３で反射されて隣接する画素１０への混入が抑えられ、半導体基板１４の裏面１４Ａ（受光面１１Ａ）よりもカラーフィルタ１２側で生じる混色（上層混色）が抑制される。

このように本実施の形態の固体撮像装置１では、分離構造２０の第１分離層２２を、光電変換素子１１の境界線に沿った溝２１内に設け、この溝２１を、半導体基板１４の裏面１４Ａから特定色光の光電変換が起こる深さＤ２１まで設けるようにしている。また、分離構造２０の第２分離層２３を、カラーフィルタ１２の境界線に、第１分離層２２と一体に設けると共に第１分離層２２と同一材料により構成するようにしている。よって、半導体基板１４内部で生じる混色（バルク内混色）を第１分離層２２により抑制すると共に、半導体基板１４の裏面１４Ａ（受光面１１Ａ）よりも上層側（カラーフィルタ１２側）で生じる混色（上層混色）を第２分離層２３により抑制し、混色を確実に抑制することが可能となる。

また、第２分離層２３を、第１分離層２２から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状としたので、第２分離層２３の側面のテーパー構造が導波路的な機能をもち、オンチップレンズ１３の瞳補正を不要とすることが可能となる。

また、本実施の形態では、半導体基板１４の裏面１４Ａから溝２１を設けたのち、半導体基板１４の裏面１４Ａ側に、溝２１に連通する開口３３をもつ被覆層３２を形成し、溝２１および開口３３に埋込み膜３４を埋め込むことにより、第１分離層２２および第２分離層２３を形成するようにしている。よって、第２分離層２３を、第１分離層２２と一体に形成すると共に第１分離層２２と同一材料より構成することが容易となる。また、セルフアラインにより第２分離層２３を高い位置精度で形成することが可能となり、製造ばらつきに左右されない特性を得ることが可能となる。

更に、被覆層３２を形成する工程においては、被覆層３２の端部にオーバーハング部３２Ａを形成し、開口３３の入口３３Ａを狭めておくようにしている。よって、溝２１および開口３３に埋込み膜３４を埋め込む工程において、第２分離層２３を、オーバーハング部３２Ａの形状にならって、容易に、第１分離層２２から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成することが可能となる。

（第２の実施の形態）
図１２は、本開示の第２の実施の形態に係る固体撮像装置１Ａの断面構成を表したものである。本実施の形態は、第２分離層２３の上面２３Ａに、反射防止膜２６を被せることにより、外光が第２分離層２３の上面２３Ａで反射され、反射光がカメラのレンズ等に入射してしまうのを抑えるようにしたものである。このことを除いては、この固体撮像装置１Ａは、上記第１の実施の形態と同一の構成、作用および効果を有している。

この固体撮像装置１Ａは、例えば次のようにして製造することができる。

図１３ないし図１９は、固体撮像装置１Ａの製造方法を工程順に表したものである。まず、図１３に示したように、半導体基板１４内に光電変換素子１１を設け、半導体基板１４の裏面１４Ａを研磨して光電変換素子１１の受光面１１Ａを形成する。

次いで、同じく図１３に示したように、半導体基板１４の裏面１４Ａに、トレンチ加工用のハードマスク３１を形成する。

続いて、図１４に示したように、このハードマスク３１を用いて半導体基板１４をトレンチ状に加工し、溝２１を形成する。溝２１は、光電変換素子１１の境界線に、半導体基板１４の裏面１４Ａから特定色光、例えば緑色光の光電変換が起こる深さＤ２１まで設ける。

そののち、同じく図１４に示したように、ハードマスク３１を除去し、溝２１の内面および半導体基板１４の裏面１４Ａに、Ｔａ₂Ｏ₅，ＨｆＯ₂，Ａｌ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂よりなるピニング膜２４を薄く成膜する。続いて、ＳｉＯ₂等の絶縁膜２５を例えば１０ｎｍの厚みで形成する。

続いて、図１５に示したように、例えばＣＶＤまたはＡＬＤにより、溝２１に埋込み膜３４を埋め込むと共に、半導体基板１４の裏面１４Ａ側（絶縁膜２５の表面）を埋込み膜３４で被覆する。このとき、埋込み膜３４の上面３４Ａの溝２１に対向する位置には、緩やかな窪み３４Ｂが形成される。窪み３４Ｂは、例えば、直径が５０ｎｍ〜１００ｎｍ、深さが６０ｎｍ〜７０ｎｍである。

埋込み膜３４の材料としては、上述した第１分離層２２および第２分離層２３と同様に、例えば、タングステン（Ｗ），銀（Ａｇ），アルミニウム（Ａｌ），Ｒｈ（ロジウム）などの金属を用いる。また、埋込み膜３４を、上述した第１分離層２２および第２分離層２３と同様に、Ｌｏｗ−ｋ膜などのカラーフィルタ１２よりも低屈折率の材料により構成することも可能である。いずれの場合も、成膜工程は上述と同様である。

埋込み膜３４を形成したのち、図１６に示したように、埋込み膜３４の上面３４Ａにマスク材料層３５Ａを形成する。マスク材料層３５Ａの材料としては、反射防止膜２６の材料と同様に、例えば、ＴｉＮなどのバリアメタル，ＳｉＮ，ＳｉＯＮなどを用いる。

マスク材料層３５Ａを形成したのち、埋込み膜３４のＣＭＰ研磨を行うと、埋込み膜３４の上面３４Ａの窪み３４Ｂにマスク材料層３５Ａが残存する。このようにして、図１７に示したように、埋込み膜３４の上面３４Ａの溝２１に対向する位置（窪み３４Ｂ）に、マスク層３５を形成する。

マスク層３５を形成したのち、埋込み膜３４をエッチバックすると、埋込み膜３４のうちマスク層３５から露出されていない部分が除去されていく。これにより、図１８に示したように、溝２１内に第１分離層２２を形成すると共に、溝２１とマスク層３５との間に第２分離層２３を形成する。第２分離層２３は、第１分離層２２と一体に形成されると共に第１分離層２２と同一材料より構成される。マスク層３５は、第２分離層２３の上面２３Ａに残存する。

埋込み膜３４のエッチバック工程では、埋込み膜３４の上面３４Ａに近い部分（浅い部分）ほど処理時間が長くなり、削られる量がより多くなる。そのため、第２分離層２３は、第１分離層２２から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成される。

マスク層３５は、第２分離層２３の上面２３Ａを被覆する。よって、マスク層３５の材料として、反射防止膜２６の材料と同様に、例えば、ＴｉＮなどのバリアメタル，ＳｉＮ，ＳｉＯＮなどを用いることにより、マスク層３５に反射防止膜２６を兼ねさせることが可能となる。

そののち、図１９に示したように、第２分離層２３で区画された領域内にカラーフィルタ１２を形成する。最後に、カラーフィルタ１２の上にオンチップレンズ１３を配設する。以上により、図１２に示した固体撮像装置１Ａが完成する。

このように本実施の形態では、半導体基板１４の裏面１４Ａから溝２１を設けたのち、溝２１に埋込み膜３４を埋め込むと共に、半導体基板１４の裏面１４Ａ側を埋込み膜３４で被覆し、この埋込み膜３４の上面３４Ａの溝２１に対向する位置にマスク層３５を形成する。そののち、埋込み膜３４をエッチバックすることにより溝２１内に第１分離層２２を形成すると共に、溝２１とマスク層３５との間に第２分離層２３を形成するようにしている。よって、第２分離層２３を、第１分離層２２と一体に形成すると共に第１分離層２２と同一材料より構成することが容易となる。また、セルフアラインにより第２分離層２３を高い位置精度で形成することが可能となり、製造ばらつきに左右されない特性を得ることが可能となる。

また、埋込み膜３４をエッチバックする工程において、マスク層３５に、第２分離層２３の上面２３Ａを被覆させるようにしたので、マスク層３５に、反射防止膜２６を兼ねさせることが可能となる。

更に、埋込み膜３４をエッチバックする工程において、第２分離層２３を、第１分離層２２から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成するようにしたので、第２分離層２３の側面のテーパー構造が導波路的な機能をもち、オンチップレンズ１３の瞳補正を不要とすることが可能となる。

（固体撮像装置の全体構成）
図２０は、上記実施の形態において説明した固体撮像装置１の全体構成を表す機能ブロック図である。この固体撮像装置１は、撮像画素領域としての画素部１１０を有すると共に、例えば行走査部１３１、水平選択部１３３、列走査部１３４およびシステム制御部１３２からなる回路部１３０を有している。回路部１３０は、画素部１１０の周辺領域に設けられていてもよいし、画素部１１０と積層されて（画素部１１０に対向する領域に）設けられていてもよい。

画素部１１０は、例えば行列状に２次元配置された複数の有色画素１０および白色画素２０（画素１０）を有している。この画素１０には、例えば画素行ごとに画素駆動線Ｌread（具体的には行選択線およびリセット制御線）が配線され、画素列ごとに垂直信号線Ｌsig が配線されている。画素駆動線Ｌreadは、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Ｌreadの一端は、行走査部１３１の各行に対応した出力端に接続されている。

行走査部１３１は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部１ａの各画素１０を、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部１３１によって選択走査された画素行の各画素１０から出力される信号は、垂直信号線Ｌsig の各々を通して水平選択部１３３に供給される。水平選択部１３３は、垂直信号線Ｌsig ごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。

列走査部１３４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部１３３の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部１３４による選択走査により、垂直信号線Ｌsig の各々を通して伝送される各画素の信号が
順番に水平信号線１３５に伝送され、当該水平信号線１３５を通して出力される。

システム制御部１３２は、外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、固体撮像装置１の内部情報などのデータを出力するものである。システム制御部１３２はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部１３１、水平選択部１３３および列走査部１３４などの駆動制御を行う。

（適用例）
上記実施の形態等の固体撮像装置１は、例えば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、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図２１に、その一例として、電子機器２（カメラ）の概略構成を示す。この電子機器２は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、例えば、固体撮像装置１と、光学系（撮像レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、固体撮像装置１およびシャッタ装置３１１を駆動する駆動部３１３（上記回路部１３０を含む）と、信号処理部３１２と、ユーザインターフェイス３１４と、モニタ３１５とを有する。

光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の画素部１１０へ導くものである。この光学系３１０は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置３１１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ものである。駆動部３１３は、固体撮像装置１の転送動作およびシャッタ装置３１１のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部３１２は、固体撮像装置１から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄout は、モニタ３１５に出力される。あるいは、映像信号Ｄout は、メモリなどの記憶媒体に記憶されてもよい。ユーザインターフェイス３１４では、撮影シーンの指定（ダイナミックレンジの指定、波長（テラヘルツ、可視、赤外、紫外、Ｘ線等）の指定など）が可能であり、この指定（ユーザインターフェイス３１４からの入力信号）は、駆動部３１３に送られ、これに基づいて固体撮像装置１において所望の撮像がなされる。

以上、実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、固体撮像装置１，１Ａの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備える必要はなく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。

また、上記実施の形態において説明した各層の材料および厚さ、または成膜方法および成膜条件等は限定されるものではなく、他の材料および厚さとしてもよく、または他の成膜方法および成膜条件としてもよい。

なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
画素と、前記画素の境界線に設けられた分離構造とを有し、
前記画素は、
半導体基板内に設けられた光電変換素子と、
前記半導体基板の裏面側に、前記光電変換素子に対向して配置されたカラーフィルタと
を備え、
前記分離構造は、
前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで設けられた溝と、
前記溝内に設けられた第１分離層と、
前記カラーフィルタの境界線に設けられ、前記第１分離層と一体をなすと共に前記第１分離層と同一材料よりなる第２分離層と
を備えた固体撮像装置。
（２）
前記特定色光は、緑色光である
前記（１）記載の固体撮像装置。
（３）
前記第１分離層および前記第２分離層は、金属により構成されている
前記（１）または（２）記載の固体撮像装置。
（４）
前記第１分離層および前記第２分離層は、前記カラーフィルタよりも低屈折率の材料により構成されている
前記（１）または（２）記載の固体撮像装置。
（５）
前記第２分離層の上面は、前記カラーフィルタの光入射面と同じ高さまたは前記カラーフィルタの光入射面よりも高い位置にある
前記（１）ないし（４）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（６）
前記第２分離層の上面に、反射防止膜が設けられている
前記（１）ないし（５）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（７）
前記第２分離層は、前記第１分離層から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状をなしている
前記（１）ないし（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８）
前記溝の内面に、ピニング膜が設けられている
前記（１）ないし（７）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（９）
半導体基板内に光電変換素子を設け、前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで溝を設ける工程と、
前記半導体基板の裏面側に被覆層を形成すると共に、前記被覆層に、前記溝に連通する開口を設ける工程と、
前記溝および前記開口に埋込み膜を埋め込むことにより、前記溝内に第１分離層を形成すると共に前記開口内に第２分離層を形成し、前記第２分離層を、前記第１分離層と一体に形成すると共に前記第１分離層と同一材料より構成する工程と、
前記埋込み膜のうち前記被覆層の上に形成された部分を除去する工程と、
前記被覆層を除去する工程と、
前記第２分離層で区画された領域内にカラーフィルタを形成する工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。
（１０）
前記被覆層を形成する工程において、前記被覆層の端部に、前記開口の入口を狭めるオーバーハング部を形成し、
前記溝および前記開口に埋込み膜を埋め込む工程において、前記第２分離層を、前記オーバーハング部の形状にならって、前記第１分離層から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成する
前記（９）記載の固体撮像装置の製造方法。
（１１）
半導体基板内に光電変換素子を設け、前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで溝を設ける工程と、
前記溝に埋込み膜を埋め込むと共に、前記半導体基板の裏面側を前記埋込み膜で被覆する工程と、
前記埋込み膜の上面にマスク材料層を形成し、前記マスク材料層を研磨することにより、前記埋込み膜の上面の前記溝に対向する位置にマスク層を形成する工程と、
前記埋込み膜をエッチバックすることにより前記溝内に第１分離層を形成すると共に、前記溝と前記マスク層との間に第２分離層を形成し、前記第２分離層を、前記第１分離層と一体に形成すると共に前記第１分離層と同一材料より構成する工程と、
前記第２分離層で区画された領域内にカラーフィルタを形成する工程と
を含む固体撮像装置の製造方法。
（１２）
前記埋込み膜をエッチバックする工程において、前記マスク層に、前記第２分離層の上面を被覆させる
前記（１１）記載の固体撮像装置の製造方法。
（１３）
前記マスク層に、反射防止膜を兼ねさせる
前記（１２）記載の固体撮像装置の製造方法。
（１４）
前記埋込み膜をエッチバックする工程において、前記第２分離層を、前記第１分離層から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成する
前記（１１）ないし（１３）のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
（１５）
固体撮像装置を有し、
前記固体撮像装置は、
画素と、前記画素の境界線に設けられた分離構造とを有し、
前記画素は、
半導体基板内に設けられた光電変換素子と、
前記半導体基板の裏面側に、前記光電変換素子に対向して配置されたカラーフィルタと
を備え、
前記分離構造は、
前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで設けられた溝と、
前記溝内に設けられた第１分離層と、
前記カラーフィルタの境界線に設けられ、前記第１分離層と一体をなすと共に前記第１分離層と同一材料よりなる第２分離層と
を備えた電子機器。

１，１Ａ…固体撮像装置、２…電子機器、１０…画素、１１…光電変換素子、１１Ａ…受光面、１２…カラーフィルタ、１３…オンチップレンズ、１４…半導体基板、１４Ａ…裏面、２０…分離構造、２１…溝、２２…第１分離層、２３…第２分離層、２４…ピニング膜、２５…絶縁膜、２６…反射防止膜。

Claims (6)

1. 半導体基板内に光電変換素子を設け、前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで溝を設ける工程と、
   前記半導体基板の裏面側に被覆層を形成すると共に、前記被覆層に、前記溝に連通する開口を設ける工程と、
   前記溝および前記開口に埋込み膜を埋め込むことにより、前記溝内に第１分離層を形成すると共に前記開口内に第２分離層を形成し、前記第２分離層を、前記第１分離層と一体に形成すると共に前記第１分離層と同一材料より構成する工程と、
   前記埋込み膜のうち前記被覆層の上に形成された部分を除去する工程と、
   前記被覆層を除去する工程と、
   前記第２分離層で区画された領域内にカラーフィルタを形成する工程と
   を含む固体撮像装置の製造方法。
2. 前記被覆層を形成する工程において、前記被覆層の端部に、前記開口の入口を狭めるオーバーハング部を形成し、
   前記溝および前記開口に埋込み膜を埋め込む工程において、前記第２分離層を、前記オーバーハング部の形状にならって、前記第１分離層から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成する
   請求項１記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 半導体基板内に光電変換素子を設け、前記光電変換素子の境界線に、前記半導体基板の裏面から特定色光の光電変換が起こる深さまで溝を設ける工程と、
   前記溝に埋込み膜を埋め込むと共に、前記半導体基板の裏面側を前記埋込み膜で被覆する工程と、
   前記埋込み膜の上面にマスク材料層を形成し、前記マスク材料層を研磨することにより、前記埋込み膜の上面の前記溝に対向する位置にマスク層を形成する工程と、
   前記埋込み膜をエッチバックすることにより前記溝内に第１分離層を形成すると共に、前記溝と前記マスク層との間に第２分離層を形成し、前記第２分離層を、前記第１分離層と一体に形成すると共に前記第１分離層と同一材料より構成する工程と、
   前記第２分離層で区画された領域内にカラーフィルタを形成する工程と
   を含む固体撮像装置の製造方法。
4. 前記埋込み膜をエッチバックする工程において、前記マスク層に、前記第２分離層の上面を被覆させる
   請求項３記載の固体撮像装置の製造方法。
5. 前記マスク層に、反射防止膜を兼ねさせる
   請求項４記載の固体撮像装置の製造方法。
6. 前記埋込み膜をエッチバックする工程において、前記第２分離層を、前記第１分離層から遠くなるほど幅が細くなる先細の尖り形状に形成する
   請求項３記載の固体撮像装置の製造方法。

Images