固体撮像装置とその製造方法
【課題】分光感度のバラツキや色滲みのなく高感度・高解像性であるとともに、隣接する画素部への光の混入を防ぐことができる構成の固体撮像装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板１０１の内部には、複数のフォトダイオード１０２が内部に形成されている。配線層１０３は、絶縁膜１０５と配線１０４との積層構造を有し、半導体基板１０１の上に形成されている。複数のカラーフィルタ１０６は、配線層１０３の上方において、複数のフォトダイオード１０２の各々に対応して形成されている。カラーフィルタ１０６の上には、平坦化膜１０７とマイクロレンズ１０８が順に積層されている。固体撮像装置１では、カラーフィルタ１０６の各々において、平坦化膜１０７よりも屈折率が高いとともに、Ｚ軸方向の上面が凹形状である。
【解決手段】半導体基板１０１の内部には、複数のフォトダイオード１０２が内部に形成されている。配線層１０３は、絶縁膜１０５と配線１０４との積層構造を有し、半導体基板１０１の上に形成されている。複数のカラーフィルタ１０６は、配線層１０３の上方において、複数のフォトダイオード１０２の各々に対応して形成されている。カラーフィルタ１０６の上には、平坦化膜１０７とマイクロレンズ１０８が順に積層されている。固体撮像装置１では、カラーフィルタ１０６の各々において、平坦化膜１０７よりも屈折率が高いとともに、Ｚ軸方向の上面が凹形状である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置とその製造方法に関し、特にカラーフィルタの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、ディジタルスティルカメラやビデオカメラなどの撮像デバイスとして用いられている。固体撮像装置は、例えば、半導体基板の一方の表層部分に複数のフォトダイオード（受光部）が形成され、各フォトダイオードで光電変換して画像信号を出力する構成となっている。ここで、複数のフォトダイオードの各上方には、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタが形成されており、フォトダイオードには、カラーフィルタを透過することで選択された波長域の光成分が入射する。一例として、特許文献１に開示された固体撮像装置の構成について、図１１を用い説明する。
【０００３】
図１１に示すように、複数のフォトダイオード（受光部）９０１が形成された半導体基板の上には、平坦化膜９０２を介してカラーフィルタ９０３が積層されている。隣接するカラーフィルタ９０３同士は、互いの間に介挿された有機ケイ素材料層９０４により分離されている。そして、カラーフィルタ９０３および有機ケイ素材料層９０４の上には、保護層９０５が積層されている。
【０００４】
特許文献１では、図１１に示すようにカラーフィルタ９０３同士の間に有機ケイ素材料層９０４を介挿する構成を採用することにより、分光感度のバラツキや色滲みのない、高感度・高解像の固体撮像装置が提供できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０３−２８２４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１で提案された固体撮像装置をはじめとする従来技術に係る固体撮像装置では、マイクロレンズを通過後、斜め方向に進む光が隣接する画素部に混入し、混色という問題を生じる場合がある。具体的には、固体撮像装置において、各画素部に設けられたマイクロレンズは、入射光を画素中心に集光するように形成されており、このため画素部における周辺部分に入射した光はマイクロレンズにより屈折されることで斜め方向に進む。
【０００７】
斜め方向に進む光は、その一部が対応する画素部のフォトダイオードへと到達しないことになる場合が生じ得る。この場合には、感度の低下をもたらす。さらに、セルサイズの微細化に伴い、許容される光の進行角度が狭くなり、受光可能な範囲が狭くなる。
【０００８】
ここで、マイクロレンズの曲率を変化させ、集光する位置をフォトダイオードから近い領域に設定した場合、光路のズレが大きくなる。このため、上記のような問題がさらに顕著となる。
【０００９】
逆に、集光位置をマイクロレンズに近い領域に設定した場合には、レンズの曲率を大きくする必要があり、セルサイズの微細化により画素ピッチが小さくなってくると、レンズ周辺部で入射光が全反射してしまい、フォトダイオードへ光を導くことができなくなってしまう。
【００１０】
本発明は、上記のような問題の解決を図ろうとなされたものであって、分光感度のバラツキや色滲みのなく高感度・高解像性であるとともに、隣接する画素部への光の混入を防ぐことができる構成の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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明は、次の構成を採用することとする。
本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、配線層と、複数のカラーフィルタと、上部層とを備える。
【００１２】
半導体基板は、各々が光電変換機能を有する複数の受光部が内部に形成されている。配線層は、絶縁膜と配線との積層構造を有し、半導体基板上に形成されている。複数のカラーフィルタは、配線層上において、複数の受光部の各々に対応して形成されている。上部層は、複数のカラーフィルタ上に形成されており、複数の受光部の各々に対応して形成されたマイクロレンズを少なくとも含む。
【００１３】
本発明に係る固体撮像装置は、上記において、カラーフィルタが、上部層におけるカラーフィルタの上面に接する部分よりも屈折率が高いとともに、積層方向の上面が凹形状である、ことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、（ｉ）複数の受光部を形成する工程と、（ｉｉ）配線層を形成する工程と、（ｉｉｉ）複数のカラーフィルタを形成する工程と、（ｉｖ）上部層を形成する工程と、を備える。
【００１５】
（ｉ）複数の受光部を形成する工程では、半導体基板の内部に、各々が光電変換機能を有する複数の受光部を形成する。
（ｉｉ）配線層を形成する工程では、半導体基板上に、絶縁膜と配線との積層構造を有する配線層を形成する。
【００１６】
（ｉｉｉ）複数のカラーフィルタを形成する工程では、配線層上に、複数の受光部の各々に対応して、複数のカラーフィルタを形成する。
（ｉｖ）上部層を形成する工程では、複数のカラーフィルタ上に、複数の受光部の各々に対応したマイクロレンズを少なくとも含む、上部層を形成る。
【００１７】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、（ｉｉｉ）カラーフィルタを形成する工程において、カラーフィルタを、上部層におけるカラーフィルタの上面に接する部分よりも屈折率を高くするとともに、積層方向における上面を凹形状とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る固体撮像装置では、カラーフィルタの屈折率が、その上の上部層の上面に接する部分よりも高くなっており、且つ、カラーフィルタの上面が凹形状となっているので、マイクロレンズで屈折され斜めに進行する光が、上部層とカラーフィルタとの境界面（上面）で積層方向下向きに進行方向が変化される。このため、分光感度のバラツキや色滲みのなく高感度・高解像性であるとともに、隣接する画素部への光の混入を防ぐことができる。
【００１９】
また、本発明に係る固体撮像装置では、（ｉｉｉ）カラーフィルタを形成する工程において、カラーフィルタを、上部層におけるカラーフィルタの上面に接する部分よりも屈折率を高くするとともに、積層方向における上面を凹形状とするので、上述と同様の効果を有する固体撮像装置を形成することができる。
【００２０】
本発明に係る固体撮像装置およびその製造方法では、例えば、次のようなバリエーション構成を採用することができる。
本発明に係る固体撮像装置は、上記構成において、隣接するカラーフィルタ同士の間に隔壁が挿設されており、カラーフィルタが、隔壁よりも屈折率が高い、という構成を採用することができる。このような構成を採用すれば、カラーフィルタから隣接するカラーフィルタの方に向けて進行する光が、カラーフィルタと隔壁との界面で反射されるので、更に隣接する画素部への光の混入を防止することができる。
【００２１】
本発明に係る固体撮像装置は、上記構成において、隔壁の側面が斜面となっており、積層方向における上側から下側に向けて断面幅が漸増する、という構成を採用することができる。このような構成を採用することにより、マイクロレンズを通り進行する光が半導体基板における受光部へと効果的に集光されて行く。このため、高感度・高解像性である。
【００２２】
本発明に係る固体撮像装置は、上記構成において、カラーフィルタにおける上面の最も凹んだ箇所が、隔壁の頂よりも積層方向下側に位置している、という構成を採用することができる。このような構成を採用すれば、カラーフィルタの上面で進行方向が変更された光が、隣接する画素部へと漏れ出し難くなり、隣接画素部への光の混入を防ぐという観点から優れる。
【００２３】
本発明に係る固体撮像装置は、上記構成において、カラーフィルタにおける積層方向の下面も凹形状である、という構成を採用することもできる。このような構成を採用する場合には、カラーフィルタの下面でも光の屈折を生じさせ、受光部への集光という観点から更に優れる。
【００２４】
本発明に係る固体撮像装置は、上記構成において、配線層における複数の受光部の各々の上方に相当する箇所に凹部が形成されており、凹部内に配線層における絶縁膜よりも屈折率が高い第２の絶縁膜が埋め込まれている、という構成を採用することができる。このような構成を採用すれば、第２の絶縁膜が光導波路のコア部となり、集光された光が配線層の絶縁膜へと漏れ出すことが防止され、確実に受光部へと導かれる。
【００２５】
本発明に係る固体撮像装置は、上記構成において、カラーフィルタが少なくとも４００ｎｍの厚みを以って形成されている、という構成を採用することができる。また、本発明に係る固体撮像装置は、上記構成において、カラーフィルタにおける上面の凹み量が５０［ｎｍ］以上２００［ｎｍ］以下である、という構成を採用することもできる。
【００２６】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、上記カラーフィルタを形成する工程において、積層方向における下面も凹形状とする、という構成を採用することができる。これにより、カラーフィルタの下面も凹形状となり、集光という観点から優れる。
【００２７】
なお、上記のような効果については、カラーフィルタが、その下層である配線層の当該カラーフィルタの下面に接する部分の屈折率よりも高い屈折率を有する場合に得られる。逆に、互いの屈折率が逆の場合には、カラーフィルタの下面を凸形状とすることにより、同様の効果を得ることができる。
【００２８】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、配線層を形成する工程の後であって、カラーフィルタを形成する工程の前に、配線層の上に複数の受光部の各々の上方に相当する箇所が開口された格子状の隔壁を形成する工程を備え、カラーフィルタを形成する工程において、隔壁に開けられた各開口内にカラーフィルタを形成する、という構成を採用することができる。このような構成を採用すれば、隣接するカラーフィルタ同士の間が隔壁で区切られることになり、隣接する画素部への光の混入防止という観点で優れた固体撮像装置を製造することができる。
【００２９】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、配線層を形成する工程において、複数の受光部の各々の上方に相当する箇所に凹部を設け、配線層を形成する工程の後であって、カラーフィルタを形成する工程の前に、凹部内に、配線層における絶縁膜よりも屈折率が高い第２の絶縁層を埋め込む工程を備える、という構成を採用することができる。このような構成を採用すれば、第２の絶縁膜が光導波路のコア部となり、集光された光が配線層の絶縁膜へと漏れ出すことが防止され、確実に受光部へと導かれる固体撮像装置を確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１の全体構成を示す模式ブロック図である。
【図２】固体撮像装置の画素部１００における構成を示す模式断面図である。
【図３】固体撮像装置１における光の入射経路を示す模式断面図である。
【図４】固体撮像装置１の製造に係る工程での模式断面図である。
【図５】固体撮像装置１の製造に係る工程での模式断面図である。
【図６】固体撮像装置１の製造に係る工程での模式断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置２の画素部２００における構成を示す模式断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置３の画素部３００における構成を示す模式断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置４の画素部４００における構成を示す模式断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置５の画素部５００における構成を示す模式断面図である。
【図１１】従来技術に係る固体撮像装置の画素部における構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下では、本発明を実施するための形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下の各実施の形態は、本発明の構成およびそこから奏される作用・効果を分かりやすく説明するために用いる例であって、本発明は、その本質的な特徴部分以外に何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
【００３２】
［実施の形態１］
１．固体撮像装置１の全体構成
実施の形態１に係る固体撮像装置１の全体構成について、図１を用い説明する。
【００３３】
図１に示すように、実施の形態１に係る固体撮像装置１では、複数の画素部１００がＸ−Ｙ面に沿ってマトリクス状（行列状）に配列され、これより画素領域１０が構成されている。画素領域１０に対しては、その周辺に配されたパルス発生回路２１、水平シフトレジスタ２２、および垂直シフトレジスタ２３が接続されている。水平シフトレジスタ２２および垂直シフトレジスタ２３は、パルス発生回路２１からのタイミングパルスの印加に呼応して、各画素部１００に対して、順次、駆動パルスを出力する。
【００３４】
２．固体撮像装置１の画素部１００における構成
固体撮像装置１の画素部１００における構成について、図２を用い説明する。
図２に示すように、固体撮像装置１では、半導体基板１０１の一方の主面側表層に複数のフォトダイオード１０２が形成されている。各フォトダイオード１０２は、画素部１００にそれぞれ対応して設けられている。なお、受光部としてのフォトダイオード１０２は、電荷蓄積層と表面層とのｐｎ接合により構成されているが、詳細構成については図示を省略する。また、固体撮像装置１では、半導体基板１０１内にフローティングディフュージョン（ＦＤ）やトランジスタ素子も形成されているが、その図示も省略している。
【００３５】
半導体基板１０１上には、配線層１０３が形成されている。配線層１０３は、複数層の絶縁膜１０５と複数層の配線１０４との積層構造を有する。配線層１０３における配線１０４は、例えば、ダマシンプロセスを経て形成されたものであって、例えば、銅（Ｃｕ）配線である。配線１０４は、例えば、８０［ｎｍ］〜１３０［ｎｍ］程度の微細配線である。なお、半導体基板１０１と配線層１０３との間には、ゲート絶縁膜が形成されているが、図２では、図示を省略している。
【００３６】
配線層１０３における絶縁膜１０５は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から形成され、例えば、１層あたりの膜厚が３００［ｎｍ］程度である。また、絶縁膜１０５の屈折率は、例えば、１．４５程度である。
【００３７】
配線層１０３上には、画素部１００毎にカラーフィルタ１０６が形成されている。カラーフィルタ１０６は、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色が交互に配置されている（所謂、ベイヤ配列）。
カラーフィルタ１０６のＺ軸方向上側の面（上面）１０６ｕｆは、各画素部１００の中央が最も凹んだ凹形状をしている。カラーフィルタ１０６の最大厚みは、例えば、５００［ｎｍ］〜７００［ｎｍ］程度であって、上面１０６ｕｆの凹み量は、例えば、５０［ｎｍ］〜２００［ｎｍ］である。また、カラーフィルタ１０６は、例えば、顔料分散型レジストを用い形成されており、屈折率が１．６〜１．７程度である。
【００３８】
カラーフィルタ１０６上には、平坦化膜１０７を介してマイクロレンズ１０８が形成されている。平坦化膜１０７は、その下面１０７ｂｆでカラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆと接している。平坦化膜１０７は、例えば、アクリル系樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂からなり、膜厚が２００［ｎｍ］〜６００［ｎｍ］程度である。また、平坦化膜１０７の屈折率は、例えば、１．５程度である。
【００３９】
マイクロレンズ１０８も、アクリル系樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂からなり、最大膜厚が４００［ｎｍ］〜６００［ｎｍ］程度である。マイクロレンズ１０８についても、その屈折率は１．５程度である。
【００４０】
なお、図２に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、配線層１０３の上にカラーフィルタ１０６を直接形成した構成としたが、配線素１０３とカラーフィルタ１０６との間に、光学的に透過率の高い透明平坦化膜を介挿する構成とすることもできる。
【００４１】
３．固体撮像装置１における光の入射経路
固体撮像装置１における光の入射経路について、図３を用い説明する。
先ず、図３に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、カラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆが凹形状となっているが、その曲率中心は、マイクロレンズ１０８の上面１０８ｕｆの曲率中心と同軸（中心軸Ａｘ）上に設定されている。
【００４２】
中心軸ＡｘからＸ軸方向に距離ｘだけ離れた位置に入射した光Ｌ１は、マイクロレンズ１０８の上面１０８ｕｆで、その曲率とマイクロレンズ１０８の屈折率により進行角度が変化する（光Ｌ２）。ここで、マイクロレンズ１０８は、マイクロレンズ１０８から一定の距離に焦点を結ぶように設計されているため、光Ｌ２は、マイクロレンズ１０８の上面１０８ｕｆの曲率中心の方向へと進む。
【００４３】
光Ｌ２は、平坦化膜１０７内を進み、平坦化膜１０７の下面１０７ｂｆとカラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆの境界面へと到達する。このとき、カラーフィルタ１０６の上面が凹形状になっている。また、平坦化膜１０７の屈折率をλ１０７とし、カラーフィルタ１０６の屈折率をλ１０６とするとき、次の関係を満たす。
【００４４】
［数１］λ１０７＜λ１０６
以上の関係より、光Ｌ２は、カラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆで進行方向がＺ軸方向下向きとなる（光Ｌ３）。即ち、光Ｌ３は、光Ｌ２よりも中心軸Ａｘとなす角度が小さくなる方向へ進行する。ここで、カラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆの曲率については、カラーフィルタ１０６と平坦化膜１０７の屈折率の差を考慮し、光Ｌ３がＺ軸方向下向きに進行するように設定することが望ましい。ただし、完全にＺ軸と平行としなくても、最終的に集光された光がフォトダイオード１０２へと入射されるようにすればよい。
【００４５】
以上を纏めると、マイクロレンズ１０８へ入射した光Ｌ１は、マイクロレンズ１０８の上面１０８ｕｆで斜め方向に進行方向が変化し、マイクロレンズ１０８内および平坦化膜１０７内を通過する（光Ｌ２）。その後、カラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆと平坦化膜１０７の下面１０７ｂｆとの界面に到達した光Ｌ２は、中心軸Ａｘとのなす角度が小さくなる方向（Ｚ軸方向下向き）へと方向が変更され（光Ｌ３）、フォトダイオード１０２へと入射される。このため、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、図１１に示す従来技術に係る固体撮像装置よりも安定してフォトダイオード１０２に光を入射させることができ、感度特性の向上を図ることができる。即ち、製造時におけるバラツキなどにより、配線層１０３の膜厚バラツキや、その他の構成要素の寸法や膜質などのバラツキなどに対しても、フォトダイオード１０２へ確実に光を入射させることが可能となる。
【００４６】
４．製造方法
本実施の形態に係る固体撮像装置１の製造方法について、図４から図６を用い説明する。なお、以下では、本実施の形態に係る固体撮像装置１で特徴部分となる画素領域１０の部分についてのみ説明する。
【００４７】
先ず、図４（ａ）に示すように、半導体基板１０１の一方の主面（上面）１０１ｕｆ側の表層内部に、複数のフォトダイオード１０２を形成する。半導体基板１０１は、例えば、シリコン基板であって、フォトダイオード１０２は、半導体基板１０１の上面１０１ｕｆ側からボロン（Ｂ）などの不純物をイオン注入することにより形成される。なお、フォトダイオード１０２は、ｎ型の電荷注入層とｐ＋型の表面層とのｐｎ接合により構成され（詳細な図示を省略）、例えば、セルサイズを１．４［μｍ］とするとき、フォトダイオード１０２の幅が０．７［μｍ］である。
【００４８】
複数のフォトダイオード１０２は、半導体基板１０１をＺ軸方向上方より平面視する場合、例えば、マトリクス状に配置されている。
この後、ゲート絶縁膜を形成した後、電荷転送のためのゲート電極などを形成する（図示を省略）。これらフォトダイオード１０２やゲート電極などの形成は、一般的なフォトリソグラフィ工程、イオン注入工程、成膜工程および熱拡散工程を適宜用いることでなされる。
【００４９】
図４（ｂ）に示すように、半導体基板１０１上に対して、絶縁膜１０５１を積層し、当該絶縁膜１０５１の上面１０５１ｕｆから内部（Ｚ軸方向下側）に向けて配線１０４を形成する。配線１０４の形成は、一般的なダマシン配線工程の実行による場合、絶縁膜１０５１を積層した後、配線１０４を形成しようとする部分をリソグラフィ工程およびエッチング工程を実行して溝を形成し、当該溝内に銅（Ｃｕ）を埋め込んでＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程などを実行することによりなされる。
【００５０】
図４（ｃ）に示すように、上記のような工程を繰り返すことにより、複数の絶縁膜１０５と複数の配線１０４との積層構造を有する配線層１０３を形成することができる。なお、配線層１０３を形成した後、カラーフィルタ１０６を形成する前に、透明樹脂を用いて下地を平坦にする処理を施す場合もある。この処理を施す場合には、透明樹脂からなる膜は下地の平坦化という効果の他、配線層１０３とカラーフィルタ１０６との密着性を強固にするという効果も奏される。このような効果を考慮する場合、透明樹脂からなる膜としては、例えば、エポキシ樹脂やＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）などを蒸着することで形成することも可能である。
【００５１】
次に、図５（ａ）に示すように、配線層１０３上にカラーフィルタ準備膜１０６０を積層する。カラーフィルタ準備膜１０６０は、配線層１０３上に顔料分散型レジストを塗布することで形成できる。
【００５２】
その後、カラーフィルタ準備膜１０６０に対してフォトマスクを介して紫外線照射を行い、これによりレジストを選択的に露光する。この場合、レジストを残そうとする部分のマスクの紫外線透過率が、一つのフィルタ内で異なるマスク、所謂、グレースケールマスクを用いることによりカラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆを凹形状とすることができる（図５（ｂ）を参照）。具体的には、ネガ型のレジストを用いる場合、マスクにおけるカラーフィルタ１０６の中心部に相当する部分の紫外線透過率が周辺部よりも低く、周辺部に向けて紫外線透過率が徐々に高くなるようにすることで、図５（ｂ）のようなカラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆの形状を実現することができる。
【００５３】
図６（ａ）に示すように、上記のネガ型レジスト塗布、およびグレースケールマスクを介しての露光を繰り返すことで、全ての画素部１００に対応したカラーフィルタ１０６を形成することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、全ての画素部１００におけるカラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆの曲率を同一としているが、カラーフィルタ１０６の色毎や、チップ内の領域毎（例えば、チップ中央部とチップ外縁部）などで曲率を変えることもできる。
【００５５】
この後、図６（ｂ）に示すように、カラーフィルタ１０６上に、アクリル系樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂を用いて平坦化膜１０７を形成し、さらに、同じくアクリル系樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂を用いてマイクロレンズを形成する（図示を省略）。
【００５６】
［実施の形態２］
実施の形態２に係る固体撮像装置２の構成について、図７を用い説明する。なお、図７では、固体撮像装置２の構成の内、画素領域における一部の画素部２００を抜き出して示しており、画素領域以外の構成については、上記実施の形態１と同様である。また、以下の説明においても、上記実施の形態１と同様の構成部分については、その説明を省略する。
【００５７】
図７に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置２では、隣接する画素部２００同士において、カラーフィルタ２０７間に隔壁２０９が介在した構成となっている。そして、カラーフィルタ２０６は、隣接する隔壁２０９同士の間に形成されており、上記実施の形態１と同様に、その上面２０６ｕｆが凹形状となっている。
【００５８】
カラーフィルタ２０６上の平坦化膜２０７は、その下面２０７ｂｆがカラーフィルタ２０６の上面２０６ｕｆに接している点は、上記同様であるが、隔壁２０９の頂面２０９ｕｆにも隙間なく接している。
【００５９】
ここで、隔壁２０９は、Ｚ軸方向上方からこれを平面視する場合、格子状になっている。そして、隔壁２０９は、例えば、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）を原料としたＣＶＤ膜（ＴＥＯＳ膜）であって、屈折率がカラーフィルタ２０６よりも小さい１．４〜１．５程度である。
【００６０】
本実施の形態に係る固体撮像装置２では、画素領域において、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１の構成に加えて、カラーフィルタ２０６間に隔壁２０９が介在している。この構成を採用することにより、本実施の形態に係る固体撮像装置２では、マイクロレンズ１０８で集光された光の一部が、カラーフィルタ２０６の側面から隣接する画素部２００のカラーフィルタ２０６へ漏れ出そうとしても、カラーフィルタ２０６と隔壁２０９との界面で反射される。これは、カラーフィルタ２０６の屈折率が隔壁２０９の屈折率よりも大きいことに起因する。
【００６１】
より具体的には、各画素部２００の中心から離れた位置に入射した光が、マイクロレンズ１０８およびカラーフィルタ２０６の上面２０６ｕｆで回折される際に、その角度にバラツキを生じ、フォトダイオード１０２へと入射できない角度で進行した場合においても、カラーフィルタ２０６同士の間に挿設された隔壁２０９との界面で反射、あるいは多重反射されてフォトダイオード１０２へと入射されることになる。
【００６２】
また、半導体基板１０１の表面に対して垂直な方向に入射した光だけでなく、斜め方向に入射した光が、画素部２００の中心から離れた位置に入射した場合、マイクロレンズ１０８およびカラーフィルタ２０６の上面２０６ｕｆで十分に回折されずに、隣接する画素部２００のカラーフィルタ２０６へ侵入しようとした場合にあっても、隔壁２０９との界面での反射により、確実に所定の画素部２００におけるフォトダイオード１０２へと入射させることができる。
【００６３】
以上のように、本実施の形態に係る固体撮像装置２では、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１が有する効果に加えて、隔壁２０９をカラーフィルタ２０６同士の間に創設することにより、隣接画素部２００への光の漏れ出しを更に確実に防止することができる。
【００６４】
［実施の形態３］
実施の形態３に係る固体撮像装置３の構成について、図８を用い説明する。なお、図８では、固体撮像装置３の構成の内、画素領域における一部の画素部３００を抜き出して示しており、画素領域以外の構成については、上記実施の形態１，２と同様である。また、以下の説明においても、上記実施の形態１，２と同様の構成部分については、その説明を省略する。
【００６５】
図８に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置３では、各画素部３００において、配線層３０３における絶縁膜３０５のフォトダイオード１０２の上方に相当する箇所に凹部が形成されている。そして、配線層３０３の絶縁膜３０５に開けられた凹部には、絶縁膜（コア部）３１０が埋め込まれている。コア部３１０は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなり、屈折率は、配線層３０３における絶縁膜３０５よりも高い１．９〜２．０程度である。このように配線層３０３の絶縁膜３０５に開けた凹部にコア部３１０を埋め込み形成することにより、カラーフィルタ２０６と半導体基板１０１との間に、光導波路を形成した構成としている。
【００６６】
本実施の形態に係る固体撮像装置３では、上記のような構成を採用することにより、入射光がカラーフィルタ２０６を通過してフォトダイオード１０２に対して光が進むときに、バラツキにより入射角がフォトダイオード１０２に対して垂直以外の角度となったような場合においても、コア部３１０とその周囲の絶縁膜３０５とで構成される光導波路により、フォトダイオード１０２に対して光が導かれる。よって、本実施の形態に係る固体撮像装置３では、上記実施の形態１，２に係る固体撮像装置１，２が奏する効果に加えて、さらに感度特性が高いという効果を得ることができる。
【００６７】
なお、本実施の形態に係る固体撮像装置３においても、カラーフィルタ２０６の色毎、あるいはチップ内の領域毎にカラーフィルタ２０６の上面２０６ｕｆの凹形状の曲率を変えることができる。これにより、色毎あるいは領域毎での特性を同一にすることができる。
【００６８】
また、本実施の形態に係る固体撮像装置３においても、マイクロレンズ１０８の上面の曲率中心と、マイクロレンズ２０６の上面２０６ｕｆの曲率中心とが、同軸（画素部３００の中心線Ａｘ）上に設定されている構成を一例としているが、互いの曲率中心をＺ軸方向に交差する方向にずらすことも可能である。例えば、チップの中央部と周辺部とでは、光の入射角がずれることがあるが、このような場合においても、上記曲率中心を互いにずらすことにより、入射角特性を変化させ、チップ中央部と周辺部との入射角特性を揃えることが可能となる。
【００６９】
［実施の形態４］
実施の形態４に係る固体撮像装置４の構成について、図９を用い説明する。なお、図９では、固体撮像装置４の構成の内、画素領域における一部の画素部４００を抜き出して示しており、画素領域以外の構成については、上記実施の形態１，２，３と同様である。また、以下の説明においても、上記実施の形態１，２，３と同様の構成部分については、その説明を省略する。
【００７０】
図９に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置４では、各画素部４００において、カラーフィルタ４０６の下面４０６ｂｆについても、凹形状となっている。そして、カラーフィルタ４０６の下方には、上記実施の形態３に係る固体撮像装置３と同様に、コア部４１０が形成されているが、本実施の形態に係る固体撮像装置４では、コア部４１０の上面４１０ｕｆが上凸形状となっており、その頂が配線層４０３における絶縁膜４０５の上面４０３ｕｆよりもＺ軸方向上方に位置している。
【００７１】
また、図９に示すように、固体撮像装置４では、隔壁４０９は、その断面形状が台形となっており、Ｚ軸方向上側から下側に向けて徐々に幅広となっている。
隔壁４０９、コア部４１０などの構成材料などについては、上記実施の形態３と同様である。
【００７２】
以上のような構成を備える固体撮像装置４では、上記実施の形態１，２，３に係る固体撮像装置１，２，３が奏する効果に加えて、隔壁４０９の側面が斜面になっていることから、当該隔壁４０９の側面で反射される光が、より画素部４００の中心側へと導かれる。
【００７３】
また、コア部４１０の上面４１０ｕｆが上凸形状となっており、コア部４１０の屈折率がカラーフィルタ４０６の屈折率よりも高いことから、当該界面においても集光レンズとして機能する。よって、本実施の形態に係る固体撮像装置４では、更なる感度特性の向上を図ることが可能である。
【００７４】
なお、本実施の形態においても、カラーフィルタ４０６の色毎、あるいはチップ内の領域毎にカラーフィルタ４０６の上面４０６ｕｆの凹形状の曲率、およびコア部４１０の上面４１０ｕｆの曲率を変えることができる。これにより、色毎あるいは領域毎での特性を同一にすることができる。
【００７５】
また、本実施の形態においても、マイクロレンズ１０８の上面の曲率中心と、マイクロレンズ４０６の上面４０６ｕｆの曲率中心、およびコア部４１０の上面４１０ｕｆの曲率中心とが、同軸（画素部４００の中心線Ａｘ）上に設定されている構成を一例としているが、互いの曲率中心をＺ軸方向に交差する方向にずらすことも可能である。
【００７６】
［実施の形態５］
実施の形態５に係る固体撮像装置５の構成について、図１０を用い説明する。なお、図１０では、固体撮像装置５の構成の内、画素領域における一の画素部５００を抜き出して示しており、画素領域以外の構成については、上記実施の形態１，２，３，４と同様である。また、以下の説明においても、上記実施の形態１，２，３，４と同様の構成部分については、その説明を省略する。
【００７７】
図１０に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置５では、半導体基板５０１の主面上にゲート絶縁膜５１１が形成されている。ゲート絶縁膜５１１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜である。半導体基板５０１内には、ゲート絶縁膜５１１との界面部分から内方に向けてフォトダイオード５０２が形成されている。フォトダイオード５０２は、上述のように、ｎ型の電荷蓄積層５０２ａとｐ＋型の表面層５０２ｂとのｐｎ接合により構成されている。
【００７８】
半導体基板５０１の表層部には、フォトダイオード５０２の他に、素子分離領域５１２等が形成されている。素子分領域５１２は、半導体基板５０１の該当部分に、ボロンなどの不純物をイオン注入することにより形成されている。なお、固体撮像装置５においても、各画素部５００にフローティングディフュージョン（ＦＤ）やトランジスタ素子も有しているが、その図示を省略する。
【００７９】
ゲート絶縁膜５１１上におけるフォトダイオード５０２の上方に相当する部分には、反射防止膜５１３およびゲート電極５１４が形成されている。反射防止膜５１３は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）から形成されており、フォトダイオード５０２に入射する光が半導体基板１０１の表面で反射されることを抑制するために設けられている。ゲート電極５１４は、例えば、ポリシリコンまたはタングステンシリサイドから形成されている。
【００８０】
次に、ゲート絶縁膜５１１の上には、上記同様に、配線層５０３が形成されている。本実施の形態に係る固体撮像装置５では、配線層５０３が、Ｚ軸方向下側から順に、絶縁膜５０５ａ、エッチングストップ層５１６、絶縁膜５０５ｂ、拡散防止膜５１７ａ、絶縁膜５０５ｃ、拡散防止膜５１７ｂ、絶縁膜５０５ｄを有し構成されている。また、絶縁膜５０５ｂ，５０５ｃには、配線５０４ａ，５０４ｂも形成されている。
【００８１】
絶縁膜５０５ａは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から形成され、膜厚が４００［ｎｍ］である。エッチングストップ層５１６は、例えば、炭化シリコン、酸化炭化シリコン、酸化窒化シリコン、または窒化シリコンから形成され、膜厚が５０［ｎｍ］である。
【００８２】
絶縁膜５０５ｂ，５０５ｃは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から形成され、膜厚は３００［ｎｍ］であり、屈折率が、例えば、１．４５である。
拡散防止膜５１７ａ，５１７ｂは、例えば、炭化シリコン、酸化炭化シリコン、酸化窒化シリコン、または窒化シリコンから形成され、膜厚が５０［ｎｍ］であり、屈折率は、例えば、１．９〜２．０である。拡散防止膜５１７ａ，５１７ｂは、配線５０４ａ，５０４ｂを形成する際に、その材料である銅原子が絶縁膜５０５ｃ，５０５ｄに対し拡散することを防止する役割を果たす。
【００８３】
配線５０４ａ，５０４ｂは、上記同様に、絶縁膜５０５ｂ，５０５ｃに予め形成された溝に、銅（Ｃｕ）あるいはその合金が埋め込まれることで形成されている。このとき、例えば、ダマシンプロセスで形成されたタンタル／窒化タンタルからなるバリアメタル層が銅配線の外周に形成されるという構成を採用することもできる。バリアメタル層は、銅原子が絶縁膜５０５ｂ，５０５ｃに対し拡散することを防止する。
【００８４】
固体撮像装置５においても、配線層５０３におけるフォトダイオード５０２の上方に相当する箇所に凹部が開けられており、コア部５１０として３層の絶縁膜５１０ａ，５１０ｂ，５１０ｃが埋め込み形成されている。
【００８５】
配線層５０３における凹部は、アスペクト比が１、あるいはそれ以下である。凹部の深さについては、６００［ｎｍ］程度、あるいはそれ以下とすることが望ましい。これは、仮に凹部の深さを６００［ｎｍ］よりも大きくした場合には、通常のＣＶＤ法を用い絶縁膜５０５ｂ，５０５ｃ，５０５ｄを形成する場合に、凹部内にボイド（空孔）が生じることが考えられるためである。凹部内にボイドが発生した場合には、当該ボイドが光の散乱の原因となり、感度が大幅に低下する。このため、凹部の深さを６００［ｎｍ］程度、あるいはそれ以下とすることが望ましい。
【００８６】
コア部５１０を構成する３層の絶縁膜（第２絶縁膜５１０ａ、第３絶縁膜５１０ｂ、第４絶縁膜５１０ｃ）が、凹部の側面および底面に対して順に積層形成されている。第４絶縁膜５１０ｃについては、第３絶縁膜５１０ｂの側面および底面で構成される凹部を埋め込むように形成され、上面５１０ｃｕｆが、上記実施の形態４と同様に、上凸形状となっている。
【００８７】
第２絶縁膜５１０ａは、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなり、凹部を臨む底面（エッチングストップ層５１６表面）からの膜厚が３００［ｎｍ］程度である。窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる第２絶縁膜５１０ａの屈折率は、絶縁膜５１０ｂ，５１０ｃ，５１０ｄよりも高い１．９〜２．０である。
【００８８】
第３絶縁膜５１０ｂは、例えば、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）からなり、膜厚が１０［ｎｍ］〜１００［ｎｍ］程度である。酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）からなる第３絶縁膜５１０ｂの屈折率は、第２絶縁膜５１０ａよりも低い１．６〜１．８である。
【００８９】
第４絶縁膜５１０ｃは、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなり、Ｚ軸方向における第３絶縁膜５１０ｂの底面からの膜厚が３００［ｎｍ］程度である。第４絶縁膜５１０ｃの屈折率は、第３絶縁膜５１０ｂよりも高い１．９〜２．０である。
【００９０】
絶縁膜５０５ｂ，５０５ｃ，５０５ｄと絶縁膜５１０ａ，５１０ｂ，５１０ｃとの屈折率について整理すると、次のようになる。
絶縁膜５０５ｂ，５０５ｃ，５０５ｄの屈折率をｎ１とし、第２絶縁膜５１０ａの屈折率をｎ２とし、第３絶縁膜５１０ｂの屈折率をｎ３とし、第４絶縁膜５１０ｃの屈折率をｎ４とするとき、次の関係を満たす。
【００９１】
［数１］ｎ２＞ｎ１
［数２］ｎ３＜ｎ２
［数３］ｎ４＞ｎ３
続いて、図１０に示すように、第４絶縁膜５１０ｃ上には、カラーフィルタ５０６が形成されているが、上記実施の形態２，３，４と同様に、隣接する画素部５００のカラーフィルタ５０６同士の間を区画するように隔壁５０９が挿設されている。隔壁５０９の断面形状については、上記実施の形態４と同様に台形をしている。
【００９２】
本実施の形態に係る固体撮像装置５では、隔壁５０９が下部層５０９ａと上部層５０９ｂとの積層構造を有し、下部層５０９ａおよび上部層５０９ｂは、ともにＴＥＯＳ膜であって、屈折率が１．４〜１．５程度である。また、隔壁５０９においては、下部層５０９ａと上部層５０９ｂとの間に、異なる材料あるいは膜質が異なる界面が存在し、当該界面でＺ軸方向上側から下向きに隔壁５０９内を進む光を反射し、下方への侵入を防止する役割を果たす。
【００９３】
隔壁５０９は、高さが６００［ｎｍ］〜８００［ｎｍ］、上部の幅が１５０［ｎｍ］〜２５０［ｎｍ］、下部の幅が２００［ｎｍ］〜４００［ｎｍ］に設定されている。より具体的には、高さが７００［ｎｍ］、上部の幅が２００［ｎｍ］、下部の幅が３００［ｎｍ］に設定されている。
【００９４】
また、本実施の形態に係る固体撮像装置５では、隔壁５０９の下端における開口幅Ｗ１と、光導波路の上端における開口幅Ｗ２とは、隔壁５０９の内側斜面をＺ軸方向下側に向けて延長したと仮定した場合、その仮想線が光導波路の上端よりも内側を通過するように設定されている。これにより、カラーフィルタ５０６を通過した光が、漏れなく光導波路へと導かれる。
【００９５】
ここで、画素部５００のセルサイズを１．４［μｍ］とするとき、幅Ｗ１は、１０００［ｎｍ］〜１２００［ｎｍ］、幅Ｗ２は、９００［ｎｍ］〜１２００［ｎｍ］となっている。より具体的には、幅Ｗ１および幅Ｗ２は、ともに１１００［ｎｍ］である。
【００９６】
また、図１０に示すように、第４絶縁膜５１０ｃにおける隔壁５０９間の上凸形状部分の上面、および隔壁５０９の外面には、密着層５１５が形成されている。密着層５１５は、例えば、エポキシ樹脂などの有機材料から構成されており、膜厚は、例えば、１［ｎｍ］程度である。密着層５１５は、無機材料からなる（ＴＥＯＳ膜である）隔壁５０９と、有機材料からなるカラーフィルタ５０６との密着性を高くするために、介挿されている。なお、密着層５１５は、エポキシ樹脂の他に、例えば、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）からなることとしてもよい。
【００９７】
隣接する隔壁５０９間に形成されるカラーフィルタ５０６は、上記実施の形態１，２，３，４と同様に、その上面５０６ｕｆが凹形状となっており、その上に積層される平坦化膜５０７との界面に凹レンズが形成された構成となっている。これにより更なる集光率の向上を図ることができる。
【００９８】
なお、図１０に示すように、固体撮像装置５においては、カラーフィルタ５０６の一部が隔壁５０９の頂面上に乗り上げた状態となっている（Ｂ１部、Ｂ２部）。ただし、隣接する画素部５００のカラーフィルタ５０６とは、互いに離間しており、接触していない。
【００９９】
以上の構成を備える固体撮像装置４では、上記実施の形態１，２，３，４の各固体撮像装置１，２，３，４が奏する効果を全て奏することができるとともに、幅Ｗ１，Ｗ２の関係により、カラーフィルタ５０６から光導波路へ入射光を確実に導くことができる。
【０１００】
［その他の事項］
上記において、カラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の上面１０６ｕｆ，２０６ｕｆ，４０６ｕｆ，５０６ｕｆの凹形状の深さは、カラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の膜厚や、その上の平坦化膜１０７，２０７，５０７の膜厚、およびマイクロレンズ１０８との関係で規定される。凹形状であるカラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の上面１０６ｕｆ，２０６ｕｆ，４０６ｕｆ，５０６ｕｆは、カラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の最も薄くなる部分であるため、この部分の膜厚がカラーフィルタとしての機能を確保することができる膜厚以上であることが必要となる。当該部分の膜厚は、期待されるカラーフィルタとしての機能にもよるが、例えば、４００［ｎｍ］程度以上とすることが望ましい。
【０１０１】
また、入射した光がカラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の上面１０６ｕｆ，２０６ｕｆ，４０６ｕｆ，５０６ｕｆで回折する角度は、マイクロレンズ１０８や平坦化膜１０７，２０７，５０７との屈折率の関係で規定される。また、カラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の屈折率は、色毎に異なっている。このため、カラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の上面１０６ｕｆ，２０６ｕｆ，４０６ｕｆ，５０６ｕｆの凹形状を色毎に最適設計することにより、入射角特性を更に向上させることが可能となる。なお、上記実施の形態の説明で参酌した図では、詳細な図示をしていないが、カラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の上面１０６ｕｆ，２０６ｕｆ，４０６ｕｆ，５０６ｕｆにおける凹形状の深さは、色毎に異なっている。
【０１０２】
また、上記実施の形態１，２，３，４，５では、マイクロレンズ１０８の上面１０８ｕｆの曲率中心とカラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の上面１０６ｕｆ，２０６ｕｆ，４０６ｕｆ，５０６ｕｆの曲率中心とが、同軸上に配された構成を採用したが、互いの曲率中心をＺ軸方向に交差する方向にずらすことも可能である。例えば、チップの中央部と周辺部とでは、光の入射角がずれることがあるが、このような場合においても、上記曲率中心を互いにずらすことにより、入射角特性を変化させ、チップ中央部と周辺部との入射角特性を揃えることが可能となる。
【０１０３】
さらに、図１においては、画素領域１０において複数の画素部１００がマトリクス状に配列された形態を示したが、複数の画素部の配列形態は、マトリクス状以外にも、ハニカム状などとすることもできる。
【０１０４】
また、上記実施の形態５では、配線層５０３に開けられた凹部に３層の絶縁膜５１０ａ，５１０ｂ，５１０ｃを積層形成することとしたが、４層以上の絶縁層を積層形成することとしてもよい。さらに、上記実施の形態５において、凹部を臨む配線層５０３の底面（図１０におけるエッチングストップ層５１６の上面）にも第２絶縁膜５１０ａ、第３絶縁膜５１０ｂ、第４絶縁膜５１０ｃを順に積層することとしたが、当該底面へのこれら第２絶縁膜、第３絶縁膜、第４絶縁膜の積層は必須のものではない。
【０１０５】
また、マイクロレンズとカラーフィルタとの間に、層内レンズを設けることもできる。この場合には、集光率を更に高くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、ディジタルスティルカメラやビデオカメラなどに搭載される撮像デバイスとしての固体撮像装置を実現するのに有用である。
【符号の説明】
【０１０７】
１，２，３，４，５．固体撮像装置
１０．画素領域
２１．パルス発生回路
２２．水平シフトレジスタ
２３．垂直シフトレジスタ
１００，２００，３００，４００，５００．画素部
１０１，５０１．半導体基板
１０２，５０２．フォトダイオード
１０３，３０３，４０３，５０３．配線層
１０４，５０４ａ，５０４ｂ．配線
１０５，３０５，４０５，５０５ａ，５０５ｂ，５０５ｃ，５０５ｄ，１０５１．絶縁膜
１０６，２０６，４０６，５０６．カラーフィルタ
１０７，２０７，５０７．平坦化膜
１０８，５０８．マイクロレンズ
２０９，４０９，５０９．隔壁
３１０，４１０，５１０．コア部
５０２ａ．電荷蓄積層
５０２ｂ．表面層
５１０ａ．第２絶縁膜
５１０ｂ．第３絶縁膜
５１０ｃ．第４絶縁膜
５１１．ゲート絶縁膜
５１２．素子分離領域
５１３．反射防止膜
５１４．ゲート電極
５１５．密着層
５１６．エッチングストップ層
５１７ａ，５１７ｂ．拡散防止膜
１０６０．カラーフィルタ準備膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置とその製造方法に関し、特にカラーフィルタの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置は、ディジタルスティルカメラやビデオカメラなどの撮像デバイスとして用いられている。固体撮像装置は、例えば、半導体基板の一方の表層部分に複数のフォトダイオード（受光部）が形成され、各フォトダイオードで光電変換して画像信号を出力する構成となっている。ここで、複数のフォトダイオードの各上方には、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタが形成されており、フォトダイオードには、カラーフィルタを透過することで選択された波長域の光成分が入射する。一例として、特許文献１に開示された固体撮像装置の構成について、図１１を用い説明する。
【０００３】
図１１に示すように、複数のフォトダイオード（受光部）９０１が形成された半導体基板の上には、平坦化膜９０２を介してカラーフィルタ９０３が積層されている。隣接するカラーフィルタ９０３同士は、互いの間に介挿された有機ケイ素材料層９０４により分離されている。そして、カラーフィルタ９０３および有機ケイ素材料層９０４の上には、保護層９０５が積層されている。
【０００４】
特許文献１では、図１１に示すようにカラーフィルタ９０３同士の間に有機ケイ素材料層９０４を介挿する構成を採用することにより、分光感度のバラツキや色滲みのない、高感度・高解像の固体撮像装置が提供できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平０３−２８２４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１で提案された固体撮像装置をはじめとする従来技術に係る固体撮像装置では、マイクロレンズを通過後、斜め方向に進む光が隣接する画素部に混入し、混色という問題を生じる場合がある。具体的には、固体撮像装置において、各画素部に設けられたマイクロレンズは、入射光を画素中心に集光するように形成されており、このため画素部における周辺部分に入射した光はマイクロレンズにより屈折されることで斜め方向に進む。
【０００７】
斜め方向に進む光は、その一部が対応する画素部のフォトダイオードへと到達しないことになる場合が生じ得る。この場合には、感度の低下をもたらす。さらに、セルサイズの微細化に伴い、許容される光の進行角度が狭くなり、受光可能な範囲が狭くなる。
【０００８】
ここで、マイクロレンズの曲率を変化させ、集光する位置をフォトダイオードから近い領域に設定した場合、光路のズレが大きくなる。このため、上記のような問題がさらに顕著となる。
【０００９】
逆に、集光位置をマイクロレンズに近い領域に設定した場合には、レンズの曲率を大きくする必要があり、セルサイズの微細化により画素ピッチが小さくなってくると、レンズ周辺部で入射光が全反射してしまい、フォトダイオードへ光を導くことができなくなってしまう。
【００１０】
本発明は、上記のような問題の解決を図ろうとなされたものであって、分光感度のバラツキや色滲みのなく高感度・高解像性であるとともに、隣接する画素部への光の混入を防ぐことができる構成の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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
そこで、本発明は、次の構成を採用することとする。
本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板と、配線層と、複数のカラーフィルタと、上部層とを備える。
【００１２】
半導体基板は、各々が光電変換機能を有する複数の受光部が内部に形成されている。配線層は、絶縁膜と配線との積層構造を有し、半導体基板上に形成されている。複数のカラーフィルタは、配線層上において、複数の受光部の各々に対応して形成されている。上部層は、複数のカラーフィルタ上に形成されており、複数の受光部の各々に対応して形成されたマイクロレンズを少なくとも含む。
【００１３】
本発明に係る固体撮像装置は、上記において、カラーフィルタが、上部層におけるカラーフィルタの上面に接する部分よりも屈折率が高いとともに、積層方向の上面が凹形状である、ことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、（ｉ）複数の受光部を形成する工程と、（ｉｉ）配線層を形成する工程と、（ｉｉｉ）複数のカラーフィルタを形成する工程と、（ｉｖ）上部層を形成する工程と、を備える。
【００１５】
（ｉ）複数の受光部を形成する工程では、半導体基板の内部に、各々が光電変換機能を有する複数の受光部を形成する。
（ｉｉ）配線層を形成する工程では、半導体基板上に、絶縁膜と配線との積層構造を有する配線層を形成する。
【００１６】
（ｉｉｉ）複数のカラーフィルタを形成する工程では、配線層上に、複数の受光部の各々に対応して、複数のカラーフィルタを形成する。
（ｉｖ）上部層を形成する工程では、複数のカラーフィルタ上に、複数の受光部の各々に対応したマイクロレンズを少なくとも含む、上部層を形成る。
【００１７】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、（ｉｉｉ）カラーフィルタを形成する工程において、カラーフィルタを、上部層におけるカラーフィルタの上面に接する部分よりも屈折率を高くするとともに、積層方向における上面を凹形状とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る固体撮像装置では、カラーフィルタの屈折率が、その上の上部層の上面に接する部分よりも高くなっており、且つ、カラーフィルタの上面が凹形状となっているので、マイクロレンズで屈折され斜めに進行する光が、上部層とカラーフィルタとの境界面（上面）で積層方向下向きに進行方向が変化される。このため、分光感度のバラツキや色滲みのなく高感度・高解像性であるとともに、隣接する画素部への光の混入を防ぐことができる。
【００１９】
また、本発明に係る固体撮像装置では、（ｉｉｉ）カラーフィルタを形成する工程において、カラーフィルタを、上部層におけるカラーフィルタの上面に接する部分よりも屈折率を高くするとともに、積層方向における上面を凹形状とするので、上述と同様の効果を有する固体撮像装置を形成することができる。
【００２０】
本発明に係る固体撮像装置およびその製造方法では、例えば、次のようなバリエーション構成を採用することができる。
本発明に係る固体撮像装置は、上記構成において、隣接するカラーフィルタ同士の間に隔壁が挿設されており、カラーフィルタが、隔壁よりも屈折率が高い、という構成を採用することができる。このような構成を採用すれば、カラーフィルタから隣接するカラーフィルタの方に向けて進行する光が、カラーフィルタと隔壁との界面で反射されるので、更に隣接する画素部への光の混入を防止することができる。
【００２１】
本発明に係る固体撮像装置は、上記構成において、隔壁の側面が斜面となっており、積層方向における上側から下側に向けて断面幅が漸増する、という構成を採用することができる。このような構成を採用することにより、マイクロレンズを通り進行する光が半導体基板における受光部へと効果的に集光されて行く。このため、高感度・高解像性である。
【００２２】
本発明に係る固体撮像装置は、上記構成において、カラーフィルタにおける上面の最も凹んだ箇所が、隔壁の頂よりも積層方向下側に位置している、という構成を採用することができる。このような構成を採用すれば、カラーフィルタの上面で進行方向が変更された光が、隣接する画素部へと漏れ出し難くなり、隣接画素部への光の混入を防ぐという観点から優れる。
【００２３】
本発明に係る固体撮像装置は、上記構成において、カラーフィルタにおける積層方向の下面も凹形状である、という構成を採用することもできる。このような構成を採用する場合には、カラーフィルタの下面でも光の屈折を生じさせ、受光部への集光という観点から更に優れる。
【００２４】
本発明に係る固体撮像装置は、上記構成において、配線層における複数の受光部の各々の上方に相当する箇所に凹部が形成されており、凹部内に配線層における絶縁膜よりも屈折率が高い第２の絶縁膜が埋め込まれている、という構成を採用することができる。このような構成を採用すれば、第２の絶縁膜が光導波路のコア部となり、集光された光が配線層の絶縁膜へと漏れ出すことが防止され、確実に受光部へと導かれる。
【００２５】
本発明に係る固体撮像装置は、上記構成において、カラーフィルタが少なくとも４００ｎｍの厚みを以って形成されている、という構成を採用することができる。また、本発明に係る固体撮像装置は、上記構成において、カラーフィルタにおける上面の凹み量が５０［ｎｍ］以上２００［ｎｍ］以下である、という構成を採用することもできる。
【００２６】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、上記カラーフィルタを形成する工程において、積層方向における下面も凹形状とする、という構成を採用することができる。これにより、カラーフィルタの下面も凹形状となり、集光という観点から優れる。
【００２７】
なお、上記のような効果については、カラーフィルタが、その下層である配線層の当該カラーフィルタの下面に接する部分の屈折率よりも高い屈折率を有する場合に得られる。逆に、互いの屈折率が逆の場合には、カラーフィルタの下面を凸形状とすることにより、同様の効果を得ることができる。
【００２８】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、配線層を形成する工程の後であって、カラーフィルタを形成する工程の前に、配線層の上に複数の受光部の各々の上方に相当する箇所が開口された格子状の隔壁を形成する工程を備え、カラーフィルタを形成する工程において、隔壁に開けられた各開口内にカラーフィルタを形成する、という構成を採用することができる。このような構成を採用すれば、隣接するカラーフィルタ同士の間が隔壁で区切られることになり、隣接する画素部への光の混入防止という観点で優れた固体撮像装置を製造することができる。
【００２９】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、配線層を形成する工程において、複数の受光部の各々の上方に相当する箇所に凹部を設け、配線層を形成する工程の後であって、カラーフィルタを形成する工程の前に、凹部内に、配線層における絶縁膜よりも屈折率が高い第２の絶縁層を埋め込む工程を備える、という構成を採用することができる。このような構成を採用すれば、第２の絶縁膜が光導波路のコア部となり、集光された光が配線層の絶縁膜へと漏れ出すことが防止され、確実に受光部へと導かれる固体撮像装置を確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１の全体構成を示す模式ブロック図である。
【図２】固体撮像装置の画素部１００における構成を示す模式断面図である。
【図３】固体撮像装置１における光の入射経路を示す模式断面図である。
【図４】固体撮像装置１の製造に係る工程での模式断面図である。
【図５】固体撮像装置１の製造に係る工程での模式断面図である。
【図６】固体撮像装置１の製造に係る工程での模式断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置２の画素部２００における構成を示す模式断面図である。
【図８】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置３の画素部３００における構成を示す模式断面図である。
【図９】本発明の実施の形態４に係る固体撮像装置４の画素部４００における構成を示す模式断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係る固体撮像装置５の画素部５００における構成を示す模式断面図である。
【図１１】従来技術に係る固体撮像装置の画素部における構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下では、本発明を実施するための形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下の各実施の形態は、本発明の構成およびそこから奏される作用・効果を分かりやすく説明するために用いる例であって、本発明は、その本質的な特徴部分以外に何ら以下の形態に限定を受けるものではない。
【００３２】
［実施の形態１］
１．固体撮像装置１の全体構成
実施の形態１に係る固体撮像装置１の全体構成について、図１を用い説明する。
【００３３】
図１に示すように、実施の形態１に係る固体撮像装置１では、複数の画素部１００がＸ−Ｙ面に沿ってマトリクス状（行列状）に配列され、これより画素領域１０が構成されている。画素領域１０に対しては、その周辺に配されたパルス発生回路２１、水平シフトレジスタ２２、および垂直シフトレジスタ２３が接続されている。水平シフトレジスタ２２および垂直シフトレジスタ２３は、パルス発生回路２１からのタイミングパルスの印加に呼応して、各画素部１００に対して、順次、駆動パルスを出力する。
【００３４】
２．固体撮像装置１の画素部１００における構成
固体撮像装置１の画素部１００における構成について、図２を用い説明する。
図２に示すように、固体撮像装置１では、半導体基板１０１の一方の主面側表層に複数のフォトダイオード１０２が形成されている。各フォトダイオード１０２は、画素部１００にそれぞれ対応して設けられている。なお、受光部としてのフォトダイオード１０２は、電荷蓄積層と表面層とのｐｎ接合により構成されているが、詳細構成については図示を省略する。また、固体撮像装置１では、半導体基板１０１内にフローティングディフュージョン（ＦＤ）やトランジスタ素子も形成されているが、その図示も省略している。
【００３５】
半導体基板１０１上には、配線層１０３が形成されている。配線層１０３は、複数層の絶縁膜１０５と複数層の配線１０４との積層構造を有する。配線層１０３における配線１０４は、例えば、ダマシンプロセスを経て形成されたものであって、例えば、銅（Ｃｕ）配線である。配線１０４は、例えば、８０［ｎｍ］〜１３０［ｎｍ］程度の微細配線である。なお、半導体基板１０１と配線層１０３との間には、ゲート絶縁膜が形成されているが、図２では、図示を省略している。
【００３６】
配線層１０３における絶縁膜１０５は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から形成され、例えば、１層あたりの膜厚が３００［ｎｍ］程度である。また、絶縁膜１０５の屈折率は、例えば、１．４５程度である。
【００３７】
配線層１０３上には、画素部１００毎にカラーフィルタ１０６が形成されている。カラーフィルタ１０６は、Ｒ，Ｇ，Ｂ各色が交互に配置されている（所謂、ベイヤ配列）。
カラーフィルタ１０６のＺ軸方向上側の面（上面）１０６ｕｆは、各画素部１００の中央が最も凹んだ凹形状をしている。カラーフィルタ１０６の最大厚みは、例えば、５００［ｎｍ］〜７００［ｎｍ］程度であって、上面１０６ｕｆの凹み量は、例えば、５０［ｎｍ］〜２００［ｎｍ］である。また、カラーフィルタ１０６は、例えば、顔料分散型レジストを用い形成されており、屈折率が１．６〜１．７程度である。
【００３８】
カラーフィルタ１０６上には、平坦化膜１０７を介してマイクロレンズ１０８が形成されている。平坦化膜１０７は、その下面１０７ｂｆでカラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆと接している。平坦化膜１０７は、例えば、アクリル系樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂からなり、膜厚が２００［ｎｍ］〜６００［ｎｍ］程度である。また、平坦化膜１０７の屈折率は、例えば、１．５程度である。
【００３９】
マイクロレンズ１０８も、アクリル系樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂からなり、最大膜厚が４００［ｎｍ］〜６００［ｎｍ］程度である。マイクロレンズ１０８についても、その屈折率は１．５程度である。
【００４０】
なお、図２に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、配線層１０３の上にカラーフィルタ１０６を直接形成した構成としたが、配線素１０３とカラーフィルタ１０６との間に、光学的に透過率の高い透明平坦化膜を介挿する構成とすることもできる。
【００４１】
３．固体撮像装置１における光の入射経路
固体撮像装置１における光の入射経路について、図３を用い説明する。
先ず、図３に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、カラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆが凹形状となっているが、その曲率中心は、マイクロレンズ１０８の上面１０８ｕｆの曲率中心と同軸（中心軸Ａｘ）上に設定されている。
【００４２】
中心軸ＡｘからＸ軸方向に距離ｘだけ離れた位置に入射した光Ｌ１は、マイクロレンズ１０８の上面１０８ｕｆで、その曲率とマイクロレンズ１０８の屈折率により進行角度が変化する（光Ｌ２）。ここで、マイクロレンズ１０８は、マイクロレンズ１０８から一定の距離に焦点を結ぶように設計されているため、光Ｌ２は、マイクロレンズ１０８の上面１０８ｕｆの曲率中心の方向へと進む。
【００４３】
光Ｌ２は、平坦化膜１０７内を進み、平坦化膜１０７の下面１０７ｂｆとカラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆの境界面へと到達する。このとき、カラーフィルタ１０６の上面が凹形状になっている。また、平坦化膜１０７の屈折率をλ１０７とし、カラーフィルタ１０６の屈折率をλ１０６とするとき、次の関係を満たす。
【００４４】
［数１］λ１０７＜λ１０６
以上の関係より、光Ｌ２は、カラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆで進行方向がＺ軸方向下向きとなる（光Ｌ３）。即ち、光Ｌ３は、光Ｌ２よりも中心軸Ａｘとなす角度が小さくなる方向へ進行する。ここで、カラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆの曲率については、カラーフィルタ１０６と平坦化膜１０７の屈折率の差を考慮し、光Ｌ３がＺ軸方向下向きに進行するように設定することが望ましい。ただし、完全にＺ軸と平行としなくても、最終的に集光された光がフォトダイオード１０２へと入射されるようにすればよい。
【００４５】
以上を纏めると、マイクロレンズ１０８へ入射した光Ｌ１は、マイクロレンズ１０８の上面１０８ｕｆで斜め方向に進行方向が変化し、マイクロレンズ１０８内および平坦化膜１０７内を通過する（光Ｌ２）。その後、カラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆと平坦化膜１０７の下面１０７ｂｆとの界面に到達した光Ｌ２は、中心軸Ａｘとのなす角度が小さくなる方向（Ｚ軸方向下向き）へと方向が変更され（光Ｌ３）、フォトダイオード１０２へと入射される。このため、本実施の形態に係る固体撮像装置１では、図１１に示す従来技術に係る固体撮像装置よりも安定してフォトダイオード１０２に光を入射させることができ、感度特性の向上を図ることができる。即ち、製造時におけるバラツキなどにより、配線層１０３の膜厚バラツキや、その他の構成要素の寸法や膜質などのバラツキなどに対しても、フォトダイオード１０２へ確実に光を入射させることが可能となる。
【００４６】
４．製造方法
本実施の形態に係る固体撮像装置１の製造方法について、図４から図６を用い説明する。なお、以下では、本実施の形態に係る固体撮像装置１で特徴部分となる画素領域１０の部分についてのみ説明する。
【００４７】
先ず、図４（ａ）に示すように、半導体基板１０１の一方の主面（上面）１０１ｕｆ側の表層内部に、複数のフォトダイオード１０２を形成する。半導体基板１０１は、例えば、シリコン基板であって、フォトダイオード１０２は、半導体基板１０１の上面１０１ｕｆ側からボロン（Ｂ）などの不純物をイオン注入することにより形成される。なお、フォトダイオード１０２は、ｎ型の電荷注入層とｐ＋型の表面層とのｐｎ接合により構成され（詳細な図示を省略）、例えば、セルサイズを１．４［μｍ］とするとき、フォトダイオード１０２の幅が０．７［μｍ］である。
【００４８】
複数のフォトダイオード１０２は、半導体基板１０１をＺ軸方向上方より平面視する場合、例えば、マトリクス状に配置されている。
この後、ゲート絶縁膜を形成した後、電荷転送のためのゲート電極などを形成する（図示を省略）。これらフォトダイオード１０２やゲート電極などの形成は、一般的なフォトリソグラフィ工程、イオン注入工程、成膜工程および熱拡散工程を適宜用いることでなされる。
【００４９】
図４（ｂ）に示すように、半導体基板１０１上に対して、絶縁膜１０５１を積層し、当該絶縁膜１０５１の上面１０５１ｕｆから内部（Ｚ軸方向下側）に向けて配線１０４を形成する。配線１０４の形成は、一般的なダマシン配線工程の実行による場合、絶縁膜１０５１を積層した後、配線１０４を形成しようとする部分をリソグラフィ工程およびエッチング工程を実行して溝を形成し、当該溝内に銅（Ｃｕ）を埋め込んでＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程などを実行することによりなされる。
【００５０】
図４（ｃ）に示すように、上記のような工程を繰り返すことにより、複数の絶縁膜１０５と複数の配線１０４との積層構造を有する配線層１０３を形成することができる。なお、配線層１０３を形成した後、カラーフィルタ１０６を形成する前に、透明樹脂を用いて下地を平坦にする処理を施す場合もある。この処理を施す場合には、透明樹脂からなる膜は下地の平坦化という効果の他、配線層１０３とカラーフィルタ１０６との密着性を強固にするという効果も奏される。このような効果を考慮する場合、透明樹脂からなる膜としては、例えば、エポキシ樹脂やＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）などを蒸着することで形成することも可能である。
【００５１】
次に、図５（ａ）に示すように、配線層１０３上にカラーフィルタ準備膜１０６０を積層する。カラーフィルタ準備膜１０６０は、配線層１０３上に顔料分散型レジストを塗布することで形成できる。
【００５２】
その後、カラーフィルタ準備膜１０６０に対してフォトマスクを介して紫外線照射を行い、これによりレジストを選択的に露光する。この場合、レジストを残そうとする部分のマスクの紫外線透過率が、一つのフィルタ内で異なるマスク、所謂、グレースケールマスクを用いることによりカラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆを凹形状とすることができる（図５（ｂ）を参照）。具体的には、ネガ型のレジストを用いる場合、マスクにおけるカラーフィルタ１０６の中心部に相当する部分の紫外線透過率が周辺部よりも低く、周辺部に向けて紫外線透過率が徐々に高くなるようにすることで、図５（ｂ）のようなカラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆの形状を実現することができる。
【００５３】
図６（ａ）に示すように、上記のネガ型レジスト塗布、およびグレースケールマスクを介しての露光を繰り返すことで、全ての画素部１００に対応したカラーフィルタ１０６を形成することができる。
【００５４】
なお、本実施の形態では、全ての画素部１００におけるカラーフィルタ１０６の上面１０６ｕｆの曲率を同一としているが、カラーフィルタ１０６の色毎や、チップ内の領域毎（例えば、チップ中央部とチップ外縁部）などで曲率を変えることもできる。
【００５５】
この後、図６（ｂ）に示すように、カラーフィルタ１０６上に、アクリル系樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂を用いて平坦化膜１０７を形成し、さらに、同じくアクリル系樹脂を主成分とする熱硬化性樹脂を用いてマイクロレンズを形成する（図示を省略）。
【００５６】
［実施の形態２］
実施の形態２に係る固体撮像装置２の構成について、図７を用い説明する。なお、図７では、固体撮像装置２の構成の内、画素領域における一部の画素部２００を抜き出して示しており、画素領域以外の構成については、上記実施の形態１と同様である。また、以下の説明においても、上記実施の形態１と同様の構成部分については、その説明を省略する。
【００５７】
図７に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置２では、隣接する画素部２００同士において、カラーフィルタ２０７間に隔壁２０９が介在した構成となっている。そして、カラーフィルタ２０６は、隣接する隔壁２０９同士の間に形成されており、上記実施の形態１と同様に、その上面２０６ｕｆが凹形状となっている。
【００５８】
カラーフィルタ２０６上の平坦化膜２０７は、その下面２０７ｂｆがカラーフィルタ２０６の上面２０６ｕｆに接している点は、上記同様であるが、隔壁２０９の頂面２０９ｕｆにも隙間なく接している。
【００５９】
ここで、隔壁２０９は、Ｚ軸方向上方からこれを平面視する場合、格子状になっている。そして、隔壁２０９は、例えば、ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）を原料としたＣＶＤ膜（ＴＥＯＳ膜）であって、屈折率がカラーフィルタ２０６よりも小さい１．４〜１．５程度である。
【００６０】
本実施の形態に係る固体撮像装置２では、画素領域において、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１の構成に加えて、カラーフィルタ２０６間に隔壁２０９が介在している。この構成を採用することにより、本実施の形態に係る固体撮像装置２では、マイクロレンズ１０８で集光された光の一部が、カラーフィルタ２０６の側面から隣接する画素部２００のカラーフィルタ２０６へ漏れ出そうとしても、カラーフィルタ２０６と隔壁２０９との界面で反射される。これは、カラーフィルタ２０６の屈折率が隔壁２０９の屈折率よりも大きいことに起因する。
【００６１】
より具体的には、各画素部２００の中心から離れた位置に入射した光が、マイクロレンズ１０８およびカラーフィルタ２０６の上面２０６ｕｆで回折される際に、その角度にバラツキを生じ、フォトダイオード１０２へと入射できない角度で進行した場合においても、カラーフィルタ２０６同士の間に挿設された隔壁２０９との界面で反射、あるいは多重反射されてフォトダイオード１０２へと入射されることになる。
【００６２】
また、半導体基板１０１の表面に対して垂直な方向に入射した光だけでなく、斜め方向に入射した光が、画素部２００の中心から離れた位置に入射した場合、マイクロレンズ１０８およびカラーフィルタ２０６の上面２０６ｕｆで十分に回折されずに、隣接する画素部２００のカラーフィルタ２０６へ侵入しようとした場合にあっても、隔壁２０９との界面での反射により、確実に所定の画素部２００におけるフォトダイオード１０２へと入射させることができる。
【００６３】
以上のように、本実施の形態に係る固体撮像装置２では、上記実施の形態１に係る固体撮像装置１が有する効果に加えて、隔壁２０９をカラーフィルタ２０６同士の間に創設することにより、隣接画素部２００への光の漏れ出しを更に確実に防止することができる。
【００６４】
［実施の形態３］
実施の形態３に係る固体撮像装置３の構成について、図８を用い説明する。なお、図８では、固体撮像装置３の構成の内、画素領域における一部の画素部３００を抜き出して示しており、画素領域以外の構成については、上記実施の形態１，２と同様である。また、以下の説明においても、上記実施の形態１，２と同様の構成部分については、その説明を省略する。
【００６５】
図８に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置３では、各画素部３００において、配線層３０３における絶縁膜３０５のフォトダイオード１０２の上方に相当する箇所に凹部が形成されている。そして、配線層３０３の絶縁膜３０５に開けられた凹部には、絶縁膜（コア部）３１０が埋め込まれている。コア部３１０は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなり、屈折率は、配線層３０３における絶縁膜３０５よりも高い１．９〜２．０程度である。このように配線層３０３の絶縁膜３０５に開けた凹部にコア部３１０を埋め込み形成することにより、カラーフィルタ２０６と半導体基板１０１との間に、光導波路を形成した構成としている。
【００６６】
本実施の形態に係る固体撮像装置３では、上記のような構成を採用することにより、入射光がカラーフィルタ２０６を通過してフォトダイオード１０２に対して光が進むときに、バラツキにより入射角がフォトダイオード１０２に対して垂直以外の角度となったような場合においても、コア部３１０とその周囲の絶縁膜３０５とで構成される光導波路により、フォトダイオード１０２に対して光が導かれる。よって、本実施の形態に係る固体撮像装置３では、上記実施の形態１，２に係る固体撮像装置１，２が奏する効果に加えて、さらに感度特性が高いという効果を得ることができる。
【００６７】
なお、本実施の形態に係る固体撮像装置３においても、カラーフィルタ２０６の色毎、あるいはチップ内の領域毎にカラーフィルタ２０６の上面２０６ｕｆの凹形状の曲率を変えることができる。これにより、色毎あるいは領域毎での特性を同一にすることができる。
【００６８】
また、本実施の形態に係る固体撮像装置３においても、マイクロレンズ１０８の上面の曲率中心と、マイクロレンズ２０６の上面２０６ｕｆの曲率中心とが、同軸（画素部３００の中心線Ａｘ）上に設定されている構成を一例としているが、互いの曲率中心をＺ軸方向に交差する方向にずらすことも可能である。例えば、チップの中央部と周辺部とでは、光の入射角がずれることがあるが、このような場合においても、上記曲率中心を互いにずらすことにより、入射角特性を変化させ、チップ中央部と周辺部との入射角特性を揃えることが可能となる。
【００６９】
［実施の形態４］
実施の形態４に係る固体撮像装置４の構成について、図９を用い説明する。なお、図９では、固体撮像装置４の構成の内、画素領域における一部の画素部４００を抜き出して示しており、画素領域以外の構成については、上記実施の形態１，２，３と同様である。また、以下の説明においても、上記実施の形態１，２，３と同様の構成部分については、その説明を省略する。
【００７０】
図９に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置４では、各画素部４００において、カラーフィルタ４０６の下面４０６ｂｆについても、凹形状となっている。そして、カラーフィルタ４０６の下方には、上記実施の形態３に係る固体撮像装置３と同様に、コア部４１０が形成されているが、本実施の形態に係る固体撮像装置４では、コア部４１０の上面４１０ｕｆが上凸形状となっており、その頂が配線層４０３における絶縁膜４０５の上面４０３ｕｆよりもＺ軸方向上方に位置している。
【００７１】
また、図９に示すように、固体撮像装置４では、隔壁４０９は、その断面形状が台形となっており、Ｚ軸方向上側から下側に向けて徐々に幅広となっている。
隔壁４０９、コア部４１０などの構成材料などについては、上記実施の形態３と同様である。
【００７２】
以上のような構成を備える固体撮像装置４では、上記実施の形態１，２，３に係る固体撮像装置１，２，３が奏する効果に加えて、隔壁４０９の側面が斜面になっていることから、当該隔壁４０９の側面で反射される光が、より画素部４００の中心側へと導かれる。
【００７３】
また、コア部４１０の上面４１０ｕｆが上凸形状となっており、コア部４１０の屈折率がカラーフィルタ４０６の屈折率よりも高いことから、当該界面においても集光レンズとして機能する。よって、本実施の形態に係る固体撮像装置４では、更なる感度特性の向上を図ることが可能である。
【００７４】
なお、本実施の形態においても、カラーフィルタ４０６の色毎、あるいはチップ内の領域毎にカラーフィルタ４０６の上面４０６ｕｆの凹形状の曲率、およびコア部４１０の上面４１０ｕｆの曲率を変えることができる。これにより、色毎あるいは領域毎での特性を同一にすることができる。
【００７５】
また、本実施の形態においても、マイクロレンズ１０８の上面の曲率中心と、マイクロレンズ４０６の上面４０６ｕｆの曲率中心、およびコア部４１０の上面４１０ｕｆの曲率中心とが、同軸（画素部４００の中心線Ａｘ）上に設定されている構成を一例としているが、互いの曲率中心をＺ軸方向に交差する方向にずらすことも可能である。
【００７６】
［実施の形態５］
実施の形態５に係る固体撮像装置５の構成について、図１０を用い説明する。なお、図１０では、固体撮像装置５の構成の内、画素領域における一の画素部５００を抜き出して示しており、画素領域以外の構成については、上記実施の形態１，２，３，４と同様である。また、以下の説明においても、上記実施の形態１，２，３，４と同様の構成部分については、その説明を省略する。
【００７７】
図１０に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置５では、半導体基板５０１の主面上にゲート絶縁膜５１１が形成されている。ゲート絶縁膜５１１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜である。半導体基板５０１内には、ゲート絶縁膜５１１との界面部分から内方に向けてフォトダイオード５０２が形成されている。フォトダイオード５０２は、上述のように、ｎ型の電荷蓄積層５０２ａとｐ＋型の表面層５０２ｂとのｐｎ接合により構成されている。
【００７８】
半導体基板５０１の表層部には、フォトダイオード５０２の他に、素子分離領域５１２等が形成されている。素子分領域５１２は、半導体基板５０１の該当部分に、ボロンなどの不純物をイオン注入することにより形成されている。なお、固体撮像装置５においても、各画素部５００にフローティングディフュージョン（ＦＤ）やトランジスタ素子も有しているが、その図示を省略する。
【００７９】
ゲート絶縁膜５１１上におけるフォトダイオード５０２の上方に相当する部分には、反射防止膜５１３およびゲート電極５１４が形成されている。反射防止膜５１３は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）または酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）から形成されており、フォトダイオード５０２に入射する光が半導体基板１０１の表面で反射されることを抑制するために設けられている。ゲート電極５１４は、例えば、ポリシリコンまたはタングステンシリサイドから形成されている。
【００８０】
次に、ゲート絶縁膜５１１の上には、上記同様に、配線層５０３が形成されている。本実施の形態に係る固体撮像装置５では、配線層５０３が、Ｚ軸方向下側から順に、絶縁膜５０５ａ、エッチングストップ層５１６、絶縁膜５０５ｂ、拡散防止膜５１７ａ、絶縁膜５０５ｃ、拡散防止膜５１７ｂ、絶縁膜５０５ｄを有し構成されている。また、絶縁膜５０５ｂ，５０５ｃには、配線５０４ａ，５０４ｂも形成されている。
【００８１】
絶縁膜５０５ａは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から形成され、膜厚が４００［ｎｍ］である。エッチングストップ層５１６は、例えば、炭化シリコン、酸化炭化シリコン、酸化窒化シリコン、または窒化シリコンから形成され、膜厚が５０［ｎｍ］である。
【００８２】
絶縁膜５０５ｂ，５０５ｃは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）から形成され、膜厚は３００［ｎｍ］であり、屈折率が、例えば、１．４５である。
拡散防止膜５１７ａ，５１７ｂは、例えば、炭化シリコン、酸化炭化シリコン、酸化窒化シリコン、または窒化シリコンから形成され、膜厚が５０［ｎｍ］であり、屈折率は、例えば、１．９〜２．０である。拡散防止膜５１７ａ，５１７ｂは、配線５０４ａ，５０４ｂを形成する際に、その材料である銅原子が絶縁膜５０５ｃ，５０５ｄに対し拡散することを防止する役割を果たす。
【００８３】
配線５０４ａ，５０４ｂは、上記同様に、絶縁膜５０５ｂ，５０５ｃに予め形成された溝に、銅（Ｃｕ）あるいはその合金が埋め込まれることで形成されている。このとき、例えば、ダマシンプロセスで形成されたタンタル／窒化タンタルからなるバリアメタル層が銅配線の外周に形成されるという構成を採用することもできる。バリアメタル層は、銅原子が絶縁膜５０５ｂ，５０５ｃに対し拡散することを防止する。
【００８４】
固体撮像装置５においても、配線層５０３におけるフォトダイオード５０２の上方に相当する箇所に凹部が開けられており、コア部５１０として３層の絶縁膜５１０ａ，５１０ｂ，５１０ｃが埋め込み形成されている。
【００８５】
配線層５０３における凹部は、アスペクト比が１、あるいはそれ以下である。凹部の深さについては、６００［ｎｍ］程度、あるいはそれ以下とすることが望ましい。これは、仮に凹部の深さを６００［ｎｍ］よりも大きくした場合には、通常のＣＶＤ法を用い絶縁膜５０５ｂ，５０５ｃ，５０５ｄを形成する場合に、凹部内にボイド（空孔）が生じることが考えられるためである。凹部内にボイドが発生した場合には、当該ボイドが光の散乱の原因となり、感度が大幅に低下する。このため、凹部の深さを６００［ｎｍ］程度、あるいはそれ以下とすることが望ましい。
【００８６】
コア部５１０を構成する３層の絶縁膜（第２絶縁膜５１０ａ、第３絶縁膜５１０ｂ、第４絶縁膜５１０ｃ）が、凹部の側面および底面に対して順に積層形成されている。第４絶縁膜５１０ｃについては、第３絶縁膜５１０ｂの側面および底面で構成される凹部を埋め込むように形成され、上面５１０ｃｕｆが、上記実施の形態４と同様に、上凸形状となっている。
【００８７】
第２絶縁膜５１０ａは、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなり、凹部を臨む底面（エッチングストップ層５１６表面）からの膜厚が３００［ｎｍ］程度である。窒化シリコン（ＳｉＮ）からなる第２絶縁膜５１０ａの屈折率は、絶縁膜５１０ｂ，５１０ｃ，５１０ｄよりも高い１．９〜２．０である。
【００８８】
第３絶縁膜５１０ｂは、例えば、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）からなり、膜厚が１０［ｎｍ］〜１００［ｎｍ］程度である。酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）からなる第３絶縁膜５１０ｂの屈折率は、第２絶縁膜５１０ａよりも低い１．６〜１．８である。
【００８９】
第４絶縁膜５１０ｃは、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）からなり、Ｚ軸方向における第３絶縁膜５１０ｂの底面からの膜厚が３００［ｎｍ］程度である。第４絶縁膜５１０ｃの屈折率は、第３絶縁膜５１０ｂよりも高い１．９〜２．０である。
【００９０】
絶縁膜５０５ｂ，５０５ｃ，５０５ｄと絶縁膜５１０ａ，５１０ｂ，５１０ｃとの屈折率について整理すると、次のようになる。
絶縁膜５０５ｂ，５０５ｃ，５０５ｄの屈折率をｎ１とし、第２絶縁膜５１０ａの屈折率をｎ２とし、第３絶縁膜５１０ｂの屈折率をｎ３とし、第４絶縁膜５１０ｃの屈折率をｎ４とするとき、次の関係を満たす。
【００９１】
［数１］ｎ２＞ｎ１
［数２］ｎ３＜ｎ２
［数３］ｎ４＞ｎ３
続いて、図１０に示すように、第４絶縁膜５１０ｃ上には、カラーフィルタ５０６が形成されているが、上記実施の形態２，３，４と同様に、隣接する画素部５００のカラーフィルタ５０６同士の間を区画するように隔壁５０９が挿設されている。隔壁５０９の断面形状については、上記実施の形態４と同様に台形をしている。
【００９２】
本実施の形態に係る固体撮像装置５では、隔壁５０９が下部層５０９ａと上部層５０９ｂとの積層構造を有し、下部層５０９ａおよび上部層５０９ｂは、ともにＴＥＯＳ膜であって、屈折率が１．４〜１．５程度である。また、隔壁５０９においては、下部層５０９ａと上部層５０９ｂとの間に、異なる材料あるいは膜質が異なる界面が存在し、当該界面でＺ軸方向上側から下向きに隔壁５０９内を進む光を反射し、下方への侵入を防止する役割を果たす。
【００９３】
隔壁５０９は、高さが６００［ｎｍ］〜８００［ｎｍ］、上部の幅が１５０［ｎｍ］〜２５０［ｎｍ］、下部の幅が２００［ｎｍ］〜４００［ｎｍ］に設定されている。より具体的には、高さが７００［ｎｍ］、上部の幅が２００［ｎｍ］、下部の幅が３００［ｎｍ］に設定されている。
【００９４】
また、本実施の形態に係る固体撮像装置５では、隔壁５０９の下端における開口幅Ｗ１と、光導波路の上端における開口幅Ｗ２とは、隔壁５０９の内側斜面をＺ軸方向下側に向けて延長したと仮定した場合、その仮想線が光導波路の上端よりも内側を通過するように設定されている。これにより、カラーフィルタ５０６を通過した光が、漏れなく光導波路へと導かれる。
【００９５】
ここで、画素部５００のセルサイズを１．４［μｍ］とするとき、幅Ｗ１は、１０００［ｎｍ］〜１２００［ｎｍ］、幅Ｗ２は、９００［ｎｍ］〜１２００［ｎｍ］となっている。より具体的には、幅Ｗ１および幅Ｗ２は、ともに１１００［ｎｍ］である。
【００９６】
また、図１０に示すように、第４絶縁膜５１０ｃにおける隔壁５０９間の上凸形状部分の上面、および隔壁５０９の外面には、密着層５１５が形成されている。密着層５１５は、例えば、エポキシ樹脂などの有機材料から構成されており、膜厚は、例えば、１［ｎｍ］程度である。密着層５１５は、無機材料からなる（ＴＥＯＳ膜である）隔壁５０９と、有機材料からなるカラーフィルタ５０６との密着性を高くするために、介挿されている。なお、密着層５１５は、エポキシ樹脂の他に、例えば、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）からなることとしてもよい。
【００９７】
隣接する隔壁５０９間に形成されるカラーフィルタ５０６は、上記実施の形態１，２，３，４と同様に、その上面５０６ｕｆが凹形状となっており、その上に積層される平坦化膜５０７との界面に凹レンズが形成された構成となっている。これにより更なる集光率の向上を図ることができる。
【００９８】
なお、図１０に示すように、固体撮像装置５においては、カラーフィルタ５０６の一部が隔壁５０９の頂面上に乗り上げた状態となっている（Ｂ１部、Ｂ２部）。ただし、隣接する画素部５００のカラーフィルタ５０６とは、互いに離間しており、接触していない。
【００９９】
以上の構成を備える固体撮像装置４では、上記実施の形態１，２，３，４の各固体撮像装置１，２，３，４が奏する効果を全て奏することができるとともに、幅Ｗ１，Ｗ２の関係により、カラーフィルタ５０６から光導波路へ入射光を確実に導くことができる。
【０１００】
［その他の事項］
上記において、カラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の上面１０６ｕｆ，２０６ｕｆ，４０６ｕｆ，５０６ｕｆの凹形状の深さは、カラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の膜厚や、その上の平坦化膜１０７，２０７，５０７の膜厚、およびマイクロレンズ１０８との関係で規定される。凹形状であるカラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の上面１０６ｕｆ，２０６ｕｆ，４０６ｕｆ，５０６ｕｆは、カラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の最も薄くなる部分であるため、この部分の膜厚がカラーフィルタとしての機能を確保することができる膜厚以上であることが必要となる。当該部分の膜厚は、期待されるカラーフィルタとしての機能にもよるが、例えば、４００［ｎｍ］程度以上とすることが望ましい。
【０１０１】
また、入射した光がカラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の上面１０６ｕｆ，２０６ｕｆ，４０６ｕｆ，５０６ｕｆで回折する角度は、マイクロレンズ１０８や平坦化膜１０７，２０７，５０７との屈折率の関係で規定される。また、カラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の屈折率は、色毎に異なっている。このため、カラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の上面１０６ｕｆ，２０６ｕｆ，４０６ｕｆ，５０６ｕｆの凹形状を色毎に最適設計することにより、入射角特性を更に向上させることが可能となる。なお、上記実施の形態の説明で参酌した図では、詳細な図示をしていないが、カラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の上面１０６ｕｆ，２０６ｕｆ，４０６ｕｆ，５０６ｕｆにおける凹形状の深さは、色毎に異なっている。
【０１０２】
また、上記実施の形態１，２，３，４，５では、マイクロレンズ１０８の上面１０８ｕｆの曲率中心とカラーフィルタ１０６，２０６，４０６，５０６の上面１０６ｕｆ，２０６ｕｆ，４０６ｕｆ，５０６ｕｆの曲率中心とが、同軸上に配された構成を採用したが、互いの曲率中心をＺ軸方向に交差する方向にずらすことも可能である。例えば、チップの中央部と周辺部とでは、光の入射角がずれることがあるが、このような場合においても、上記曲率中心を互いにずらすことにより、入射角特性を変化させ、チップ中央部と周辺部との入射角特性を揃えることが可能となる。
【０１０３】
さらに、図１においては、画素領域１０において複数の画素部１００がマトリクス状に配列された形態を示したが、複数の画素部の配列形態は、マトリクス状以外にも、ハニカム状などとすることもできる。
【０１０４】
また、上記実施の形態５では、配線層５０３に開けられた凹部に３層の絶縁膜５１０ａ，５１０ｂ，５１０ｃを積層形成することとしたが、４層以上の絶縁層を積層形成することとしてもよい。さらに、上記実施の形態５において、凹部を臨む配線層５０３の底面（図１０におけるエッチングストップ層５１６の上面）にも第２絶縁膜５１０ａ、第３絶縁膜５１０ｂ、第４絶縁膜５１０ｃを順に積層することとしたが、当該底面へのこれら第２絶縁膜、第３絶縁膜、第４絶縁膜の積層は必須のものではない。
【０１０５】
また、マイクロレンズとカラーフィルタとの間に、層内レンズを設けることもできる。この場合には、集光率を更に高くすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０６】
本発明は、ディジタルスティルカメラやビデオカメラなどに搭載される撮像デバイスとしての固体撮像装置を実現するのに有用である。
【符号の説明】
【０１０７】
１，２，３，４，５．固体撮像装置
１０．画素領域
２１．パルス発生回路
２２．水平シフトレジスタ
２３．垂直シフトレジスタ
１００，２００，３００，４００，５００．画素部
１０１，５０１．半導体基板
１０２，５０２．フォトダイオード
１０３，３０３，４０３，５０３．配線層
１０４，５０４ａ，５０４ｂ．配線
１０５，３０５，４０５，５０５ａ，５０５ｂ，５０５ｃ，５０５ｄ，１０５１．絶縁膜
１０６，２０６，４０６，５０６．カラーフィルタ
１０７，２０７，５０７．平坦化膜
１０８，５０８．マイクロレンズ
２０９，４０９，５０９．隔壁
３１０，４１０，５１０．コア部
５０２ａ．電荷蓄積層
５０２ｂ．表面層
５１０ａ．第２絶縁膜
５１０ｂ．第３絶縁膜
５１０ｃ．第４絶縁膜
５１１．ゲート絶縁膜
５１２．素子分離領域
５１３．反射防止膜
５１４．ゲート電極
５１５．密着層
５１６．エッチングストップ層
５１７ａ，５１７ｂ．拡散防止膜
１０６０．カラーフィルタ準備膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が光電変換機能を有する複数の受光部が内部に形成されてなる半導体基板と、
絶縁膜と配線との積層構造を有し、前記半導体基板上に形成された配線層と、
前記配線層上において、前記複数の受光部の各々に対応して形成された複数のカラーフィルタと、
前記複数のカラーフィルタ上に形成され、前記複数の受光部の各々に対応して形成されたマイクロレンズを少なくとも含む上部層と、
を備え、
前記カラーフィルタは、前記上部層における前記カラーフィルタの上面に接する部分よりも屈折率が高いとともに、積層方向における上面が凹形状である
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
隣接する前記カラーフィルタ同士の間には、隔壁が挿設されており、
前記カラーフィルタは、前記隔壁よりも屈折率が高い
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記隔壁は、積層方向における上側から下側に向けて断面幅が漸増するように、側面が斜面となっている
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記カラーフィルタは、前記上面の最も凹んだ箇所が、前記隔壁の頂よりも、積層方向下側に位置している
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記カラーフィルタは、積層方向の下面も凹形状である
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記配線層は、前記複数の受光部の各々の上方に相当する箇所に凹部が形成されており、
前記凹部内には、前記配線層における絶縁膜よりも屈折率が高い第２の絶縁膜が埋め込まれている
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記カラーフィルタは、少なくとも４００ｎｍの厚みを以って形成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記カラーフィルタにおける前記上面の凹み量は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
半導体基板の内部に、各々が光電変換機能を有する複数の受光部を形成する工程と、
前記半導体基板上に、絶縁膜と配線との積層構造を有する配線層を形成する工程と、
前記配線層上に、前記複数の受光部の各々に対応して、複数のカラーフィルタを形成する工程と、
前記複数のカラーフィルタ上に、前記複数の受光部の各々に対応したマイクロレンズを少なくとも含む上部層を形成する工程と、
を備え、
前記カラーフィルタを形成する工程では、前記複数のカラーフィルタを、前記上部層における前記カラーフィルタの上面に接する部分よりも屈折率を高くするとともに、積層方向における上面を凹形状とする
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記カラーフィルタを形成する工程では、積層方向における下面も凹形状とする
ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記配線層を形成する工程の後であって、前記カラーフィルタを形成する工程の前に、前記配線層上に、前記複数の受光部の各々の上方に相当する箇所が開口された格子状の隔壁を形成する工程を備え、
前記カラーフィルタを形成する工程では、前記隔壁に開けられた各開口内に前記カラーフィルタを形成する
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記配線層を形成する工程では、前記複数の受光部の各々の上方に相当する箇所に凹部を設け、
前記配線層を形成する工程の後であって、前記カラーフィルタを形成する工程の前に、前記凹部内に、前記配線層における絶縁膜よりも屈折率が高い第２の絶縁膜を埋め込む工程を備える
ことを特徴とする請求項９から請求項１１の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１】
各々が光電変換機能を有する複数の受光部が内部に形成されてなる半導体基板と、
絶縁膜と配線との積層構造を有し、前記半導体基板上に形成された配線層と、
前記配線層上において、前記複数の受光部の各々に対応して形成された複数のカラーフィルタと、
前記複数のカラーフィルタ上に形成され、前記複数の受光部の各々に対応して形成されたマイクロレンズを少なくとも含む上部層と、
を備え、
前記カラーフィルタは、前記上部層における前記カラーフィルタの上面に接する部分よりも屈折率が高いとともに、積層方向における上面が凹形状である
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
隣接する前記カラーフィルタ同士の間には、隔壁が挿設されており、
前記カラーフィルタは、前記隔壁よりも屈折率が高い
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記隔壁は、積層方向における上側から下側に向けて断面幅が漸増するように、側面が斜面となっている
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記カラーフィルタは、前記上面の最も凹んだ箇所が、前記隔壁の頂よりも、積層方向下側に位置している
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記カラーフィルタは、積層方向の下面も凹形状である
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記配線層は、前記複数の受光部の各々の上方に相当する箇所に凹部が形成されており、
前記凹部内には、前記配線層における絶縁膜よりも屈折率が高い第２の絶縁膜が埋め込まれている
ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記カラーフィルタは、少なくとも４００ｎｍの厚みを以って形成されている
ことを特徴とする請求項１から請求項６の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記カラーフィルタにおける前記上面の凹み量は、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
半導体基板の内部に、各々が光電変換機能を有する複数の受光部を形成する工程と、
前記半導体基板上に、絶縁膜と配線との積層構造を有する配線層を形成する工程と、
前記配線層上に、前記複数の受光部の各々に対応して、複数のカラーフィルタを形成する工程と、
前記複数のカラーフィルタ上に、前記複数の受光部の各々に対応したマイクロレンズを少なくとも含む上部層を形成する工程と、
を備え、
前記カラーフィルタを形成する工程では、前記複数のカラーフィルタを、前記上部層における前記カラーフィルタの上面に接する部分よりも屈折率を高くするとともに、積層方向における上面を凹形状とする
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記カラーフィルタを形成する工程では、積層方向における下面も凹形状とする
ことを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記配線層を形成する工程の後であって、前記カラーフィルタを形成する工程の前に、前記配線層上に、前記複数の受光部の各々の上方に相当する箇所が開口された格子状の隔壁を形成する工程を備え、
前記カラーフィルタを形成する工程では、前記隔壁に開けられた各開口内に前記カラーフィルタを形成する
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記配線層を形成する工程では、前記複数の受光部の各々の上方に相当する箇所に凹部を設け、
前記配線層を形成する工程の後であって、前記カラーフィルタを形成する工程の前に、前記凹部内に、前記配線層における絶縁膜よりも屈折率が高い第２の絶縁膜を埋め込む工程を備える
ことを特徴とする請求項９から請求項１１の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２２７４７７（Ｐ２０１２−２２７４７７Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９６１６９（Ｐ２０１１−９６１６９）
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【特許番号】特許第４８８０７９４号（Ｐ４８８０７９４）
【特許公報発行日】平成２４年２月２２日（２０１２．２．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２２日（２０１１．４．２２）
【特許番号】特許第４８８０７９４号（Ｐ４８８０７９４）
【特許公報発行日】平成２４年２月２２日（２０１２．２．２２）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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