JP4725614B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関するものである。
イメージセンサの一つであるＣＭＯＳ型の固体撮像装置において、光を入射したくない領域、例えば黒レベル基準画素部や周辺回路の領域では、通常、金属配線や光学フィルターを用いて遮光を行う。
特に金属配線を形成する工程の時に遮光を行う場合、ＣＭＯＳロジックプロセスをそのまま適用するため、光を入射したくない領域の遮光膜は配線層と同じ高さのところに形成される。
黒レベル基準画素部の遮光膜を多層配線部の銅配線工程で形成した場合の例を、図１９の従来のＣＭＯＳイメージセンサの概略断面図によって説明する。
図１９に示すように、従来のＣＭＯＳイメージセンサは、半導体基板１１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１１２および黒レベル基準画素部１１３と、これら受光画素部１１２上方および黒レベル基準画素部１１３上方に形成された多層配線部１１４とを備える（例えば、特許文献１参照）。
上記多層配線部１１４は、半導体基板１１１側から多層配線部１１４の厚さ方向に複数重ねて形成された複数の金属配線１３０（例えば金属配線１３１、１３２、１３３）と、各金属配線１３０の間を絶縁する層間絶縁膜１４０とを有している。
また、金属配線１３０（１３３）とその下層の金属配線１３０（１３２）との間の層間絶縁膜１４０（１４２）には、その層間絶縁膜１４２を貫通して金属配線１３３とその下層の金属配線１３２とを接続するコンタクトプラグ１５１が形成されている。
さらに、最上部に位置する金属配線１３０（１３３）上面を覆うように形成された層間絶縁膜１４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド１６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド１６１とその直下に位置する金属配線１３３（１３３ｃ）との間の層間絶縁膜１４５には、この層間絶縁膜１４５を貫通して上記パッド１６１と上記金属配線１３３ｃとを接続する、コンタクトプラグ１５２が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、黒レベル基準画素部１１３のフォトダイオードと対向する金属配線１３３（１３３ａ）は、黒レベル基準画素部１１３のフォトダイオード領域への光の入射を遮断する遮光膜として形成されている。
上記ＣＭＯＳイメージセンサでは、画素の縮小による配線部の微細化、光路短縮による半導体基板表面からの配線高さの低下により、遮光膜として用いる配線層の薄膜化も同時に進行される。
金属膜の光透過率は膜厚に対して指数関数的に減衰するため、薄膜化が進むことで、光の入射を遮断する遮光膜としての能力が不充分になる。
特開２００６−２９４９９１号公報
解決しようとする問題点は、配線層の薄膜化を達成しつつ、黒レベル基準画素上の遮光性を充分確保することができない点である。
本発明は、遮光膜を有する固体撮像装置において、配線層の薄膜化を達成しつつ、黒レベル基準画素上の遮光性を充分確保することを可能にする。
本発明の固体撮像装置（第１固体撮像装置）は、半導体基板に形成された受光画素部と、前記半導体基板に形成された黒レベル基準画素部と、前記受光画素部および黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、前記多層配線部は、前記半導体基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなり、前記黒レベル基準画素部上の前記金属配線層のうちの一つの第１金属配線層の第１金属配線間上に形成され、この第１金属配線とは離間して形成される第１遮光膜と、前記第１遮光膜に接続していて前記第１金属配線層上の第２金属配線層で形成され、前記第１遮光膜が形成された領域の上部を含んで前記黒レベル基準画素部の全域上方を被覆する平面状パターンとして形成された第２遮光膜とを有する。
本発明の第１固体撮像装置では、第１金属配線層の第１金属配線間上に形成された第１遮光膜と、前記第１遮光膜に接続していて前記第１金属配線層上の第２金属配線層で形成された第２遮光膜とを有することから、遮光膜が２層に形成されることになる。このため、従来の遮光膜よりも厚く形成されるので、黒レベル基準画素上の遮光性が充分に確保される。しかも、金属配線層の金属配線で形成されていることから、新たな遮光膜のための金属層を必要としない。
また固体撮像装置（第２固体撮像装置）は、半導体基板に形成された受光画素部と、前記半導体基板に形成された黒レベル基準画素部と、前記受光画素部および黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、前記多層配線部は、前記半導体基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなり、前記黒レベル基準画素部上の前記金属配線層のうちの一つの第１金属配線層の第１金属配線間上に形成された第１遮光膜と、前記第１遮光膜に接続していて前記第１金属配線層上の第２金属配線層で形成された第２遮光膜とを有し、前記第１遮光膜と前記第２遮光膜とからなる遮光膜群が複数層に形成されている。
第２固体撮像装置では、第１遮光膜と前記第２遮光膜とからなる遮光膜群が複数層に形成されていることから、遮光膜が４層もしくは４層以上に形成されることになる。このため、従来の遮光膜よりも厚く形成されるので、黒レベル基準画素上の遮光性が充分に確保される。しかも、遮光膜は金属配線層で形成されていることから、新たな遮光膜のための金属層を必要としない。
他の固体撮像装置（第３固体撮像装置）は、半導体基板に形成された受光画素部と、前記半導体基板に形成された黒レベル基準画素部と、前記受光画素部および黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、前記多層配線部は、
前記半導体基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなり、前記黒レベル基準画素部上の前記金属配線層のうちの一つの第１金属配線層で形成された第１遮光膜と、前記黒レベル基準画素部上の前記第１金属配線層上の第２金属配線層で形成された第２遮光膜とを有する。
第３固体撮像装置では、第１遮光膜と第２遮光膜とが形成されていることから、従来の１層の遮光膜よりも厚く形成されるので、黒レベル基準画素上の遮光性が充分に確保される。しかも、遮光膜は金属配線層で形成されていることから、新たな遮光膜のための金属層を必要としない。
固体撮像装置の製造方法（第１製造方法）は、半導体基板に形成された受光画素部と、前記半導体基板に形成された黒レベル基準画素部と、前記受光画素部および黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、前記多層配線部が、前記半導体基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなる固体撮像装置を形成するときに、前記黒レベル基準画素部の上方における、前記各金属配線層のうちの第１金属配線層の第１金属配線間上に第１遮光膜を形成し、前記第１遮光膜に接続するように、前記第１金属配線層の上層の第２金属配線層で第２遮光膜を形成する。
固体撮像装置の第１製造方法では、第１金属配線層の第１金属配線間上に第１遮光膜を形成し、第１金属配線層の上層の第２金属配線層で第２遮光膜を形成することから、遮光膜が２層に形成されることになる。このため、従来の遮光膜よりも厚く形成されるので、黒レベル基準画素上の遮光性が充分に確保される。しかも、遮光膜は金属配線層で形成されていることから、新たな遮光膜のための金属層を必要としない。
また固体撮像装置の製造方法（第２製造方法）は、半導体基板に形成された受光画素部と、前記半導体基板に形成された黒レベル基準画素部と、前記受光画素部および黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、前記多層配線部が、前記半導体基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなる固体撮像装置を形成するときに、前記黒レベル基準画素部の上方における、前記各金属配線層のうちの第１金属配線層の第１金属配線間上に第１遮光膜を形成し、前記第１遮光膜に接続するように、前記第１金属配線層の上層の第２金属配線層で第２遮光膜を形成し、さらに、前記第１遮光膜に接続するように、前記第２金属配線層と、前記第２金属配線層の上層の第３金属配線層との間に前記第２遮光膜に接続する第３遮光膜を形成し、前記第３遮光膜に接続するように、前記第２金属配線層の上層の第３金属配線層で第４遮光膜を形成する。
固体撮像装置の第２製造方法では、第１遮光膜、第２遮光膜、第３遮光膜、第４遮光膜を形成することから、遮光膜が４層に形成されることになる。このため、従来の遮光膜よりも厚く形成されるので、黒レベル基準画素上の遮光性が充分に確保される。しかも、遮光膜は金属配線層および金属配線層間に形成するコンタクトプラグの層で形成することから、新たな遮光膜のための金属層を必要としない。
他の固体撮像装置の製造方法（第３製造方法）は、半導体基板に形成された受光画素部と、前記半導体基板に形成された黒レベル基準画素部と、前記受光画素部および黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、前記多層配線部が、前記半導体基板上に形成された絶縁層と、前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなる固体撮像装置を形成するときに、前記黒レベル基準画素部の上方における、前記各金属配線層のうちの第１金属配線層で第１遮光膜を形成し、前記黒レベル基準画素部の上方における、前記第１金属配線層の上層の第２金属配線層で第２遮光膜を形成する。
固体撮像装置の第３製造方法では、第１遮光膜上に第２遮光膜を形成することから、従来の１層の遮光膜よりも遮光膜が厚く形成されることになるので、黒レベル基準画素上の遮光性が充分に確保される。しかも、遮光膜は金属配線層で形成されていることから、新たな遮光膜のための金属層を必要としない。
本発明の固体撮像装置によれば、第１金属配線層と第２金属配線層間に第１遮光膜が形成されていて、第２金属配線層で第２遮光膜が形成されていることから、遮光膜が２層となっている。このため、黒レベル基準画素上の遮光能力の向上を図ることができる。しかも、遮光膜が金属配線層で形成され、また金属配線層間にも形成されているので、遮光膜のために新たな金属層を形成する必要がなく、高い遮光性能を維持した状態で配線層の薄膜化が実現でき、集光距離の短縮が実現できる。
本発明の第１固体撮像装置に係る一実施の形態（第１実施例）を、図１の概略構成断面図によって説明する。図１では、固体撮像装置の一例として、ＣＭＯＳイメージセンサを示した。
図１に示すように、第１固体撮像装置１は、半導体基板１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３と、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上面に形成された多層配線部１４とを備える。
上記多層配線部１４は、半導体基板１１側から多層配線部１４の厚さ方向に所定間隔で複数層に重ねて形成された複数の金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２（請求項１の第１金属配線層に相当）、第３金属配線層２３（請求項１の第２金属配線層に相当））と、各金属配線層２０の間を絶縁する層間絶縁膜４０とを有している。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成されている。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成されている。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
また、金属配線層２０（例えば第３金属配線層２３）とその下層の金属配線層２０（第２金属配線層２２）との間の層間絶縁膜４０（４３）には、その層間絶縁膜４３を貫通して第３金属配線層２３の第３金属配線３３とその下層の第２金属配線層２２の第２金属配線３２とを接続するコンタクトプラグ５３が形成されている。当然のことながら、他の金属配線層間の金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグによって接続されている金属配線もある。
さらに、最上部に位置する金属配線層２０（第３金属配線層２３）上面を覆うように形成された層間絶縁膜４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド６１とその直下に位置する第３金属配線層２３の第３金属配線３３−５との間の層間絶縁膜４５には、この層間絶縁膜４５を貫通して上記パッド６１と上記第３金属配線３３−５とを接続する、コンタクトプラグ５５が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
さらに、上記層間絶縁膜４５上には上記パッド６１を被覆する層間絶縁膜４６が形成され、上記パッド６１上には、図示はしていないが、パッド６１表面を露出させる開口部が形成されている。
また、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオードと対向する位置における、上記第２金属配線層２２と上記第３金属配線層２３との間の層間絶縁膜４０（４３）に、上記第２金属配線層２２で形成される第２金属配線３２（請求項１の第１金属配線に相当）と離間して、第１遮光膜７１が形成されている。この第１遮光膜７１は、例えばラインパターンで形成されている。
さらに上記第１遮光膜７１の上面に接続し、上記第３金属配線層２３の第３金属配線で第２遮光膜７２が形成されている。この第２遮光膜７２は、例えばプレーンなパターンで形成されている。
このように、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２の２層の遮光膜によって、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオード領域への光の入射が遮断される。
上記説明では、最上層の第３金属配線層２３で第２遮光膜７２を形成し、この第３金属配線層２３とこの下層方向の次の第２金属配線層２２との間に第１遮光膜７１を形成した場合を説明したが、上記第１遮光膜７１は、第１金属配線層２１と第２金属配線層２２との間に形成されてもよく、また金属配線層が４層以上の場合、中間層の金属配線層間に形成されてもよい。したがって、第２遮光膜７２は、第１遮光膜７１が形成された直上の金属配線層で形成されることになる。
また、第１遮光膜７１は、ラインパターンで形成されてもドットパターンで形成されてもよく、またラインパターンの幅が均等であっても異なる幅のラインパターンが混在していてもよい。この一例を、第２実施例として、以下に説明する。
また、同様にドットパターンにおいても、ドットパターンが均等の大きさのものであっても、大きさが異なるドットパターンが混在していてもよい。
また、上記層間絶縁膜４６の表面は平坦化されており、もしくは、上記層間絶縁膜４６上に平坦化絶縁膜（図示せず）が形成されている。そして、図示はしていないが、上記層間絶縁膜４６上もしくは平坦化絶縁膜上に、カラーフィルター層が形成されている。さらに、透明な絶縁膜を介して、上記受光画素部１２の上方と上記黒レベル基準画素部１３の上方のそれぞれに集光レンズが形成されている。
上記受光画素部１２の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記受光画素部１２に導くものである。また上記黒レベル基準画素部１３の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記第２遮光膜７２表面に導くものである。このように、上記黒レベル基準画素部１３の上方にも集光レンズを形成することで、上記黒レベル基準画素部１３への入射光の漏れ込みを防いでいる。
本発明の第１固体撮像装置の第１実施例では、第２金属配線層２２の第２金属配線３２間上に形成された第１遮光膜７１と、この第１遮光膜７１に接続していて第２金属配線層２２上の第３金属配線層２３で形成された第２遮光膜７２とを有することから、遮光膜が２層に形成されることになる。このため、従来の遮光膜よりも厚く形成されるので、黒レベル基準画素部１３上の遮光性が充分に確保され、遮光能力の向上を図ることができる。しかも、金属配線層間および金属配線層で形成されていることから、新たな遮光膜のための金属層を形成する必要がなく、高い遮光性能を維持した状態で配線層の薄膜化が実現でき、集光距離の短縮が実現できる。
次に、本発明の第１固体撮像装置に係る一実施の形態（第２実施例）を、図２の概略構成断面図によって説明する。この第２実施例は、上記第１実施例に対して、第２金属配線層２２の第２金属配線３２の配置が異なることにともなって、第１遮光膜７１の配置、形状が異なる一例である。
図２に示すように、第１固体撮像装置２は、半導体基板１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３と、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上面に形成された多層配線部１４とを備える。
上記多層配線部１４は、半導体基板１１側から多層配線部１４の厚さ方向に所定間隔で複数層に重ねて形成された複数の金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２（請求項１の第１金属配線層に相当）、第３金属配線層２３（請求項１の第２金属配線層に相当））と、各金属配線層２０の間を絶縁する層間絶縁膜４０とを有している。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成されている。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成されている。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
また、金属配線層２０（例えば第３金属配線層２３）とその下層の金属配線層２０（第２金属配線層２２）との間の層間絶縁膜４０（４３）には、その層間絶縁膜４３を貫通して第３金属配線層２３の第３金属配線３３とその下層の第２金属配線層２２の第２金属配線３２（請求項１の第１金属配線に相当）とを接続するコンタクトプラグ５３が形成されている。当然のことながら、他の金属配線層間の金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグによって接続されている金属配線もある。
さらに、最上部に位置する金属配線層２０（第３金属配線層２３）上面を覆うように形成された層間絶縁膜４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド６１とその直下に位置する第３金属配線層２３の第３金属配線３３−５との間の層間絶縁膜４５には、この層間絶縁膜４５を貫通して上記パッド６１と上記第３金属配線３３−５とを接続する、コンタクトプラグ５５が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
さらに、上記層間絶縁膜４５上には上記パッド６１を被覆する層間絶縁膜４６が形成され、上記パッド６１上には、図示はしていないが、パッド６１表面を露出させる開口部が形成されている。
また、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオードと対向する位置における、上記第２金属配線層２２と上記第３金属配線層２３との間の層間絶縁膜４０（４３）に、上記第２金属配線層２２で形成される第２金属配線３２と離間して、第１遮光膜７１が形成されている。
さらに上記第１遮光膜７１の上面に接続し、上記第３金属配線層２３の第３金属配線で第２遮光膜７２が形成されている。この第２遮光膜７２は、例えばプレーンなパターンで形成されている。
この第１遮光膜７１は、ラインパターンで形成され、下層の第２金属配線層２２の第２金属配線間の短い第２金属配線３２−１、３２−２間、第２金属配線３２−３、３２−４間上には、第２金属配線３２−１、３２−２と離間して細いラインパターンで第１遮光膜７１−１が形成され、同様に第２金属配線３２−３、３２−４と離間して細いラインパターンで第１遮光膜７１−３が形成されている。一方、下層の第２金属配線層２２の第２金属配線間の長い第２金属配線３２−２、３２−３間上には、第２金属配線３２−２、３２−３と離間して幅広のラインパターンで第１遮光膜７１−２を形成することもできる。
また、上記層間絶縁膜４６の表面は平坦化されており、もしくは、上記層間絶縁膜４６上に平坦化絶縁膜（図示せず）が形成されている。そして、図示はしていないが、上記層間絶縁膜４６上もしくは平坦化絶縁膜上に、カラーフィルター層が形成されている。さらに、透明な絶縁膜を介して、上記受光画素部１２の上方と上記黒レベル基準画素部１３の上方のそれぞれに集光レンズが形成されている。
上記受光画素部１２の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記受光画素部１２に導くものである。また上記黒レベル基準画素部１３の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記第２遮光膜７２表面に導くものである。このように、上記黒レベル基準画素部１３の上方にも集光レンズを形成することで、上記黒レベル基準画素部１３への入射光の漏れ込みを防いでいる。
本発明の第１固体撮像装置の第２実施例では、第２金属配線層２２の第２金属配線３２間上に形成された第１遮光膜７１と、この第１遮光膜７１に接続していて第２金属配線層２２上の第３金属配線層２３で形成された第２遮光膜７２とを有することから、遮光膜が２層に形成されることになる。このため、従来の遮光膜よりも厚く形成されるので、黒レベル基準画素部１３上の遮光性が充分に確保され、遮光能力の向上を図ることができる。しかも、金属配線層間および金属配線層で形成されていることから、新たな遮光膜のための金属層を形成する必要がなく、高い遮光性能を維持した状態で配線層の薄膜化が実現でき、集光距離の短縮が実現できる。
次に、本発明の第１固体撮像装置に係る一実施の形態（第３実施例）を、図３の概略構成断面図によって説明する。この第３実施例は、前記第１実施例に対して、第２金属配線層２２の第２金属配線３２の配置が異なることにともなって、第１遮光膜７１の配置、形状が異なる一例である。
図３に示すように、第１固体撮像装置３は、半導体基板１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３と、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上面に形成された多層配線部１４とを備える。
上記多層配線部１４は、半導体基板１１側から多層配線部１４の厚さ方向に所定間隔で複数層に重ねて形成された複数の金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２（請求項１の第１金属配線層に相当）、第３金属配線層２３（請求項１の第２金属配線層に相当））と、各金属配線層２０の間を絶縁する層間絶縁膜４０とを有している。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成されている。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成されている。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
また、金属配線層２０（例えば第３金属配線層２３）とその下層の金属配線層２０（第２金属配線層２２）との間の層間絶縁膜４０（４３）には、その層間絶縁膜４３を貫通して第３金属配線層２３の第３金属配線３３とその下層の第２金属配線層２２の第２金属配線３２（請求項１の第１金属配線に相当）とを接続するコンタクトプラグ５３が形成されている。当然のことながら、他の金属配線層間の金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグによって接続されている金属配線もある。
さらに、最上部に位置する金属配線層２０（第３金属配線層２３）上面を覆うように形成された層間絶縁膜４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド６１とその直下に位置する第３金属配線層２３の第３金属配線３３−５との間の層間絶縁膜４５には、この層間絶縁膜４５を貫通して上記パッド６１と上記第３金属配線３３−５とを接続する、コンタクトプラグ５５が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
さらに、上記層間絶縁膜４５上には上記パッド６１を被覆する層間絶縁膜４６が形成され、上記パッド６１上には、図示はしていないが、パッド６１表面を露出させる開口部が形成されている。
また、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオードと対向する位置における、上記第２金属配線層２２と上記第３金属配線層２３との間の層間絶縁膜４０（４３）に、上記第２金属配線層２２で形成される第２金属配線３２と離間して、第１遮光膜７１が形成されている。この第１遮光膜７１は、例えばラインパターンで形成されている。
さらに上記第１遮光膜７１の上面に接続し、上記第３金属配線層２３の第３金属配線で第２遮光膜７２が形成されている。この第２遮光膜７２は、例えばプレーンなパターンで形成されている。
この実施例では、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオードと対向する位置に第２金属配線層２２の第２金属配線３２が形成されていないので、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオードと対向する領域全面に第１遮光膜７１が、例えば複数列のラインパターンで形成されている。
なお、前記説明したように、第１遮光膜７１を複数の例えばマトリックス状に配置したドットパターンで形成することもできる。
また、上記層間絶縁膜４６の表面は平坦化されており、もしくは、上記層間絶縁膜４６上に平坦化絶縁膜（図示せず）が形成されている。そして、図示はしていないが、上記層間絶縁膜４６上もしくは平坦化絶縁膜上に、カラーフィルター層が形成されている。さらに、透明な絶縁膜を介して、上記受光画素部１２の上方と上記黒レベル基準画素部１３の上方のそれぞれに集光レンズが形成されている。
上記受光画素部１２の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記受光画素部１２に導くものである。また上記黒レベル基準画素部１３の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記第２遮光膜７２表面に導くものである。このように、上記黒レベル基準画素部１３の上方にも集光レンズを形成することで、上記黒レベル基準画素部１３への入射光の漏れ込みを防いでいる。
本発明の第１固体撮像装置の第３実施例では、第２金属配線層２２の第２金属配線３２間上に形成された第１遮光膜７１と、この第１遮光膜７１に接続していて第２金属配線層２２上の第３金属配線層２３で形成された第２遮光膜７２とを有することから、遮光膜が２層に形成されることになる。このため、従来の遮光膜よりも厚く形成されるので、黒レベル基準画素部１３上の遮光性が充分に確保され、遮光能力の向上を図ることができる。しかも、金属配線層間および金属配線層で形成されていることから、新たな遮光膜のための金属層を形成する必要がなく、高い遮光性能を維持した状態で配線層の薄膜化が実現でき、集光距離の短縮が実現できる。
また、第１遮光膜７１を、例えば等間隔にラインパターンで形成することができるので、第１遮光膜７１が密に形成される。このため、第１実施例よりもさらに遮光性能を向上させることができる。
次に、本発明の第１固体撮像装置に係る一実施の形態（第４実施例）を、図４の概略構成断面図によって説明する。この第４実施例は、上記第１実施例の第１遮光膜７１、第２遮光膜７２と同様な遮光膜の構成に対して、第２遮光膜７２上に第３遮光膜７３を形成した一例である。
図４に示すように、第１固体撮像装置４は、半導体基板１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３と、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上面に形成された多層配線部１４とを備える。
上記多層配線部１４は、半導体基板１１側から多層配線部１４の厚さ方向に所定間隔で複数層に重ねて形成された複数の金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２（請求項１の第１金属配線層に相当）、第３金属配線層２３（請求項１の第２金属配線層に相当）、第４金属配線層２４）と、各金属配線層２０の間を絶縁する層間絶縁膜４０とを有している。
また、金属配線層２０（例えば第３金属配線層２３）とその下層の金属配線層２０（第２金属配線層２２）との間の層間絶縁膜４０（４３）には、その層間絶縁膜４３を貫通して第３金属配線層２３の第３金属配線３３とその下層の第２金属配線層２２の第２金属配線３２（請求項１の第１金属配線に相当）とを接続するコンタクトプラグ５３が形成されている。当然のことながら、他の金属配線層間の金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグによって接続されている金属配線もある。
さらに、最上部に位置する金属配線層２０（第４金属配線層２４）上面を覆うように形成された層間絶縁膜４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド６１とその直下に位置する第４金属配線層２４の第４金属配線３４−５との間の層間絶縁膜４５には、この層間絶縁膜４５を貫通して上記パッド６１と上記第４金属配線３４−５とを接続する、コンタクトプラグ５５が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
さらに、上記層間絶縁膜４５上には上記パッド６１を被覆する層間絶縁膜４６が形成され、上記パッド６１上には、図示はしていないが、パッド６１表面を露出させる開口部が形成されている。
また、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオードと対向する位置における、上記第２金属配線層２２と上記第３金属配線層２３との間の層間絶縁膜４０（４３）に、上記第２金属配線層２２で形成される第２金属配線３２と離間して、第１遮光膜７１が形成されている。この第１遮光膜７１は、例えばラインパターンで形成されている。
また、上記第１遮光膜７１の上面に接続し、上記第３金属配線層２３の第３金属配線で第２遮光膜７２が形成されている。この第２遮光膜７２は、例えばプレーンなパターンで形成されている。
このように、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２の２層の遮光膜によって、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオード領域への光の入射が遮断される。
さらに、上記第３金属配線層２３と上記第４金属配線層２４との間の層間絶縁膜４０（４４）に、上記第４金属配線層２４で形成される第４金属配線３４と離間して、第３遮光膜７３が形成されている。この第３遮光膜７３は、例えばラインパターンで形成されている。
この第３遮光膜７３は、例えばラインパターンで形成され、上層の第４金属配線層２４の第４金属配線３４と離間した状態（電気的に接続されない状態）で、上記第１遮光膜７１が形成されていない領域上に上記第２遮光膜７２を挟んで少なくとも対向して形成されることが好ましい。
また、上記層間絶縁膜４６の表面は平坦化されており、もしくは、上記層間絶縁膜４６上に平坦化絶縁膜（図示せず）が形成されている。そして、図示はしていないが、上記層間絶縁膜４６上もしくは平坦化絶縁膜上に、カラーフィルター層が形成されている。さらに、透明な絶縁膜を介して、上記受光画素部１２の上方と上記黒レベル基準画素部１３の上方のそれぞれに集光レンズが形成されている。
上記受光画素部１２の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記受光画素部１２に導くものである。また上記黒レベル基準画素部１３の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記第２遮光膜７２および第３遮光膜７３表面に導くものである。このように、上記黒レベル基準画素部１３の上方にも集光レンズを形成することで、上記黒レベル基準画素部１３への入射光の漏れ込みを防いでいる。
本発明の第１固体撮像装置の第４実施例では、第１実施例の構成において第２遮光膜７２上に第３遮光膜７３を有することから、遮光膜が３層に形成されることになる。このため、従来の遮光膜よりも厚く形成されるので、黒レベル基準画素部１３上の遮光性が充分に確保され、遮光能力の向上を図ることができる。しかも、金属配線層間および金属配線層で形成されていることから、新たな遮光膜のための金属層を形成する必要がなく、高い遮光性能を維持した状態で配線層の薄膜化が実現でき、集光距離の短縮が実現できる。
また、上記第４実施例の変形例である第５実施例を、図５の概略構成断面図によって説明する。
図５に示すように、変形例では、第１遮光膜７１がラインパターンで形成され、第３遮光膜７３もラインパターンで形成され、平面視、第２遮光膜７２を挟んで、第１遮光膜７１の一部と第３遮光膜７３の一部とがオーバーラップするように形成されたものである。
その他の構成は、前記第４実施例と同様である。
このように、上記第３遮光膜７３は、上記第１遮光膜７１が形成された領域上に重なって形成されても問題はない。
本発明の第１固体撮像装置の第５実施例では、第１実施例の構成において第２遮光膜７２上に第３遮光膜７３を有することから、遮光膜が３層に形成されることになる。このため、従来の遮光膜よりも厚く形成されるので、黒レベル基準画素部１３上の遮光性が充分に確保され、遮光能力の向上を図ることができる。しかも、金属配線層間および金属配線層で形成されていることから、新たな遮光膜のための金属層を形成する必要がなく、高い遮光性能を維持した状態で配線層の薄膜化が実現でき、集光距離の短縮が実現できる。
また、第１遮光膜７１が形成されていない領域上に、第４金属配線３４と接続することがないように、第３遮光膜７３が形成されているので、第４実施例よりもさらに遮光性能を向上させることができる。
次に、本発明の第２固体撮像装置に係る一実施の形態（第１実施例）を、図６の概略構成断面図によって説明する。図６では、固体撮像装置の一例として、ＣＭＯＳイメージセンサを示した。
図６に示すように、第２固体撮像装置６は、半導体基板１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３と、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上面に形成された多層配線部１４とを備える。
上記多層配線部１４は、半導体基板１１側から多層配線部１４の厚さ方向に所定間隔で複数層に重ねて形成された複数の金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２、第３金属配線層２３）と、各金属配線層２０の間を絶縁する層間絶縁膜４０とを有している。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成されている。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成されている。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
また、金属配線層２０（例えば第３金属配線層２３）とその下層の金属配線層２０（第２金属配線層２２）との間の層間絶縁膜４０（４３）には、その層間絶縁膜４３を貫通して第３金属配線層２３の第３金属配線３３とその下層の第２金属配線層２２の第２金属配線３２とを接続するコンタクトプラグ５３が形成されている。当然のことながら、他の金属配線層間の金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグによって接続されている金属配線もある。
さらに、最上部に位置する金属配線層２０（第３金属配線層２３）上面を覆うように形成された層間絶縁膜４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド６１とその直下に位置する第３金属配線層２３の第３金属配線３３−５との間の層間絶縁膜４５には、この層間絶縁膜４５を貫通して上記パッド６１と上記第３金属配線３３−５とを接続する、コンタクトプラグ５５が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
さらに、上記層間絶縁膜４５上には上記パッド６１を被覆する層間絶縁膜４６が形成され、上記パッド６１上には、図示はしていないが、パッド６１表面を露出させる開口部が形成されている。
また、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオードと対向する位置における、上記第１金属配線層２１と上記第２金属配線層２２との間の層間絶縁膜４０（４２）に、上記第１金属配線層２１で形成される第１金属配線３１と離間して、第１遮光膜７１が形成されている。この第１遮光膜７１は、例えばラインパターンで形成されている。
また上記第１遮光膜７１の上面に接続し、上記第２金属配線層２２の第２金属配線で第２遮光膜７２が形成されている。この第２遮光膜７２は、例えばプレーンなパターンで形成されている。
さらに、上記第２金属配線層２２と上記第３金属配線層２３との間の層間絶縁膜４０（４３）に、上記第２遮光膜７２に接続して、第３遮光膜７３が形成されている。この第３遮光膜７３は、例えばラインパターンで形成されている。
また上記第３遮光膜７３の上面に接続し、上記第３金属配線層２３の第３金属配線で第４遮光膜７４が形成されている。この第４遮光膜７４は、例えばプレーンなパターンで形成されている。
このように、第１遮光膜７１、第２遮光膜７２、第３遮光膜７３および第４遮光膜７４の４層の遮光膜によって、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオード領域への光の入射が遮断される。
上記構成は、基本的には金属配線層間に形成される第１遮光膜７１と、その金属配線層の上層の金属配線層で形成される第２遮光膜７２を一組として、連続的に複数組（上記実施例では２組）を形成したものである。ただし、前記第１固体撮像装置と異なる点は、中間層となる第３遮光膜７３の配置に上層および下層の金属配線層の金属配線の位置に対して制限を受けない点である。したがって、第３遮光膜７３を密に形成することにより遮光性をさらに向上させることができる。
また、第１遮光膜７１および第３遮光膜７３は、ラインパターンで形成されてもドットパターンで形成されてもよく、またラインパターンの幅が均等であっても異なる幅のラインパターンが混在していてもよい。
また、同様にドットパターンにおいても、ドットパターンが均等の大きさのものであっても、大きさが異なるドットパターンが混在していてもよい。
また、上記層間絶縁膜４６の表面は平坦化されており、もしくは、上記層間絶縁膜４６上に平坦化絶縁膜（図示せず）が形成されている。そして、図示はしていないが、上記層間絶縁膜４６上もしくは平坦化絶縁膜上に、カラーフィルター層が形成されている。さらに、透明な絶縁膜を介して、上記受光画素部１２の上方と上記黒レベル基準画素部１３の上方のそれぞれに集光レンズが形成されている。
上記受光画素部１２の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記受光画素部１２に導くものである。また上記黒レベル基準画素部１３の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記第４遮光膜７４表面に導くものである。このように、上記黒レベル基準画素部１３の上方にも集光レンズを形成することで、上記黒レベル基準画素部１３への入射光の漏れ込みを防いでいる。
本発明の第２固体撮像装置の第１実施例では、第１実施例の構成において第１遮光膜７１上と第２遮光膜７２の組み合わせを複数組有することから、第１固体撮像装置よりも、黒レベル基準画素部１３上の遮光性が充分に確保され、遮光能力の向上を図ることができる。しかも、金属配線層間および金属配線層で形成されていることから、新たな遮光膜のための金属層を形成する必要がなく、高い遮光性能を維持した状態で配線層の薄膜化が実現でき、集光距離の短縮が実現できる。
また、層間絶縁膜４０（４３）を挟んでプレーンな金属膜で形成される第２遮光膜７２と第４遮光膜７４が形成されている。すなわち、ストレス差がある絶縁膜と金属膜とが積層されているため、絶縁膜と金属膜との間のストレス差によって、絶縁膜と金属膜との界面で剥がれが発生する可能性がある。
しかしながら、上記構成では、第２遮光膜７２と第４遮光膜７４との間にラインパターンもしくはドットパターンで形成されている第３遮光膜７３が形成されていることから、上記ストレスが第３遮光膜７３によって分散されるため、結果的に、第２遮光膜７２と層間絶縁膜４０（４３）との密着性、および第４遮光膜７４と層間絶縁膜４０（４３）との密着性が第３遮光膜７３によって強められる。
このため、層間絶縁膜４０（４３）に対して第２遮光膜７２、第４遮光膜７４が剥がれにくくなっている。
次に、本発明の第２固体撮像装置に係る一実施の形態（第２実施例）を、図７の概略構成断面図によって説明する。図７では、第２固体撮像装置の第１実施例において、第２遮光膜のパターン形状を変えた一例を示した。
図７に示すように、第２固体撮像装置７は、半導体基板１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３と、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上面に形成された多層配線部１４とを備える。
上記多層配線部１４は、半導体基板１１側から多層配線部１４の厚さ方向に所定間隔で複数層に重ねて形成された複数の金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２、第３金属配線層２３）と、各金属配線層２０の間を絶縁する層間絶縁膜４０とを有している。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成されている。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成されている。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
また、金属配線層２０（例えば第３金属配線層２３）とその下層の金属配線層２０（第２金属配線層２２）との間の層間絶縁膜４０（４３）には、その層間絶縁膜４３を貫通して第３金属配線層２３の第３金属配線３３とその下層の第２金属配線層２２の第２金属配線３２とを接続するコンタクトプラグ５３が形成されている。当然のことながら、他の金属配線層間の金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグによって接続されている金属配線もある。
さらに、最上部に位置する金属配線層２０（第３金属配線層２３）上面を覆うように形成された層間絶縁膜４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド６１とその直下に位置する第３金属配線層２３の第３金属配線３３−５との間の層間絶縁膜４５には、この層間絶縁膜４５を貫通して上記パッド６１と上記第３金属配線３３−５とを接続する、コンタクトプラグ５５が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
さらに、上記層間絶縁膜４５上には上記パッド６１を被覆する層間絶縁膜４６が形成され、上記パッド６１上には、図示はしていないが、パッド６１表面を露出させる開口部が形成されている。
また、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオードと対向する位置における、上記第１金属配線層２１と上記第２金属配線層２２との間の層間絶縁膜４０（４２）に、上記第１金属配線層２１で形成される第１金属配線３１と離間して、第１遮光膜７１が形成されている。この第１遮光膜７１は、例えばラインパターンで形成されている。
また上記第１遮光膜７１の上面に接続し、上記第２金属配線層２２の第２金属配線で第２遮光膜７２が形成されている。この第２遮光膜７２はラインパターンもしくはドットパターンで形成される。
さらに、上記第２金属配線層２２と上記第３金属配線層２３との間の層間絶縁膜４０（４３）に、上記第２遮光膜７２に接続して、第３遮光膜７３が形成されている。この第３遮光膜７３は、例えばラインパターンで形成されている。
なお、上記第１遮光膜７１と第２遮光膜７２、上記第２遮光膜７２と第３遮光膜７３は、接続されて形成されることが好ましいが、パターン配列上、接続できない場合には必ずしも接続されていなくともよい。
また上記第３遮光膜７３の上面に接続し、上記第３金属配線層２３の第３金属配線で第４遮光膜７４が形成されている。この第４遮光膜７４は、例えばプレーンなパターンで形成されている。
このように、第１遮光膜７１、第２遮光膜７２、第３遮光膜７３および第４遮光膜７４の４層の遮光膜によって、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオード領域への光の入射が遮断される。
上記第２遮光膜７２を例えばラインパターンで形成した場合、上記第３遮光膜７３もラインパターンで形成し、しかも、上記第２遮光膜７２が形成されていない領域上に上記第３遮光膜７３を形成することが好ましい。
また、上記層間絶縁膜４６の表面は平坦化されており、もしくは、上記層間絶縁膜４６上に平坦化絶縁膜（図示せず）が形成されている。そして、図示はしていないが、上記層間絶縁膜４６上もしくは平坦化絶縁膜上に、カラーフィルター層が形成されている。さらに、透明な絶縁膜を介して、上記受光画素部１２の上方と上記黒レベル基準画素部１３の上方のそれぞれに集光レンズが形成されている。
上記受光画素部１２の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記受光画素部１２に導くものである。また上記黒レベル基準画素部１３の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記第４遮光膜７４表面に導くものである。このように、上記黒レベル基準画素部１３の上方にも集光レンズを形成することで、上記黒レベル基準画素部１３への入射光の漏れ込みを防いでいる。
本発明の第２固体撮像装置の第２実施例では、第１実施例の構成において第１遮光膜７１上と第２遮光膜７２の組み合わせを複数組有することから、第１固体撮像装置よりも、黒レベル基準画素部１３上の遮光性が充分に確保され、遮光能力の向上を図ることができる。しかも、金属配線層間および金属配線層で形成されていることから、新たな遮光膜のための金属層を形成する必要がなく、高い遮光性能を維持した状態で配線層の薄膜化が実現でき、集光距離の短縮が実現できる。
さらに、第２遮光膜７２を例えばラインパターンで形成することで、第２遮光膜７２を形成するときに化学的機械研磨（ＣＭＰ：Chemical Mechanical Polishing）を行った場合であっても、第２遮光膜７２の膜減りが低減されるので、第２遮光膜７２の膜厚を確保することができる。なお、第２遮光膜７２をプレーンなパターンで形成した場合、ＣＭＰのときに膜減りの影響を受ける場合がある。
また、図８に示すように、第２遮光膜７２を例えばラインパターンで形成した場合、上記第２遮光膜７２の一部に上記第３遮光膜７３の一部を重ね合わせるように形成してもよい。このように遮光膜同士を重ね合わせるように形成することで、遮光膜間の光の漏れが防げるので、遮光性をさらに向上させることができる。
次に、本発明の第３固体撮像装置に係る一実施の形態（第１実施例）を、図９の概略構成断面図によって説明する。図９では、固体撮像装置の一例として、ＣＭＯＳイメージセンサを示した。
図９に示すように、第３固体撮像装置８は、半導体基板１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３と、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上面に形成された多層配線部１４とを備える。
上記多層配線部１４は、半導体基板１１側から多層配線部１４の厚さ方向に所定間隔で複数層に重ねて形成された複数の金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２（請求項９の第１金属配線層に相当）、第３金属配線層２３（請求項９の第２金属配線層に相当））と、各金属配線層２０の間を絶縁する層間絶縁膜４０とを有している。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成されている。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成されている。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
また、金属配線層２０（例えば第３金属配線層２３）とその下層の金属配線層２０（第２金属配線層２２）との間の層間絶縁膜４０（４３）には、その層間絶縁膜４３を貫通して第３金属配線層２３の第３金属配線３３とその下層の第２金属配線層２２の第２金属配線３２とを接続するコンタクトプラグ５３が形成されている。当然のことながら、他の金属配線層間の金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグによって接続されている金属配線もある。
さらに、最上部に位置する金属配線層２０（第３金属配線層２３）上面を覆うように形成された層間絶縁膜４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド６１とその直下に位置する第３金属配線層２３の第３金属配線３３−５との間の層間絶縁膜４５には、この層間絶縁膜４５を貫通して上記パッド６１と上記第３金属配線３３−５とを接続する、コンタクトプラグ５５が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
さらに、上記層間絶縁膜４５上には上記パッド６１を被覆する層間絶縁膜４６が形成され、上記パッド６１上には、図示はしていないが、パッド６１表面を露出させる開口部が形成されている。
また、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオードと対向する位置に、上記第２金属配線層２２の第２金属配線で第１遮光膜７１が形成されている。この第１遮光膜７１は、例えばプレーンなパターンで形成されている。
さらに、上記第１遮光膜７１上には、上記第３金属配線層２３の第３金属配線で第２遮光膜７２が形成されている。この第２遮光膜７２は、例えばプレーンなパターンで形成されている。
このように、第１遮光膜７１および第２遮光膜７２の２層の遮光膜によって、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオード領域への光の入射が遮断される。
なお、図示はしていないが、さらに上記第２遮光膜７２上に上記第２金属配線層よりも上層の金属配線層で遮光膜を形成してもよい。
上記構成は、金属配線層の金属配線で遮光膜が形成されていることから、その上層および下層の金属配線層の金属配線の位置に対して制限を受けないという利点がある。
また、上記層間絶縁膜４６の表面は平坦化されており、もしくは、上記層間絶縁膜４６上に平坦化絶縁膜（図示せず）が形成されている。そして、図示はしていないが、上記層間絶縁膜４６上もしくは平坦化絶縁膜上に、カラーフィルター層が形成されている。さらに、透明な絶縁膜を介して、上記受光画素部１２の上方と上記黒レベル基準画素部１３の上方のそれぞれに集光レンズが形成されている。
上記受光画素部１２の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記受光画素部１２に導くものである。また上記黒レベル基準画素部１３の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記第２遮光膜７２表面に導くものである。このように、上記黒レベル基準画素部１３の上方にも集光レンズを形成することで、上記黒レベル基準画素部１３への入射光の漏れ込みを防いでいる。
本発明の第３固体撮像装置の第１実施例では、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２との２層の遮光膜が形成されていることから、従来の１層の遮光膜よりも厚く形成されるので、遮光性能を向上させることができ、黒レベル基準画素部１３上の遮光性が充分に確保される。しかも、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２はそれぞれ、第２金属配線層２２の金属配線と第３金属配線層２３の金属配線で形成されていることから、新たな遮光膜のための金属層を形成する必要がなく、高い遮光性能を維持した状態で配線層の薄膜化が実現でき、集光距離の短縮が実現できる。
次に、本発明の第３固体撮像装置に係る一実施の形態（第２実施例）を、図１０の概略構成断面図によって説明する。図１０では、固体撮像装置の一例として、ＣＭＯＳイメージセンサを示した。
図１０に示すように、第３固体撮像装置９は、半導体基板１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３（１３−１、１３―２）と、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上方に形成された多層配線部１４とを備える。
また、上記半導体基板１１には、画素内トランジスタ部８１が形成されている。この画素内トランジスタ部８１は、上記受光画素部１２から読み出した信号電荷を電圧に変換するもので、例えば、転送ゲート、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタを有する。図面では上記画素内トランジスタ部８１のうちの一つのトランジスタを記載し、その他の記載は省略している。画素内トランジスタ部８１の詳細は、図１２によって後に詳述する。
上記半導体基板１１上には、上記受光画素部１２、黒レベル基準画素部１３、画素内トランジスタ部８１等を被覆する透明な絶縁膜５０が形成されている。この絶縁膜５０の表面は、例えば、平坦化されている。
上記多層配線部１４は、上記絶縁膜５０上に形成されている。
この多層配線部１４は、半導体基板１１側から多層配線部１４の厚さ方向に複数層に重ねて形成された複数の金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２（請求項９の第１金属配線層に相当）、第３金属配線層２３（請求項９の第２金属配線層に相当））と、各金属配線層２０の間を絶縁する層間絶縁膜４０とを有している。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成されている。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成されている。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
また、金属配線層２０（例えば第３金属配線層２３）とその下層の金属配線層２０（第２金属配線層２２）との間の層間絶縁膜４０（４３）には、その層間絶縁膜４３を貫通して第３金属配線層２３の第３金属配線３３とその下層の第２金属配線層２２の第２金属配線３２とを接続するコンタクトプラグ５３が形成されている。当然のことながら、他の金属配線層間の金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグによって接続されている金属配線もある。
さらに、上記金属配線層２０のうち、例えば第１金属配線層２１の第１金属配線３１の一部は、上記絶縁膜５０に形成されたコンタクトプラグ５１を介して画素内トランジスタ部８１のゲート電極、図示はしていないが拡散層領域等に接続されている。
さらに、最上部に位置する金属配線層２０（第３金属配線層２３）上面を覆うように形成された層間絶縁膜４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド６１とその直下に位置する第３金属配線層２３の第３金属配線３３−５との間の層間絶縁膜４５には、この層間絶縁膜４５を貫通して上記パッド６１と上記第３金属配線３３−５とを接続する、コンタクトプラグ５５が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
さらに、上記層間絶縁膜４５上には上記パッド６１を被覆する層間絶縁膜４６が形成され、上記パッド６１上には、図示はしていないが、パッド６１表面を露出させる開口部が形成されている。
また、黒レベル基準画素部１３−１、１３−２のフォトダイオードと対向する位置に、上記第２金属配線層２２の第２金属配線で第１遮光膜７１（７１−１、７１−２）が形成されている。この第１遮光膜７１は、例えばプレーンなパターンで形成されている。
また、配線設置の制約により遮光領域内に隙間を設置する必要がある場合は、例えば上記第１遮光膜７１のように、黒レベル基準画素部１３上を避けて上記第１遮光膜７１間に隙間を配置する。
さらに、上記第１遮光膜７１上には、上記第３金属配線層２３の第３金属配線で第２遮光膜７２が形成されている。この第２遮光膜７２は、例えば上記各第１遮光膜７１上方を１枚のプレーンなパターンで被覆するように形成されている。
さらに、上記第２金属配線層２２と上記第３金属配線層２３との間の層間絶縁膜４０（４３）には、上記第１遮光膜７１の端部（例えば角部）と上記第２遮光膜７２とを接続する第３遮光膜７３が形成されている。この第３遮光膜７３は、遮光膜の膜厚の増加および遮光膜の剥がれ抑制を目的としたもので、電気的接続を目的としたものではないため、例えばラインパターンもしくはドットパターンで形成されている。
このように、主として第１遮光膜７１および第２遮光膜７２の２層の遮光膜によって、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオード領域への光の入射が遮断される。
なお、図示はしていないが、さらに上記第２遮光膜７２上方に上記第２金属配線層２２よりも上層の金属配線層で遮光膜を形成してもよい。また、上記第１遮光膜７１の下方に第１金属配線層２１、第１金属配線層２１と第２金属配線層２２とを接続するプラグを形成する層で、別の遮光膜を形成して、さらに遮光性を高めてもよい。
上記構成は、金属配線層の金属配線で遮光膜が形成されていることから、その上層および下層の金属配線層の金属配線の位置に対して制限を受けないという利点がある。
また、上記層間絶縁膜４６の表面は平坦化されている、もしくは、上記層間絶縁膜４６上に平坦化絶縁膜（図示せず）が形成されている。そして、図示はしていないが、上記層間絶縁膜４６上もしくは平坦化絶縁膜上に、カラーフィルター層が形成されている。さらに、透明な絶縁膜を介して、上記受光画素部１２の上方の最上部と上記黒レベル基準画素部１３の上方の最上部のそれぞれに集光レンズ９１が形成されている。
上記受光画素部１２の上方に形成された集光レンズ９１（９１−１）は、入射光を集光して上記受光画素部１２に導くものである。また上記黒レベル基準画素部１３（１３−１、１３−２）の上方に形成された集光レンズ９１（９１−２、９１−３）は、入射光を集光して上記第２遮光膜７２表面に導くものである。このように、上記黒レベル基準画素部１３の上方にも集光レンズ９１−２、９１−３を形成することで、上記黒レベル基準画素部１３への入射光の漏れ込みを防いでいる。
本発明の第３固体撮像装置の第２実施例では、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２との２層の遮光膜が形成されていることから、従来の１層の遮光膜よりも厚く形成されるので、遮光性能を向上させることができ、黒レベル基準画素部１３上の遮光性が充分に確保される。しかも、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２はそれぞれ、第２金属配線層２２の金属配線と第３金属配線層２３の金属配線で形成されていることから、新たな遮光膜のための金属層を形成する必要がなく、高い遮光性能を維持した状態で配線層の薄膜化が実現でき、集光距離の短縮が実現できる。
次に、本発明の第３固体撮像装置に係る一実施の形態（第３実施例）を、図１１の概略構成断面図によって説明する。図１１では、固体撮像装置の一例として、ＣＭＯＳイメージセンサを示した。
図１１に示すように、第３固体撮像装置１０は、半導体基板１１上に形成されたフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３（１３−１、１３―２）と、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上方に形成された多層配線部１４とを備える。
また、上記半導体基板１１には、画素内トランジスタ部８１が形成されている。この画素内トランジスタ部８１は、上記受光画素部１２から読み出した信号電荷を電圧に変換するもので、例えば、転送ゲート、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタを有する。図面では上記画素内トランジスタ部８１のうちの一つのトランジスタを記載し、その他の記載は省略している。画素内トランジスタ部８１の詳細については、図１２によって後に詳述する。
上記半導体基板１１上には、上記受光画素部１２、黒レベル基準画素部１３、画素内トランジスタ部８１等を被覆する透明な絶縁膜５０が形成されている。この絶縁膜５０の表面は、例えば、平坦化されている。
上記多層配線部１４は、上記絶縁膜５０上に形成されている。
この多層配線部１４は、半導体基板１１側から多層配線部１４の厚さ方向に複数層に重ねて形成された複数の金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２（請求項９の第１金属配線層に相当）、第３金属配線層２３（請求項９の第２金属配線層に相当））と、各金属配線層２０の間を絶縁する層間絶縁膜４０とを有している。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成されている。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成されている。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
また、金属配線層２０（例えば第３金属配線層２３）とその下層の金属配線層２０（第２金属配線層２２）との間の層間絶縁膜４０（４３）には、その層間絶縁膜４３を貫通して第３金属配線層２３の第３金属配線３３とその下層の第２金属配線層２２の第２金属配線３２とを接続するコンタクトプラグ５３が形成されている。当然のことながら、他の金属配線層間の金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグによって接続されている金属配線もある。
さらに、上記金属配線層２０のうち、例えば第１金属配線層２１の第１金属配線３１の一部は、上記絶縁膜５０に形成されたコンタクトプラグ５１を介して画素内トランジスタ部８１のゲート電極、図示はしていないが拡散層領域等に接続されている。
さらに、最上部に位置する金属配線層２０（第３金属配線層２３）上面を覆うように形成された層間絶縁膜４５の上面には、周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
また、上記パッド６１とその直下に位置する第３金属配線層２３の第３金属配線３３−５との間の層間絶縁膜４５には、この層間絶縁膜４５を貫通して上記パッド６１と上記第３金属配線３３−５とを接続する、コンタクトプラグ５５が、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成されている。
さらに、上記層間絶縁膜４５上には上記パッド６１を被覆する層間絶縁膜４６が形成され、上記パッド６１上には、図示はしていないが、パッド６１表面を露出させる開口部が形成されている。
また、黒レベル基準画素部１３−１、１３−２のフォトダイオードと対向する位置に、上記第２金属配線層２２の第２金属配線で第１遮光膜７１（７１−１、７１−２）が形成されている。この第１遮光膜７１は、例えばプレーンなパターンで形成されている。
また、配線設置の制約により遮光領域内に隙間を設置する必要がある場合は、例えば上記第１遮光膜７１のように、黒レベル基準画素部１３上を避けて上記第１遮光膜７１間に隙間を配置する。
さらに、上記第１遮光膜７１上には、上記第３金属配線層２３の第３金属配線で第２遮光膜７２が形成されている。この第２遮光膜７２は、例えば上記各第１遮光膜７１上方を１枚のプレーンなパターンで被覆するように形成されている。
さらに、垂直方向（列方向）の各上記第１遮光膜７１の端部には、水平方向（行方向）にそって、第３遮光膜７３が形成されている。この第３遮光膜７３は、遮光膜の膜厚の増加および遮光膜の剥がれ抑制を目的としたもので、電気的接続を目的としたものではないため、例えばラインパターンもしくはドットパターンで形成されている。図面では、ドットパターンの第３遮光膜７３を等間隔に配置したものを示した。そして、各第３遮光膜７３は、上記第１遮光膜７１と上記第２遮光膜７２に接続されている。また、第３遮光膜７３は、上記コンタクトプラグ５３と同一層で形成されていてもよい。
このように、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２との間に第３遮光膜７３が配列されていることにより、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２との間から第１遮光膜７１方向に入り込もうとする斜め入射光の大部分を遮ることができる。
よって、第１遮光膜７１ないし第３遮光膜７３の３層の遮光膜によって、黒レベル基準画素部１３のフォトダイオード領域への光の入射が遮断される。
なお、図示はしていないが、さらに上記第２遮光膜７２上方に上記第２金属配線層２２よりも上層の金属配線層で遮光膜を形成してもよい。また、上記第１遮光膜７１の下方に第１金属配線層２１、第１金属配線層２１と第２金属配線層２２とを接続するプラグを形成する層で、別の遮光膜を形成して、さらに遮光性を高めてもよい。
上記構成は、金属配線層の金属配線で遮光膜が形成されていることから、その上層および下層の金属配線層の金属配線の位置に対して制限を受けないという利点がある。
また、上記層間絶縁膜４６の表面は平坦化されている、もしくは、上記層間絶縁膜４６上に平坦化絶縁膜（図示せず）が形成されている。そして、図示はしていないが、上記層間絶縁膜４６上もしくは平坦化絶縁膜上に、カラーフィルター層が形成されている。さらに、透明な絶縁膜を介して、上記受光画素部１２の上方と上記黒レベル基準画素部１３の上方のそれぞれに集光レンズ９１が形成されている。
上記受光画素部１２の上方に形成された集光レンズ９１（９１−１）は、入射光を集光して上記受光画素部１２に導くものである。また上記黒レベル基準画素部１３（１３−１、１３−２）の上方に形成された集光レンズ９１（９１−２、９１−３）は、入射光を集光して上記第２遮光膜７２表面に導くものである。このように、上記黒レベル基準画素部１３の上方にも集光レンズ９１−２、９１−３を形成することで、上記黒レベル基準画素部１３への入射光の漏れ込みを防いでいる。
本発明の第３固体撮像装置の第３実施例では、第１遮光膜７１ないし第３遮光膜７３が形成されていることから、従来の１層の遮光膜よりも厚く形成されるので、遮光性能を向上させることができ、黒レベル基準画素部１３上の遮光性が充分に確保される。しかも、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２は、それぞれ、第２金属配線層２２の金属配線と第３金属配線層２３の金属配線で形成されている。また、第３遮光膜は、コンタクトプラグ５３と同一層で形成することができる。このことから、遮光膜のための新たな金属層を形成する必要がなく、高い遮光性能を維持した状態で配線層の薄膜化が実現でき、集光距離の短縮が実現できる。
次に、上記第３固体撮像装置の第３実施例における第３遮光膜のレイアウトの一例を、図１２の平面レイアウト図によって説明する。
図１２に示すように、固体撮像装置１０には、入射光を電気信号に変換するフォトダイオードＰＤが、例えば正方配列されている。上記複数のフォトダイオードＰＤのうち対角方向に隣接し合う四つのフォトダイオードＰＤ（ＰＤ１）、ＰＤ（ＰＤ２）、ＰＤ（ＰＤ３）、ＰＤ（ＰＤ４）の中央部に、フローティングディフュージョンＦＤが設けられている。このフローティングディフュージョンＦＤに接続するように、各フォトダイオードＰＤ（ＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４）のそれぞれに接続する転送ゲートＴＧ（ＴＧ１、ＴＧ２、ＴＧ３、ＴＧ４）が形成されている。
また、上記各フォトダイオードＰＤから読み出した信号電荷を電圧に変換する画素内トランジスタ部８１が配置され、この画素内トランジスタ部８１は上記フォトダイオードＰＤ１、ＰＤ２、ＰＤ３、ＰＤ４に共有されている。
上記画素内トランジスタ部８１には、例えば、リセットトランジスタＴｒＲ、信号増幅手段となる増幅トランジスタＴｒＡ、選択トランジスタＴｒＳを有する。
上記転送ゲートＴＧは、フォトダイオードＰＤのカソード電極と上記フローティングディフュージョン部ＦＤとの間に接続され、フォトダイオードＰＤで光電変換され、ここに蓄積された信号電荷（ここでは、電子）を、転送ゲートＴＧのゲート電極（制御電極）に転送パルスが与えられることによってフローティングディフュージョン部ＦＤに転送する。
リセットトランジスタＴｒＲは、ドレイン電極がリセット線（図示せず）に接続され、ソース電極がフローティングディフュージョン部ＦＤに接続されている。そして、フォトダイオードＰＤからフローティングディフュージョン部ＦＤへの信号電荷の転送に先立って、ゲート電極にリセットパルスＲＳＴが与えられることによって、フローティングディフュージョン部ＦＤの電位をリセット電圧Ｖｒｓｔにリセットする。
増幅トランジスタＴｒＡは、ゲート電極がフローティングディフュージョン部ＦＤに接続され、ドレイン電極が画素電源Ｖｄｄに接続されている。そして、リセットトランジスタＴｒＲによってリセットされた後のフローティングディフュージョン部ＦＤの電位をリセットレベルとして出力する。さらに転送ゲートＴＧによって信号電荷が転送された後のフローティングディフュージョン部ＦＤの電位を信号レベルとして出力する。
選択トランジスタＴｒＳは、例えば、ドレイン電極が増幅トランジスタＴｒＡのソース電極に接続され、ソース電極が出力信号線（図示せず）に接続されている。そしてゲート電極に選択パルスＳＥＬが与えられることによってオン状態となり、画素を選択状態として増幅トランジスタＴｒＡから出力される信号を出力信号線（図示せず）に出力する。
なお、選択トランジスタＴｒＳについては、画素電源Ｖｄｄと増幅トランジスタＴｒＡのドレイン電極との間に接続した構成を採ることも可能である。
そして、上記フォトダイオードＰＤの構成は、受光画素部（図示せず）、黒レベル基準画素部１３の両方に共通して形成されている。
上記黒レベル基準画素部１３の上方には、図示したように、第１遮光膜７１が形成されている。この第１遮光膜７１は、例えば水平方向に配設され、水平方向に配列された各行のフォトダイオードＰＤ上方を被覆するように形成されている。
さらに上記黒レベル基準画素部１３のフォトダイオードＰＤ上には第２遮光膜７２が形成されている。この第２遮光膜７２は、黒レベル基準画素部１３の全域上方を被覆するように形成されている。
そして、垂直方向の各上記第１遮光膜７１の端部には、水平方向（行方向）にそって、第３遮光膜７３が形成されている。この第３遮光膜７３は、例えばドットパターンで、等間隔に配置されている。そして、各第３遮光膜７３は、上記第１遮光膜７１と上記第２遮光膜７２に接続されている。
上記第１遮光膜７１は垂直方向にレイアウトされ、上記第３遮光膜７３は垂直方向に配列されて形成される場合もある。また、上記第３遮光膜７３は、第１遮光膜７１と第２遮光膜７２との間の全領域に、例えばドットパターンもしくはラインパターンで形成してもよい。
上記各実施例で用いる金属配線の材料、および金属配線間を接続するコンタクトプラグの材料は、例えば、銅やアルミニウムの他に、タングステン、アルミニウム合金、銅合金等の金属配線に用いられる金属材料を挙げることができる。
また、金属配線のバリアメタルとして使われる材料は、チタン、タンタル、タングステン、ルテニウム等、もしくはこれら金属の窒化物、またはこれら金属を主成分とした合金、上記金属、上記金属の窒化物、上記金属の合金等から選択された積層膜等を挙げることができる。
上記第２固体撮像装置の第１実施例における第２遮光膜７２と第４遮光膜７４、上記第３固体撮像装置の第２、第３実施例における、上記第１遮光膜７１と上記第２遮光膜７２とは、電気的接続を兼ねてもよい。
その場合、通常の配線としての使用の他にも分流配線とすることができる。例えば、電源供給配線など高い電流密度を流す用途で使用する際、配線薄膜化による配線抵抗の上昇対策として有効である。特に配線距離が長くなるような大面積固体撮像装置などで低消費電力化に有効である。
次に、上記各実施例の多層配線部１４の金属配線と遮光膜を兼ねる場合における、遮光膜に必要な膜厚について説明する。
通常、固体撮像装置は照度が強い環境においてもコントラストを得るため黒レベル基準画素部１３では照度に依らず光を十分減衰させることが求められる。
自然環境下において強い照度となる太陽光は、場所にもよるが、およそ１０００００ｌｘ（単位：ルクス）以上であり、これを０．１ｌｘ以下まで減衰させようとする場合を考える。
光の遮光性能は物質表面での反射と物質内での吸収によって表される。例えば、材料膜への入射光の透過率Ｔ、入射光の反射率Ｒ、入射光の吸収係数α、材料膜の膜厚ｄは、下記（１）式になる。
Ｔ＝（１−Ｒ）ｅｘｐ（−αｄ） …（１）
ここで材料膜の膜厚ｄ1における透過率をＴ1、材料膜の膜厚ｄ2における透過率をＴ2とすると、上記（１）式からＴ1，Ｔ2は、（２）式のように表される。
ｌｏｇ（Ｔ1／Ｔ2）＝−α（ｄ1−ｄ2） …（２）
ここで、吸収係数αは消衰係数Ｋを用いて（３）式のように表せる。
α＝（４π／λ）Ｋ …（３）
よって、透過率Ｔ、材料膜の膜厚をｄ、消衰係数Ｋの間には（４）式のような関係が得られる。
ｌｏｇ（Ｔ1／Ｔ2）＝−（４π／λ）Ｋ（ｄ1−ｄ2） …（４）
つまり、縦軸を透過率Ｔの対数、横軸を遮光膜の膜厚をｄとした時、その傾きが大きいほど消衰係数Ｋが大きい、つまり遮光性が高いことを示す。
以上のように透過率Ｔの対数を取ったグラフで表すと各材料膜の遮光性を比較しやすいため、今回は全ての透過率をｄＢ換算して示した。なお、ｄＢ換算式を以下に示す。
ｄＢ＝２０ｌｏｇＴ …（５）
銅、タンタル、チタン、ルテニウム、タングステンの透過率と入射光の波長との関係を、図１３の可視光域での透過率の波長依存の実測データによって示す。
また、銅、タンタル、チタン、ルテニウム、タングステンの透過し易い波長での透過率と膜厚との関係を、図１４の透過しやすい波長における透過率の膜厚依存の実測データによって示す。
光の強度を１０００００ｌｘ（ルクス）から０．１ｌｘ（ルクス）まで減衰させるのには、−１２０ｄＢ以上の遮光性能が必要となる。例えば、銅配線のバリアメタルにタンタルを用い、その膜厚を１５ｎｍとした場合、−１２０ｄＢの遮光性能を得るには、銅配線は２１６ｎｍの膜厚が必要となる。１層当りの銅配線の膜厚が２１６ｎｍを下回る場合に、上記説明した本発明の実施例を適応することが有効である。
次に、本発明の固体撮像装置の第１製造方法に係る実施の形態の一例（実施例）を、前記図１によって説明する。
前記図１に示すように、通常の固体撮像装置の製造方法によって、半導体基板１１上にフォトダイオードからなる受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３を形成し、さらに、これら受光画素部１２および黒レベル基準画素部１３の上面に多層配線部１４を形成する。
上記多層配線部１４は、半導体基板１１側から順に層間絶縁膜４０と金属配線層２０（例えば第１金属配線層２１、第２金属配線層２２（請求項１１の第１金属配線層に相当）、第３金属配線層２３（請求項１１の第２金属配線層に相当））とを交互に形成することで形成される。また、必要に応じて、金属配線層間２０の層間絶縁膜４０を貫通するコンタクトプラグが形成される。例えば、金属配線層２０（第３金属配線層２３）とその下層の金属配線層２０（第２金属配線層２２）との間の層間絶縁膜４０（４３）に、その層間絶縁膜４３を貫通して第３金属配線層２３の第３金属配線３３とその下層の第２金属配線層２２の第２金属配線３２（請求項１１の第１金属配線に相当）とを接続するコンタクトプラグ５３を形成する。当然のことながら、他の金属配線層間の金属配線間においても、図示はしていないが、コンタクトプラグが形成される。
上記金属配線層２０は、例えば半導体装置の配線材料として用いられる、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）等の金属配線で形成される。また、上記層間絶縁膜４０は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜で形成される。この層間絶縁膜４０は、金属配線間を絶縁する材料であればよく、光透過性を有する無機絶縁膜、有機絶縁膜等を用いることができる。
上記コンタクトプラグ５３を形成するときに、上記黒レベル基準画素部１３の上方における、上記第２金属配線層２２の第２金属配線３２間上に、上記第２金属配線層２２で形成される第２金属配線３２と離間して第１遮光膜７１を形成する。すなわち、コンタクトプラグ５３と同一工程で第１遮光膜７１を形成する。この第１遮光膜７１は、例えばラインパターンで形成される。
また、上記第３金属配線層２３の第３金属配線３３を形成する工程と同一工程で、すなわち、第３金属配線層２３を形成する第３金属配線３３と同一材料層で、上記第１遮光膜７１に接続するように、第２遮光膜７２を形成する。この第２遮光膜７２は、例えばプレーンなパターンで形成されている。
その後、最上部に位置する金属配線層２０（第３金属配線層２３）上面を覆うように層間絶縁膜４５を形成し、その層間絶縁膜４５に第３金属配線層２３の第３金属配線３３−５に達する接続孔を形成する。そして、接続孔の内部に上記第３金属配線３３−５とを接続するコンタクトプラグ５５を、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成する。さらに層間絶縁膜４５の上面に、コンタクトプラグ５５に接合し、かつ周辺回路（図示せず）などとの電気的接続を行うパッド６１を、例えばアルミニウム（Ａｌ）で形成する。上記パッド６１と上記コンタクトプラグ５５とは、同一層で形成することもできる。
さらに、上記パッド６１を被覆する層間絶縁膜４６を形成する。
上記層間絶縁膜４６の表面は平坦化されている。もしくは、上記層間絶縁膜４６上に平坦化絶縁膜（図示せず）を形成する。
そして、図示はしていないが、上記層間絶縁膜４６上もしくは平坦化絶縁膜上に、カラーフィルター層を形成する。さらに、透明な絶縁膜を介して、上記受光画素部１２の上方と上記黒レベル基準画素部１３の上方のそれぞれに集光レンズを形成する。
上記受光画素部１２の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記受光画素部１２に導くものである。また上記黒レベル基準画素部１３の上方に形成された集光レンズは、入射光を集光して上記第２遮光膜７２表面に導くものである。このように、上記黒レベル基準画素部１３の上方にも集光レンズを形成することで、上記黒レベル基準画素部１３への入射光の漏れ込みを防いでいる。
上記説明では、最上層の第３金属配線層２３で第２遮光膜７２を形成し、この第３金属配線層２３とこの下層方向の次の第２金属配線層２２との間に第１遮光膜７１を形成する場合を説明したが、上記第１遮光膜７１は、第１金属配線層２１と第２金属配線層２２との間に形成してもよく、また金属配線層が４層以上の場合、中間層の金属配線層間に形成してもよい。したがって、第２遮光膜７２は、第１遮光膜７１が形成された直上の金属配線層で形成されることになる。
また、第１遮光膜７１は、ラインパターンで形成されてもドットパターンで形成されてもよく、またラインパターンの幅が均等であっても異なる幅のラインパターンが混在していてもよい。
また、同様にドットパターンにおいても、ドットパターンが均等の大きさのものであっても、大きさが異なるドットパターンが混在していてもよい。
また、上記第１固体撮像装置の第２実施例〜第５実施例で説明したような構成を形成することができる。その場合、金属配線層間に遮光膜を形成する場合には、金属配線層間に形成するコンタクトプラグと同一工程で、同一材料層で形成する。また、金属配線層に遮光膜を形成する場合には、当該金属配線層を形成する金属配線と同一工程で、同一材料層で形成する。
また、上記第１遮光膜７１が形成されていない領域と上記第２遮光膜７２を挟んで少なくとも対向するように上記第３遮光膜７３を形成する場合には、第１遮光膜７１を形成するために用いるフォトマスクのパターンと第３遮光膜７３を形成するために用いるフォトマスクのパターンで調整する。
また、第３遮光膜７３は、ラインパターンで形成されてもドットパターンで形成されてもよく、またラインパターンの幅が均等であっても異なる幅のラインパターンが混在していてもよい。
また、同様にドットパターンにおいても、ドットパターンが均等の大きさのものであっても、大きさが異なるドットパターンが混在していてもよい。
上記第１製造方法では、第２金属配線層２２と第３金属配線層２３間に第１遮光膜７１を形成し、第３金属配線層２３で第２遮光膜７２を形成していることから、遮光膜が２層に形成されるので、黒レベル基準画素部１３上の遮光能力の向上を図ることができる。しかも、遮光膜を金属配線層間に形成し、また金属配線層で形成するので、遮光膜のために新たな金属層を形成する必要がなく、高い遮光性能を維持した状態で配線層の薄膜化が実現でき、集光距離の短縮が実現できる。
次に、本発明の固体撮像装置の第２製造方法に係る実施の形態の一例（実施例）を、前記図６によって説明する。
遮光膜を形成する以外の工程は、通常の固体撮像装置の製造方法と同様となるので、ここでは、遮光膜を形成する工程について説明する。
上記黒レベル基準画素部１３の上方における、第１金属配線層２１の第１金属配線３１間上に第１遮光膜７１を形成する。これは第１金属配線層２１の第１金属配線３１と第２金属配線層２２の第２金属配線３２とを接続するコンタクトプラグ（図示せず）を形成する工程において、上記黒レベル基準画素部１３の上方における、上記第１金属配線層２１の第１金属配線３１間上に、上記第１金属配線３１と離間して第１遮光膜７１を形成する。すなわち、コンタクトプラグと同一工程で第１遮光膜７１を形成する。この第１遮光膜７１は、例えばラインパターンで形成される。
第２遮光膜７２は、上記第２金属配線層２２の第２金属配線３２を形成する工程と同一工程で、すなわち、第２金属配線層２２を形成する第２金属配線３２と同一材料層で、上記第１遮光膜７１に接続するように形成する。この第２遮光膜７２は、例えばプレーンなパターンで形成される。
第３遮光膜７３は、第２金属配線層２２の第２金属配線３２と第３金属配線層２３の第３金属配線３３とを接続するコンタクトプラグ５３を形成する工程と同一工程で、すなわち、コンタクトプラグ５３と同一材料層で、上記第２遮光膜７２に接続するように形成する。この第３遮光膜７３は、例えばラインパターンで形成される。ここでは、ラインパターン間隔をできるだけ狭めるように形成することが望ましい。例えば露光限界でパターニングすることができる。
第４遮光膜７４は、上記第３金属配線層２３の第３金属配線３３を形成する工程と同一工程で、すなわち、第３金属配線層２３を形成する第３金属配線３３と同一材料層で、上記第３遮光膜７３に接続するように形成する。この第４遮光膜７４は、例えばプレーンなパターンで形成される。
上記第２製造方法では、遮光膜が４層に形成される。このため、黒レベル基準画素上の遮光能力の向上を図ることができる。しかも、遮光膜を金属配線層間に形成し、また金属配線層で形成するので、遮光膜のために新たな金属層を形成する必要がなく、高い遮光性能を維持した状態で配線層の薄膜化が実現でき、集光距離の短縮が実現できる。
また、層間絶縁膜４０（４３）を挟んでプレーンな金属膜で形成される第２遮光膜７２と第４遮光膜７４が形成されている。すなわち、ストレス差がある絶縁膜と金属膜とが積層されているため、絶縁膜と金属膜との間のストレス差によって、絶縁膜と金属膜との界面で剥がれが発生する可能性がある。
しかしながら、上記構成では、第２遮光膜７２と第４遮光膜７４との間にラインパターンもしくはドットパターンで形成する第３遮光膜７３を形成することから、上記ストレスが第３遮光膜７３によって分散されるため、結果的に、第２遮光膜７２と層間絶縁膜４０（４３）との密着性、および第４遮光膜７４と層間絶縁膜４０（４３）との密着性が第３遮光膜７３によって強められる。
このため、層間絶縁膜４０（４３）に対して第２遮光膜７２、第４遮光膜７４が剥がれにくくなる。
次に、本発明の固体撮像装置の第３製造方法に係る実施の形態の一例（実施例）を、前記図９によって説明する。
遮光膜を形成する以外の工程は、通常の固体撮像装置の製造方法と同様となるので、ここでは、遮光膜を形成する工程について説明する。
第１遮光膜７１は、上記第２金属配線層２２（請求項１７の第１金属配線層に相当）の第２金属配線３２を形成する工程と同一工程で、上記黒レベル基準画素部１３の上方における、第２金属配線層２２の第２金属配線３２で第１遮光膜７１を形成する。すなわち、第２金属配線層２２を形成する第２金属配線３２と同一材料層で、上記第１遮光膜７１を形成する。この第１遮光膜７１はプレーンなパターンで形成される。
第２遮光膜７２は、上記第３金属配線層２３（請求項１７の第２金属配線層に相当）の第３金属配線３３を形成する工程と同一工程で、すなわち、第３金属配線層２３を形成する第３金属配線３３と同一材料層で形成する。この第２遮光膜７２は、例えばプレーンなパターンで形成される。
なお、図示はしていないが、さらに、上記第２遮光膜７２上に上記第２金属配線層よりも上層の金属配線層で遮光膜を形成してもよい。
上記第３製造方法では、遮光膜が２層もしくは２層以上に形成される。このため、黒レベル基準画素上の遮光能力の向上を図ることができる。しかも、遮光膜を金属配線層間に形成し、また金属配線層で形成するので、遮光膜のために新たな金属層を形成する必要がなく、高い遮光性能を維持した状態で配線層の薄膜化が実現でき、集光距離の短縮が実現できる。
次に、金属配線層間とその上部の金属配線層で遮光膜を形成する具体的な形成方法を説明する。
図１５（１）に示すように、層間絶縁膜４０（４１）に第１遮光膜を形成するための複数の溝４７（または孔）を形成する。ここでは溝で説明する。この溝４７は、先に説明したように、コンタクトプラグを形成するための接続孔と同時に形成される。
このとき、複数の溝４７の形成間隔を狭める、例えば露光限界に狭めるようにすると、第１遮光膜が密に形成される。このようにすると、溝４７間の層間絶縁膜４１も上部がエッチングされるようになる。
次に、図１５（２）に示すように、上記溝４７に金属配線材料を埋め込み、層間絶縁膜４１上の余剰な金属配線材料を除去して、溝４７の内部に第１遮光膜７１を形成する。溝４７間の層間絶縁膜４１も上部がエッチングされることによって、この溝４７に埋め込まれて形成される第１遮光膜７１の側部の膜厚がｄだけ厚く形成されることになる。
次に、図１５（３）に示すように、上記層間絶縁膜４１上に層間絶縁膜４０（４２）を形成し、金属配線層の金属配線を形成する溝を形成するのと同時に、第２遮光膜を形成するための溝４８を、上記複数の第１遮光膜７１上に形成する。
次に、図１５（４）に示すように、上記溝４８に金属配線材料を埋め込み、層間絶縁膜４２上の余剰な金属配線材料を除去して、溝４８の内部に第２遮光膜７２を形成する。よって、第１遮光膜７１上に第２遮光膜７２が形成され、第２遮光膜７２の膜厚が第１遮光膜７１によって厚くなる。
上記プロセスは、上記固体撮像装置の各実施例で説明した第１遮光膜７１から第４遮光膜７４の形成方法に適用することができる。
また、図１６に示すように、第１遮光膜７１をラインパターンで密に形成することで、溝４７間の層間絶縁膜４１も上部がエッチングされる効果を得て、第１遮光膜７１間にも遮光膜材料が形成されるようになり、第１遮光膜７１が厚く形成されるようになる。
また、第１遮光膜７１は、直下の金属配線３３は形成されていない領域に形成する必要があるため、図１７に示すように、上記金属配線３３に対応した領域を空けるように第１遮光膜７１が形成される。この場合であっても、第１遮光膜７１を形成する溝４７の側部がエッチングされるので、第１遮光膜７１の膜厚を部分的に厚く形成することができる。
一方、図１８に示すように、第１遮光膜が形成されず、プレーンなパターンの第２遮光膜７２のみの場合には、第２遮光膜７２の中心部分が化学的機械研磨時のディッシング等によって削れ、薄くなるので、遮光性が低下することがわかる。
上記各実施例において、金属配線、コンタクトプラグ、遮光膜等を銅もしくは銅合金で形成する場合、銅の拡散防止および銅の酸化防止のために、金属配線、コンタクトプラグ、遮光膜と層間絶縁膜との境界にバリアメタル層を形成することが好ましい。バリアメタル層には、例えば、タンタル膜、窒化タンタル膜、窒化チタン膜等が用いられ、また絶縁膜との密着性を高めるためにバリアメタル層と絶縁膜との間に密着層として、タンタル膜、チタン膜を形成してもよい。
また、遮光膜膜を複数層に形成する場合、最上層の遮光膜を遮光性の高い金属膜で形成することもできる。例えば、最上層の遮光膜をアルミニウム膜で形成することがより好ましい。
本発明の第１固体撮像装置に係る一実施の形態（第１実施例）を示した概略構成断面図である。 本発明の第１固体撮像装置に係る一実施の形態（第２実施例）を示した概略構成断面図である。 本発明の第１固体撮像装置に係る一実施の形態（第３実施例）を示した概略構成断面図である。 本発明の第１固体撮像装置に係る一実施の形態（第４実施例）を示した概略構成断面図である。 本発明の第１固体撮像装置に係る第５実施例を示した概略構成断面図である。 本発明の第２固体撮像装置に係る一実施の形態（第１実施例）を示した概略構成断面図である。 本発明の第２固体撮像装置に係る一実施の形態（第２実施例）を示した概略構成断面図である。 本発明の第２固体撮像装置に係る第３実施例を示した概略構成断面図である。 本発明の第３固体撮像装置に係る一実施の形態（第１実施例）を示した概略構成断面図である。 本発明の第３固体撮像装置に係る一実施の形態（第２実施例）を示した概略構成断面図である。 本発明の第３固体撮像装置に係る一実施の形態（第３実施例）を示した概略構成断面図である。 本発明の第３固体撮像装置に係る一実施の形態（第３実施例）を示した平面レイアウト図である。 可視光域での透過率の波長依存の実測データを示した図である。 透過しやすい波長における透過率の膜厚依存の実測データを示した図である。 遮光膜の製造方法の具体例を示した製造工程断面図である。 本発明の遮光膜形状の一例を示した平面図および断面図である。 本発明の遮光膜形状の一例を示した平面図および断面図である。 従来の遮光膜形状の一例を示した平面図および断面図である。 従来の固体撮像装置の一例を示した概略構成断面図である。
符号の説明
１１…半導体基板、１２…受光画素部、１３…黒レベル基準画素部、１４…多層配線部、２０…金属配線層、２１…第１金属配線層、２２…第２金属配線層、２３…第３金属配線層、３０…金属配線、３１…第１金属配線、３２…第２金属配線、３３…第３金属配線、７１…第１遮光膜、７２…第２遮光膜

Claims (1)

  1. 半導体基板に形成された受光画素部と、
    前記半導体基板に形成された黒レベル基準画素部と、
    前記受光画素部および黒レベル基準画素部を含む前記半導体基板上に設けられた多層配線部を有し、
    前記多層配線部は、
    前記半導体基板上に形成された絶縁層と、
    前記絶縁層中に複数層に形成された金属配線層とからなり、
    前記黒レベル基準画素部上の前記金属配線層のうちの一つの第１金属配線層の第１金属配線間上に形成され、前記第１金属配線とは離間して形成される第１遮光膜と、
    前記第１遮光膜に接続していて前記第１金属配線層上の第２金属配線層で形成され、前記第１遮光膜が形成された領域の上部を含んで前記黒レベル基準画素部の全域上方を被覆する平面状パターンとして形成される第２遮光膜とを有する
    固体撮像装置。
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