固体撮像装置及びその製造方法
【課題】本発明は、固体撮像装置とその製造方法に関する。
【解決手段】第１受光部及び第２受光部が形成された半導体基板と、半導体基板上に積層され、第１受光部上の領域に第１開口部を有し、第２受光部上の領域に第２開口部を有する平坦化膜と、第１開口部に一部が埋め込まれると共に第１開口部から残りの一部が突出し、突出部上面がレンズ状であり、平坦化膜よりも高い屈折率の第１カラーフィルターと、第２開口部に一部が埋め込まれると共に第２開口部から残りの一部が突出し、突出部上面がレンズ状であり、平坦化膜よりも高い屈折率の第２カラーフィルターとを備え、第１カラーフィルターの突出部と第２カラーフィルターの突出部とは離間しており、カラーフィルターの離間領域には、第１カラーフィルターと第２カラーフィルターとのどちらとも異なる屈折率の物質が存在することを特徴とする固体撮像装置。
【解決手段】第１受光部及び第２受光部が形成された半導体基板と、半導体基板上に積層され、第１受光部上の領域に第１開口部を有し、第２受光部上の領域に第２開口部を有する平坦化膜と、第１開口部に一部が埋め込まれると共に第１開口部から残りの一部が突出し、突出部上面がレンズ状であり、平坦化膜よりも高い屈折率の第１カラーフィルターと、第２開口部に一部が埋め込まれると共に第２開口部から残りの一部が突出し、突出部上面がレンズ状であり、平坦化膜よりも高い屈折率の第２カラーフィルターとを備え、第１カラーフィルターの突出部と第２カラーフィルターの突出部とは離間しており、カラーフィルターの離間領域には、第１カラーフィルターと第２カラーフィルターとのどちらとも異なる屈折率の物質が存在することを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、マイクロレンズを兼ねるカラーフィルターを備える固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体撮像装置の一例として、例えば、図１０に示すような固体撮像装置９００がある。複数の画素が二次元配列された固体撮像装置９００は、シリコン基板９１０、及びシリコン基板９１０内に画素毎に形成された受光部９１２を備える。また、固体撮像装置９００は、シリコン基板９１０上に形成された平坦化膜である絶縁膜９３０を備える。絶縁膜９３０の受光部９１２上以外の領域には配線９３２が埋設され、絶縁膜９３０の受光部９１２上の領域には開口部９３０ａが形成されている。絶縁膜９３０には、開口部９３０ａの下半分にそれぞれ、絶縁膜９３０の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率膜９４０が埋設されている。さらに、絶縁膜９３０の開口部９３０ａの上半分に一部が埋め込まれ、残りの一部が開口部９３０ａから突出したカラーフィルター９５０が形成されている。カラーフィルター９５０の突出した部分の上面９５０ａは、マイクロレンズを兼ねるレンズ状に形成されている。隣接するカラーフィルター９５０の突出部分同士は、その最下部９５０ｂで接している。カラーフィルター９５０上に、透明膜９６２が形成されている。
【０００３】
この構成では、カラーフィルター上面９５０ａがマイクロレンズとして働くため、マイクロレンズを別途製造する必要が無く、低背化構造を実現することができる。また、カラーフィルター９５０の一部は絶縁膜９３０の開口部９３０ａに埋設され、マイクロレンズによって集光された光を受光部９１２に導く光導波路を構成する。当該光導波路により、固体撮像装置９００の集光効率が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９９２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の固体撮像装置では、隣接するカラーフィルターの突出部分同士が接しているため、この接触面を通じて光が透過しやすい構造となっている。したがって、あるカラーフィルターに入射した光が、カラーフィルター内部で散乱されたり反射されたりした場合、散乱光や反射光が接触面を通じて隣のカラーフィルターに入ることになる。そのため、隣の受光部では、本来入るべきではない光が入射されて、色解像度が低下してしまうという課題がある。以下、当該課題を詳細に説明する。
【０００６】
具体例として、緑色カラーフィルターと、その隣に赤色カラーフィルターとがある領域に注目する。緑色カラーフィルター内を進行する緑色光の一部は、緑色カラーフィルター内部で散乱・反射され、隣接する赤色カラーフィルターとの接触面を通じて、隣の赤色カラーフィルターに入りこむ。
【０００７】
ここで、赤色カラーフィルターは、赤色の波長の光を主に透過するが、赤色以外の色（例えば、緑色）の波長の光も多少は透過する特性を有している。そのため、赤色カラーフィルターに入り込んだ光の一部は、赤色カラーフィルターで吸収されずに受光部に到達する。赤色カラーフィルターを通過した緑色光は、受光部で赤色光として認識されるため、色解像度の低下を引き起こす。
【０００８】
本発明は、上記問題の解決を図るべくなされたものであって、マイクロレンズを兼ねるカラーフィルターを備える固体撮像装置において、あるカラーフィルターから隣のカラーフィルターに光が入り込むのを抑制できる固体撮像装置と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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、第１受光部、及び第１受光部に離間して第２受光部が形成された半導体基板と、半導体基板上に積層され、第１受光部上の領域に第１の開口部が形成され、第２受光部上の領域に第２の開口部が形成された平坦化膜と、第１の開口部に一部が埋め込まれると共に第１の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第１カラーフィルターと、第２の開口部に一部が埋め込まれると共に第２の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第２カラーフィルターとを備え、第１カラーフィルターの突出した部分と第２カラーフィルターの突出した部分とは離間しており、カラーフィルターの離間領域には、第１カラーフィルターと第２カラーフィルターとのどちらとも異なる屈折率の物質が存在することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、第１受光部、及び第１受光部に離間して第２受光部が形成された半導体基板を形成する工程と、第１受光部上の領域に第１の開口部が形成され、第２受光部上の領域に第２の開口部が形成された平坦化膜を、半導体基板上に形成する工程と、第１の開口部に一部が埋め込まれると共に第１の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第１カラーフィルターを形成する工程と、第２の開口部に一部が埋め込まれると共に第２の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第２カラーフィルターを形成する工程とを含み、第１カラーフィルターの突出した部分と第２カラーフィルターの突出した部分とは離間しており、カラーフィルターの離間領域には、第１カラーフィルターと第２カラーフィルターとのどちらとも異なる屈折率の物質が存在することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のカラーフィルターは、平坦化膜の開口部に埋め込まれると共に当該開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成されており、隣接するカラーフィルターの突出した部分は離間している。また、当該離間領域にはカラーフィルターと異なる屈折率の物質が存在している。
【００１２】
一般に、高屈折率部から低屈折率部に向かう光は、その界面で反射しやすいという性質がある。そのため、当該離間領域にカラーフィルターよりも低い屈折率の気体（例えば、空気）や屈折率膜等の物質が存在する場合、あるカラーフィルターから隣のカラーフィルターへ向かう光は、あるカラーフィルターと物質との界面で反射しやすく、あるカラーフィルターの内部に留まりやすく、隣のカラーフィルターに入りにくい。また、当該離間領域にカラーフィルターよりも高い屈折率の物質が存在する場合、光はあるカラーフィルターを透過し、当該離間領域に埋め込まれた物質内に入るが、当該物質と隣のカラーフィルターとの界面で反射しやすく、隣のカラーフィルターには入りにくい。すなわち、当該離間領域にカラーフィルターと異なる屈折率の物質が存在していれば、あるカラーフィルターから隣のカラーフィルターに光が入り込むのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の断面図である。
【図２】図１に示した固体撮像装置の寸法を示す図である。
【図３】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図４】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図５】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図６】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図７】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図８】本発明の変形例１に係る固体撮像装置の断面図である。
【図９】本発明の変形例２に係る固体撮像装置の断面図である。
【図１０】従来の固体撮像装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[実施の形態１]
１．固体撮像装置１００の全体構成
図１は、実施の形態１に係る固体撮像装置１００の断面図であり、概ね２画素分を示している。
【００１５】
固体撮像装置１００は、シリコン基板１０、シリコン基板１０内に形成された受光部１２ａ，１２ｂ、シリコン基板１０内に形成された垂直転送チャネル１４、シリコン基板１０上に形成された絶縁膜２０、絶縁膜２０上における垂直転送チャネル１４に対応する位置に形成された電荷転送電極３２、絶縁膜２０上における受光部１２に対応する位置に形成された反射防止膜２２を備える。また、固体撮像装置１００は、電荷転送電極３２上を覆うように形成された第１遮光膜３４、第１遮光膜３４を覆う層間絶縁膜３０、層間絶縁膜３０内に形成された第２遮光膜３６、層間絶縁膜３０上を覆う水素供給膜３８、及び水素供給膜３８上に形成された平坦化膜４０を備える。さらに、固体撮像装置１００は、カラーフィルター５０，５２、カラーフィルター５０，５２間に形成された屈折率膜６０，カラーフィルター５０，５２及び屈折率膜６０上を覆うように形成された透明膜６２を備える。
【００１６】
絶縁膜２０は、例えば、酸化シリコンからなり、電荷転送電極３２は、例えば、多結晶シリコンからなる。反射防止膜２２は、例えば、シリコン窒化膜からなる。層間絶縁膜３０は、例えば、ＮＳＧ（Ｎｏｎｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜やＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ)膜といった低屈折率の材料からなり、第１遮光膜３４及び第２遮光膜３６は、例えば、タングステンからなる。水素供給膜３８は、例えば、プラズマＣＶＤ法によるシリコン酸窒化膜からなり、平坦化膜４０は、例えば、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ)膜、ＢＰＳＧ膜といった低屈折率の材料からなる。カラーフィルター５０，５２は、平坦化膜４０より高い屈折率を有する材料、例えば、アクリル樹脂やフェノール樹脂からなる。屈折率膜６０と透明膜６２とは、同じ材料からなり、例えば、シリコン酸化膜からなる。
２．カラーフィルター５０，５２の形状
平坦化膜４０には、受光部１２ａ，１２ｂに対応する位置に、それぞれ開口部４０ａ，４０ｂが形成されている。開口部４０ａに緑色のカラーフィルター５０、開口部４０ｂに赤色のカラーフィルター５２が、それぞれ形成されている。カラーフィルターの一部である下部５０ｃ，５２ｃは、平坦化膜４０の開口部４０ａ，４０ｂにそれぞれ埋め込まれ、カラーフィルターの残りの一部である上部５０ａ，５２ａは開口部４０ａ，４０ｂから突出しており、その上面がマイクロレンズを兼ねるレンズ状に形成されている。
【００１７】
カラーフィルター上部５０ａ，５２ａは離間しており、当該離間領域には、カラーフィルター５０，５２のどちらよりも低い屈折率の屈折率膜６０が存在する。すなわち、カラーフィルター５０，５２は離間して形成され、カラーフィルター５０，５２は接触していないので互いに接触面を有しない。
【００１８】
カラーフィルター上部５０ａ，５２ａは、シリコン基板１０に垂直な側面５０ｂ，５２ｂを有する。ここで、「垂直な側面」とは、側面５０ｂ，５２ｂとシリコン基板１０との成す角度が、９０°であることはもちろん、製造誤差も考慮して、８０°〜１００°であることをいう。さらに、感度を高くするためには８５°〜９５°であることが好ましい。
【００１９】
図２に示すように、本実施形態では、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａの離間領域の高さＴ１は、例えば、２００ｎｍであり、当該離間領域の幅Ｌ１は、例えば、２００ｎｍである。当該離間領域の幅Ｌ１が２００ｎｍあれば、高さや波長によらず漏れ光遮断効果を得ることができる。また、屈折率膜６０を屈折率が１．４５程度の材料で形成すると、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａの離間領域の幅Ｌ１が、例えば、６０ｎｍ以上であれば、高さや波長によらず漏れ光遮断効果を得ることができる。
【００２０】
なお、固体撮像装置１００の画素寸法は、例えば、一辺が１．１μｍの四角形であって、透明膜６２の膜厚Ｔ２は、例えば、１００ｎｍであり、開口部４０ｂの口径Ｌ２は、例えば、３５０ｎｍである。開口部４０ａ，４０ｂの側面、開口部４０ａ，４０ｂに埋め込まれたカラーフィルター下部５０ｃ，５２ｃ、及び層間絶縁膜３０の側面の一部は、入射した光を積層方向上方から下方の受光部１２へと導く光導波路となる。
３．効果
この構成におけるカラーフィルター上部５０ａ，５２ａの上面はレンズ状に形成されており、マイクロレンズとして働くため、マイクロレンズを別途形成する必要が無く、低背化構造を実現することができる。
【００２１】
また、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａは離間しており、当該離間領域には、カラーフィルター５０，５２のどちらとも屈折率が異なる物質であって、カラーフィルター５０，５２のどちらよりも屈折率の低い物質である屈折率膜６０が埋め込まれている。そのため、例えば、カラーフィルター５０内を進行する光の一部が、カラーフィルター５０内部で散乱・反射され、カラーフィルター上部５０ａから隣のカラーフィルター上部５２ａへ向かっても、カラーフィルター５０の側面５０ｂと屈折率膜６０との界面で反射しやすく、屈折率膜６０内部や隣のカラーフィルター５２には入りにくい。よって、あるカラーフィルター５０から隣のカラーフィルター５２に光が入り込むのを抑制でき、固体撮像装置１００の色解像度の低下を抑制できる。さらに、カラーフィルター５０の側面５０ｂと屈折率膜６０との界面で反射した光は、カラーフィルター５０の内部に留まりやすい。よって、光の漏れが少なくなり集光効率が向上し、固体撮像装置１００の感度が向上する。
【００２２】
カラーフィルター上部５０ａ，５２ａの上面のレンズ特性を確保するためには、一定範囲内の曲率で当該レンズ状の上面を形成することが望ましい。加えて、カラーフィルター５０，５２の分光特性を確保するためには、カラーフィルター５０，５２にある程度の厚みを持たせることが望ましい。ところが、画素寸法を維持しつつ、レンズ状の上面を上記曲率で形成し、カラーフィルター５０，５２にある程度の厚みを持たせ、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａ全体をレンズ状とすると、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａが接触することがある。本実施形態の構成では、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａが、シリコン基板１０に垂直な側面５０ｂ，５２ｂを有する構成を採っている。そのため、画素寸法を維持しつつ、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａの上面がレンズ特性を確保できるようなレンズ状で、且つカラーフィルター５０，５２にある程度の厚みを持たせても、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａが接触しない固体撮像装置１００を実現できる。
【００２３】
この構成において、屈折率膜６０及び透明膜６２の屈折率は１．４５程度、カラーフィルターの屈折率は１．６〜１．８程度、反射防止膜２２の屈折率は１．９程度である。上方から入射した光は、透明膜６２、カラーフィルター５０，５２、反射防止膜２２と屈折率が高くなる順に、受光部に入るので、透明膜６２とカラーフィルター５０，５２の上面との界面、及びカラーフィルター５０，５２の底部と反射防止膜２２との界面で光の反射が起きにくい。よって、固体撮像装置１００の感度が向上する。
【００２４】
また、カラーフィルター５０，５２の屈折率は、層間絶縁膜３０、水素供給膜３８、及び平坦化膜４０の屈折率より高いので、平坦化膜４０の開口部４０ａの側面、開口部４０ａ，４０ｂに埋め込まれたカラーフィルター下部５０ｃ，５２ｃ、及び層間絶縁膜３０の側面の一部は、入射した光を積層方向上方から下方の受光部１２へと導く光導波路となる。当該導波路により、固体撮像装置１００の感度が向上する。
【００２５】
この構成では、平坦化膜４０として、熱流動性を有するＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜を用いているため、製造段階でエッチバック法のみならず加熱することにより平坦性を向上でき、加熱処理を採った場合、暗電流や白傷を抑制することができる。
４．固体撮像装置１００の製造方法
本発明の実施の形態１における、固体撮像装置１００の製造方法について、図３〜７を用いて要部となる工程を説明する。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、シリコン基板１０上を覆う絶縁膜２０上に、電荷転送電極３２を形成する。具体的には、受光部１２及び垂直転送チャネル１４が形成されたシリコン基板１０に、例えば、５０ｎｍの厚さの絶縁膜２０を形成し、絶縁膜２０上における垂直転送チャネル１４に対応する位置に電荷転送電極３２を形成する。
【００２７】
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁膜２０上における受光部１２に対応する位置に、反射防止膜２２を形成する。
さらに、図４（ａ）に示すように、電荷転送電極３２上を覆う第１遮光膜３４、第１遮光膜３４を覆う層間絶縁膜３０、層間絶縁膜３０内に形成された第２遮光膜３６を形成する。具体的には、各電荷転送電極３２上に第１遮光膜３４を形成し、第１遮光膜３４上に、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により層間絶縁膜３０の材料を堆積する。その後、層間絶縁膜３０の材料上に第２遮光膜３６を形成し、さらに、第２遮光膜３６上に層間絶縁膜３０の材料を堆積する。その後、反射防止膜２２上における層間絶縁膜３０の材料を除去し、層間絶縁膜３０とする。
【００２８】
図４（ｂ）に示すように、反射防止膜２２及び層間絶縁膜３０上に水素供給膜材料３８ａ、水素供給膜材料３８ａ上に平坦化膜材料４０ｃを堆積する。具体的には、例えば、プラズマＣＶＤ法により水素供給膜３８を形成した後、平坦化膜材料４０ｃを堆積し、エッチバック法により、表面を平坦にする。なお、水素供給膜３８は、プラズマＣＶＤ法を用いて形成された後にアニールされてなる。このアニールによって水素供給膜３８に含有されている水素が脱離し、シリコン基板１０の表面のダングリングボンドを終端することで界面準位を低下させ、暗電流を低減することができる。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、平坦化膜材料４０ｃ上に屈折率膜６０を形成する。具体的には、屈折率膜６０の材料を、ＣＶＤ法により、平坦化膜材料４０ｃ上の全面に亘り堆積した後、フォトレジストパターンをマスクとしてドライエッチング法によりエッチングすることにより、画素毎に四角形の領域を除去する。この結果、図５（ｂ）に示すように平面視した場合に、メッシュ状のパターンとなる屈折率膜６０が形成される。
【００３０】
次に、図６（ａ）に示すように、開口部４０ａ，４０ｂを有する平坦化膜４０を形成する。具体的には、受光部１２上における平坦化膜材料４０ｃを、例えば、フォトレジストをマスクとしたドライエッチング法によりエッチングし、開口部４０ａ，４０ｂを形成する。ここで、ドライエッチング条件として、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の選択比を大きくすることで、反射防止膜２２を突き抜けないようにエッチング量を制御する。平坦化膜材料４０ｃのエッチングと同時に、水素供給膜材料３８ａもエッチングされ、受光部１２上の領域が開口した水素供給膜３８が形成される。図６（ａ）を平面視すると、図６（ｂ）となる。
【００３１】
図７（ａ）に示すように、平坦化膜４０の開口部４０ａ及び平坦化膜４０上に、緑色のカラーフィルター５０を形成する。具体的には、ネガタイプの感光性レジストに、例えば、緑色の顔料を分散させたカラーレジストを全面に塗布し、緑色の画素領域だけに露光して現像することにより、必要な画素のみに緑色のカラーフィルター５０を形成する。なお、緑色の画素領域を除くカラーフィルター５０の材料は露光されず、現像液に溶解され除去される。
【００３２】
なお、画素中央部では厚く周辺部では薄い、上面がレンズ状のカラーフィルター５０を形成するためには、露光時のフォトマスクとして画素の中央部に開口を有するマスクを用いて、焦点ボケ状態で露光することで画素周辺部での露光量を調整して形成する。ネガマスクとしてグレースケールマスクを使用することによっても、カラーフィルター上部５０ａの上面をレンズ状に形成できる。なお、カラーフィルター５０の顔料濃度は、光導波路の高さ分の膜厚と分光特性を考慮して設定する。
【００３３】
次に、図７（ｂ）に示すように、カラーフィルター上部５２ａの上面がレンズ状となっている赤色のカラーフィルター５２を形成する。製造方法は、図７（ａ）で示した緑色のカラーフィルター５０の形成方法と同様である。また、この図では現れていないが青色のカラーフィルターも同様に形成する。
【００３４】
最後に、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａ及び屈折率膜６０上に亘って連続した透明膜６２を形成する。
［変形例］
１．カラーフィルター上部の形状
図８は、本発明の変形例１における、固体撮像装置２００の断面図である。カラーフィルター２５０，２５２以外の構成は、固体撮像装置１００と同じなので説明を省略する。
【００３５】
カラーフィルター上部２５０ａ，２５２ａの離間領域には、透明膜２６２がカラーフィルター上部２５０ａ，２５２ａ上から連続して埋め込まれており、実施の形態１のように、屈折率膜６０が別途形成されていない。カラーフィルター側面２５０ｂ，２５２ｂは、実施の形態１における垂直な側面５０ｂ，５２ｂとは異なる形状である。また、実施の形態１と比べ、レンズ状のカラーフィルター上部２５０ａ，２５２ａの上面は、大きな曲率で形成されている。
【００３６】
この構成では、カラーフィルターの側面２５０ｂ，２５２ｂにおける垂直な側面部分はほぼ０であるが、カラーフィルター上部２５０ａ，２５２ａは離間しており、カラーフィルター２５０，２５２のどちらよりも低い屈折率の物質である透明膜２６２が埋め込まれている。そのため、あるカラーフィルターから隣のカラーフィルターに光が入り込むのを抑制でき、固体撮像装置２００の色解像度の低下を抑制できる。
２．開口部の形状
図９は、本発明の変形例２における、固体撮像装置３００の断面図である。平坦化膜３４０とカラーフィルター３５０，３５２以外の構成は、固体撮像装置１００と同じなので説明を省略する。
【００３７】
平坦化膜３４０の開口部３４０ａ，３４０ｂの上部３４０ｃが上側に拡がったテーパー状に形成され、カラーフィルター３５０，３５２が、当該テーパー状に対応した形状となっている。この平坦化膜３４０を形成するためには、製造段階で、開口部３４０ａ，３４０ｂを形成するドライエッチング工程の前に、フォトレジストをマスクとしてウェットエッチングまたは、等方性のドライエッチングを行う。
【００３８】
この構成では、実施の形態１等と比べ、開口部３４０ａ，３４０ｂ上部の面積が広くなっているので、光導波路上部の面積が広くなる。そのため、受光部１２への光の入射量が増え、集光効率が向上し、固体撮像装置３００の感度が向上する。なお、本変形例では、平坦化膜３４０の開口部３４０ａ，３４０ｂの一部が上側に拡がったテーパー状である構成を示したが、開口部３４０ａ，３４０ｂ全体が上側に拡がったテーパー状である構成を採っても良い。
３．カラーフィルター上部の離間領域の構成
実施の形態等では、カラーフィルター上部の離間領域に、カラーフィルターよりも屈折率の低い屈折率膜が埋め込まれているが、本発明はこれに限られず、当該離間領域にカラーフィルターと異なる屈折率の物質が存在していれば良い。具体的には、カラーフィルター上部を覆う透明膜を設けず、カラーフィルター上部の離間領域に空気のような気体がある構成や、カラーフィルター上部の離間領域にカラーフィルターよりも屈折率の高い屈折率膜が埋め込まれた構成を採っても良い。当該離間領域にカラーフィルターよりも高い屈折率の物質が存在する場合、光はカラーフィルターを透過し当該物質内に入るが、当該物質と隣のカラーフィルターとの界面で反射しやすく、隣のカラーフィルターには入りにくい。そのため、あるカラーフィルターから隣のカラーフィルターに光が入り込むのを抑制でき、固体撮像装置の色解像度の低下を抑制できる。
４．屈折率膜と透明膜
透明膜の材料は、実施の形態で用いたシリコン酸化膜などの無機材料が望ましいが、低屈折率の透明膜であれば、例えば、アクリルなどの有機材料を用いても良い。無機材料は有機材料と比べ硬度が高いため、無機材料からなる透明膜を用いれば、固体撮像装置の強度を高めることができる。なお、有機材料を用いた塗布による場合、透明膜表面が平坦となる場合があるが、この場合でも実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、実施の形態等では、屈折率膜と透明膜とは同じ材料で構成されている。しかし、例えば、屈折率膜をシリコン酸化膜、透明膜をアクリル、のように、屈折率膜と透明膜とを異なる材料で形成しても良い。なお、屈折率膜の高さ及び形状は、分光特性や加工の容易性などを鑑みて、任意に決定できる。
５．水素供給膜
実施の形態等では、水素供給膜が形成されているが、水素供給膜を用いない構成を採っても良い。また、水素供給膜の材料は、実施の形態で用いたプラズマＣＶＤ法による酸窒化膜の他にも、ＰＳＧ膜ＮＳＧ膜やＰ−ＴＥＯＳ（プラズマテトラエトキシシラン）膜を用いても良い。
６．その他
実施の形態等では、ＣＣＤタイプの固体撮像装置を用いたが、ＭＯＳタイプの固体撮像装置を用いても良い。
【００４０】
なお、本発明に係る固体撮像装置の構成などは、上記実施の形態に係る固体撮像装置の構成に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形および応用が可能である。そして、技術的思想を逸脱しない範囲において、上述の各工程で使用したプロセスを、他の等価なプロセスに置換することが可能である。また、工程順を入れ替えることも、材料種を変更することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、デジタルカメラ等に利用でき、画質の劣化が抑制された固体撮像装置を実現するのに有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１００，２００，３００，９００ 固体撮像装置
１０，９１０ シリコン基板
１２，９１２ 受光部
１４ 垂直転送チャネル
４０，３４０ 平坦化膜
５０，５２，２５０，２５２，３５０，３５２，９５０ カラーフィルター
６０ 屈折率膜
６２，２６２ 透明膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、マイクロレンズを兼ねるカラーフィルターを備える固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体撮像装置の一例として、例えば、図１０に示すような固体撮像装置９００がある。複数の画素が二次元配列された固体撮像装置９００は、シリコン基板９１０、及びシリコン基板９１０内に画素毎に形成された受光部９１２を備える。また、固体撮像装置９００は、シリコン基板９１０上に形成された平坦化膜である絶縁膜９３０を備える。絶縁膜９３０の受光部９１２上以外の領域には配線９３２が埋設され、絶縁膜９３０の受光部９１２上の領域には開口部９３０ａが形成されている。絶縁膜９３０には、開口部９３０ａの下半分にそれぞれ、絶縁膜９３０の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率膜９４０が埋設されている。さらに、絶縁膜９３０の開口部９３０ａの上半分に一部が埋め込まれ、残りの一部が開口部９３０ａから突出したカラーフィルター９５０が形成されている。カラーフィルター９５０の突出した部分の上面９５０ａは、マイクロレンズを兼ねるレンズ状に形成されている。隣接するカラーフィルター９５０の突出部分同士は、その最下部９５０ｂで接している。カラーフィルター９５０上に、透明膜９６２が形成されている。
【０００３】
この構成では、カラーフィルター上面９５０ａがマイクロレンズとして働くため、マイクロレンズを別途製造する必要が無く、低背化構造を実現することができる。また、カラーフィルター９５０の一部は絶縁膜９３０の開口部９３０ａに埋設され、マイクロレンズによって集光された光を受光部９１２に導く光導波路を構成する。当該光導波路により、固体撮像装置９００の集光効率が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−１９９２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の固体撮像装置では、隣接するカラーフィルターの突出部分同士が接しているため、この接触面を通じて光が透過しやすい構造となっている。したがって、あるカラーフィルターに入射した光が、カラーフィルター内部で散乱されたり反射されたりした場合、散乱光や反射光が接触面を通じて隣のカラーフィルターに入ることになる。そのため、隣の受光部では、本来入るべきではない光が入射されて、色解像度が低下してしまうという課題がある。以下、当該課題を詳細に説明する。
【０００６】
具体例として、緑色カラーフィルターと、その隣に赤色カラーフィルターとがある領域に注目する。緑色カラーフィルター内を進行する緑色光の一部は、緑色カラーフィルター内部で散乱・反射され、隣接する赤色カラーフィルターとの接触面を通じて、隣の赤色カラーフィルターに入りこむ。
【０００７】
ここで、赤色カラーフィルターは、赤色の波長の光を主に透過するが、赤色以外の色（例えば、緑色）の波長の光も多少は透過する特性を有している。そのため、赤色カラーフィルターに入り込んだ光の一部は、赤色カラーフィルターで吸収されずに受光部に到達する。赤色カラーフィルターを通過した緑色光は、受光部で赤色光として認識されるため、色解像度の低下を引き起こす。
【０００８】
本発明は、上記問題の解決を図るべくなされたものであって、マイクロレンズを兼ねるカラーフィルターを備える固体撮像装置において、あるカラーフィルターから隣のカラーフィルターに光が入り込むのを抑制できる固体撮像装置と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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、第１受光部、及び第１受光部に離間して第２受光部が形成された半導体基板と、半導体基板上に積層され、第１受光部上の領域に第１の開口部が形成され、第２受光部上の領域に第２の開口部が形成された平坦化膜と、第１の開口部に一部が埋め込まれると共に第１の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第１カラーフィルターと、第２の開口部に一部が埋め込まれると共に第２の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第２カラーフィルターとを備え、第１カラーフィルターの突出した部分と第２カラーフィルターの突出した部分とは離間しており、カラーフィルターの離間領域には、第１カラーフィルターと第２カラーフィルターとのどちらとも異なる屈折率の物質が存在することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、第１受光部、及び第１受光部に離間して第２受光部が形成された半導体基板を形成する工程と、第１受光部上の領域に第１の開口部が形成され、第２受光部上の領域に第２の開口部が形成された平坦化膜を、半導体基板上に形成する工程と、第１の開口部に一部が埋め込まれると共に第１の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第１カラーフィルターを形成する工程と、第２の開口部に一部が埋め込まれると共に第２の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第２カラーフィルターを形成する工程とを含み、第１カラーフィルターの突出した部分と第２カラーフィルターの突出した部分とは離間しており、カラーフィルターの離間領域には、第１カラーフィルターと第２カラーフィルターとのどちらとも異なる屈折率の物質が存在することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のカラーフィルターは、平坦化膜の開口部に埋め込まれると共に当該開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成されており、隣接するカラーフィルターの突出した部分は離間している。また、当該離間領域にはカラーフィルターと異なる屈折率の物質が存在している。
【００１２】
一般に、高屈折率部から低屈折率部に向かう光は、その界面で反射しやすいという性質がある。そのため、当該離間領域にカラーフィルターよりも低い屈折率の気体（例えば、空気）や屈折率膜等の物質が存在する場合、あるカラーフィルターから隣のカラーフィルターへ向かう光は、あるカラーフィルターと物質との界面で反射しやすく、あるカラーフィルターの内部に留まりやすく、隣のカラーフィルターに入りにくい。また、当該離間領域にカラーフィルターよりも高い屈折率の物質が存在する場合、光はあるカラーフィルターを透過し、当該離間領域に埋め込まれた物質内に入るが、当該物質と隣のカラーフィルターとの界面で反射しやすく、隣のカラーフィルターには入りにくい。すなわち、当該離間領域にカラーフィルターと異なる屈折率の物質が存在していれば、あるカラーフィルターから隣のカラーフィルターに光が入り込むのを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の断面図である。
【図２】図１に示した固体撮像装置の寸法を示す図である。
【図３】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図４】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図５】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図６】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図７】図１に示した固体撮像装置の製造工程の一部を模式的に示す工程断面図である。
【図８】本発明の変形例１に係る固体撮像装置の断面図である。
【図９】本発明の変形例２に係る固体撮像装置の断面図である。
【図１０】従来の固体撮像装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[実施の形態１]
１．固体撮像装置１００の全体構成
図１は、実施の形態１に係る固体撮像装置１００の断面図であり、概ね２画素分を示している。
【００１５】
固体撮像装置１００は、シリコン基板１０、シリコン基板１０内に形成された受光部１２ａ，１２ｂ、シリコン基板１０内に形成された垂直転送チャネル１４、シリコン基板１０上に形成された絶縁膜２０、絶縁膜２０上における垂直転送チャネル１４に対応する位置に形成された電荷転送電極３２、絶縁膜２０上における受光部１２に対応する位置に形成された反射防止膜２２を備える。また、固体撮像装置１００は、電荷転送電極３２上を覆うように形成された第１遮光膜３４、第１遮光膜３４を覆う層間絶縁膜３０、層間絶縁膜３０内に形成された第２遮光膜３６、層間絶縁膜３０上を覆う水素供給膜３８、及び水素供給膜３８上に形成された平坦化膜４０を備える。さらに、固体撮像装置１００は、カラーフィルター５０，５２、カラーフィルター５０，５２間に形成された屈折率膜６０，カラーフィルター５０，５２及び屈折率膜６０上を覆うように形成された透明膜６２を備える。
【００１６】
絶縁膜２０は、例えば、酸化シリコンからなり、電荷転送電極３２は、例えば、多結晶シリコンからなる。反射防止膜２２は、例えば、シリコン窒化膜からなる。層間絶縁膜３０は、例えば、ＮＳＧ（Ｎｏｎｄｏｐｅｄ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）膜やＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏｎ Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ)膜といった低屈折率の材料からなり、第１遮光膜３４及び第２遮光膜３６は、例えば、タングステンからなる。水素供給膜３８は、例えば、プラズマＣＶＤ法によるシリコン酸窒化膜からなり、平坦化膜４０は、例えば、ＰＳＧ（Ｐｈｏｓｐｈｏｒｕｓ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｇｌａｓｓ)膜、ＢＰＳＧ膜といった低屈折率の材料からなる。カラーフィルター５０，５２は、平坦化膜４０より高い屈折率を有する材料、例えば、アクリル樹脂やフェノール樹脂からなる。屈折率膜６０と透明膜６２とは、同じ材料からなり、例えば、シリコン酸化膜からなる。
２．カラーフィルター５０，５２の形状
平坦化膜４０には、受光部１２ａ，１２ｂに対応する位置に、それぞれ開口部４０ａ，４０ｂが形成されている。開口部４０ａに緑色のカラーフィルター５０、開口部４０ｂに赤色のカラーフィルター５２が、それぞれ形成されている。カラーフィルターの一部である下部５０ｃ，５２ｃは、平坦化膜４０の開口部４０ａ，４０ｂにそれぞれ埋め込まれ、カラーフィルターの残りの一部である上部５０ａ，５２ａは開口部４０ａ，４０ｂから突出しており、その上面がマイクロレンズを兼ねるレンズ状に形成されている。
【００１７】
カラーフィルター上部５０ａ，５２ａは離間しており、当該離間領域には、カラーフィルター５０，５２のどちらよりも低い屈折率の屈折率膜６０が存在する。すなわち、カラーフィルター５０，５２は離間して形成され、カラーフィルター５０，５２は接触していないので互いに接触面を有しない。
【００１８】
カラーフィルター上部５０ａ，５２ａは、シリコン基板１０に垂直な側面５０ｂ，５２ｂを有する。ここで、「垂直な側面」とは、側面５０ｂ，５２ｂとシリコン基板１０との成す角度が、９０°であることはもちろん、製造誤差も考慮して、８０°〜１００°であることをいう。さらに、感度を高くするためには８５°〜９５°であることが好ましい。
【００１９】
図２に示すように、本実施形態では、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａの離間領域の高さＴ１は、例えば、２００ｎｍであり、当該離間領域の幅Ｌ１は、例えば、２００ｎｍである。当該離間領域の幅Ｌ１が２００ｎｍあれば、高さや波長によらず漏れ光遮断効果を得ることができる。また、屈折率膜６０を屈折率が１．４５程度の材料で形成すると、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａの離間領域の幅Ｌ１が、例えば、６０ｎｍ以上であれば、高さや波長によらず漏れ光遮断効果を得ることができる。
【００２０】
なお、固体撮像装置１００の画素寸法は、例えば、一辺が１．１μｍの四角形であって、透明膜６２の膜厚Ｔ２は、例えば、１００ｎｍであり、開口部４０ｂの口径Ｌ２は、例えば、３５０ｎｍである。開口部４０ａ，４０ｂの側面、開口部４０ａ，４０ｂに埋め込まれたカラーフィルター下部５０ｃ，５２ｃ、及び層間絶縁膜３０の側面の一部は、入射した光を積層方向上方から下方の受光部１２へと導く光導波路となる。
３．効果
この構成におけるカラーフィルター上部５０ａ，５２ａの上面はレンズ状に形成されており、マイクロレンズとして働くため、マイクロレンズを別途形成する必要が無く、低背化構造を実現することができる。
【００２１】
また、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａは離間しており、当該離間領域には、カラーフィルター５０，５２のどちらとも屈折率が異なる物質であって、カラーフィルター５０，５２のどちらよりも屈折率の低い物質である屈折率膜６０が埋め込まれている。そのため、例えば、カラーフィルター５０内を進行する光の一部が、カラーフィルター５０内部で散乱・反射され、カラーフィルター上部５０ａから隣のカラーフィルター上部５２ａへ向かっても、カラーフィルター５０の側面５０ｂと屈折率膜６０との界面で反射しやすく、屈折率膜６０内部や隣のカラーフィルター５２には入りにくい。よって、あるカラーフィルター５０から隣のカラーフィルター５２に光が入り込むのを抑制でき、固体撮像装置１００の色解像度の低下を抑制できる。さらに、カラーフィルター５０の側面５０ｂと屈折率膜６０との界面で反射した光は、カラーフィルター５０の内部に留まりやすい。よって、光の漏れが少なくなり集光効率が向上し、固体撮像装置１００の感度が向上する。
【００２２】
カラーフィルター上部５０ａ，５２ａの上面のレンズ特性を確保するためには、一定範囲内の曲率で当該レンズ状の上面を形成することが望ましい。加えて、カラーフィルター５０，５２の分光特性を確保するためには、カラーフィルター５０，５２にある程度の厚みを持たせることが望ましい。ところが、画素寸法を維持しつつ、レンズ状の上面を上記曲率で形成し、カラーフィルター５０，５２にある程度の厚みを持たせ、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａ全体をレンズ状とすると、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａが接触することがある。本実施形態の構成では、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａが、シリコン基板１０に垂直な側面５０ｂ，５２ｂを有する構成を採っている。そのため、画素寸法を維持しつつ、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａの上面がレンズ特性を確保できるようなレンズ状で、且つカラーフィルター５０，５２にある程度の厚みを持たせても、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａが接触しない固体撮像装置１００を実現できる。
【００２３】
この構成において、屈折率膜６０及び透明膜６２の屈折率は１．４５程度、カラーフィルターの屈折率は１．６〜１．８程度、反射防止膜２２の屈折率は１．９程度である。上方から入射した光は、透明膜６２、カラーフィルター５０，５２、反射防止膜２２と屈折率が高くなる順に、受光部に入るので、透明膜６２とカラーフィルター５０，５２の上面との界面、及びカラーフィルター５０，５２の底部と反射防止膜２２との界面で光の反射が起きにくい。よって、固体撮像装置１００の感度が向上する。
【００２４】
また、カラーフィルター５０，５２の屈折率は、層間絶縁膜３０、水素供給膜３８、及び平坦化膜４０の屈折率より高いので、平坦化膜４０の開口部４０ａの側面、開口部４０ａ，４０ｂに埋め込まれたカラーフィルター下部５０ｃ，５２ｃ、及び層間絶縁膜３０の側面の一部は、入射した光を積層方向上方から下方の受光部１２へと導く光導波路となる。当該導波路により、固体撮像装置１００の感度が向上する。
【００２５】
この構成では、平坦化膜４０として、熱流動性を有するＰＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜を用いているため、製造段階でエッチバック法のみならず加熱することにより平坦性を向上でき、加熱処理を採った場合、暗電流や白傷を抑制することができる。
４．固体撮像装置１００の製造方法
本発明の実施の形態１における、固体撮像装置１００の製造方法について、図３〜７を用いて要部となる工程を説明する。
【００２６】
図３（ａ）に示すように、シリコン基板１０上を覆う絶縁膜２０上に、電荷転送電極３２を形成する。具体的には、受光部１２及び垂直転送チャネル１４が形成されたシリコン基板１０に、例えば、５０ｎｍの厚さの絶縁膜２０を形成し、絶縁膜２０上における垂直転送チャネル１４に対応する位置に電荷転送電極３２を形成する。
【００２７】
次に、図３（ｂ）に示すように、絶縁膜２０上における受光部１２に対応する位置に、反射防止膜２２を形成する。
さらに、図４（ａ）に示すように、電荷転送電極３２上を覆う第１遮光膜３４、第１遮光膜３４を覆う層間絶縁膜３０、層間絶縁膜３０内に形成された第２遮光膜３６を形成する。具体的には、各電荷転送電極３２上に第１遮光膜３４を形成し、第１遮光膜３４上に、例えば、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により層間絶縁膜３０の材料を堆積する。その後、層間絶縁膜３０の材料上に第２遮光膜３６を形成し、さらに、第２遮光膜３６上に層間絶縁膜３０の材料を堆積する。その後、反射防止膜２２上における層間絶縁膜３０の材料を除去し、層間絶縁膜３０とする。
【００２８】
図４（ｂ）に示すように、反射防止膜２２及び層間絶縁膜３０上に水素供給膜材料３８ａ、水素供給膜材料３８ａ上に平坦化膜材料４０ｃを堆積する。具体的には、例えば、プラズマＣＶＤ法により水素供給膜３８を形成した後、平坦化膜材料４０ｃを堆積し、エッチバック法により、表面を平坦にする。なお、水素供給膜３８は、プラズマＣＶＤ法を用いて形成された後にアニールされてなる。このアニールによって水素供給膜３８に含有されている水素が脱離し、シリコン基板１０の表面のダングリングボンドを終端することで界面準位を低下させ、暗電流を低減することができる。
【００２９】
図５（ａ）に示すように、平坦化膜材料４０ｃ上に屈折率膜６０を形成する。具体的には、屈折率膜６０の材料を、ＣＶＤ法により、平坦化膜材料４０ｃ上の全面に亘り堆積した後、フォトレジストパターンをマスクとしてドライエッチング法によりエッチングすることにより、画素毎に四角形の領域を除去する。この結果、図５（ｂ）に示すように平面視した場合に、メッシュ状のパターンとなる屈折率膜６０が形成される。
【００３０】
次に、図６（ａ）に示すように、開口部４０ａ，４０ｂを有する平坦化膜４０を形成する。具体的には、受光部１２上における平坦化膜材料４０ｃを、例えば、フォトレジストをマスクとしたドライエッチング法によりエッチングし、開口部４０ａ，４０ｂを形成する。ここで、ドライエッチング条件として、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の選択比を大きくすることで、反射防止膜２２を突き抜けないようにエッチング量を制御する。平坦化膜材料４０ｃのエッチングと同時に、水素供給膜材料３８ａもエッチングされ、受光部１２上の領域が開口した水素供給膜３８が形成される。図６（ａ）を平面視すると、図６（ｂ）となる。
【００３１】
図７（ａ）に示すように、平坦化膜４０の開口部４０ａ及び平坦化膜４０上に、緑色のカラーフィルター５０を形成する。具体的には、ネガタイプの感光性レジストに、例えば、緑色の顔料を分散させたカラーレジストを全面に塗布し、緑色の画素領域だけに露光して現像することにより、必要な画素のみに緑色のカラーフィルター５０を形成する。なお、緑色の画素領域を除くカラーフィルター５０の材料は露光されず、現像液に溶解され除去される。
【００３２】
なお、画素中央部では厚く周辺部では薄い、上面がレンズ状のカラーフィルター５０を形成するためには、露光時のフォトマスクとして画素の中央部に開口を有するマスクを用いて、焦点ボケ状態で露光することで画素周辺部での露光量を調整して形成する。ネガマスクとしてグレースケールマスクを使用することによっても、カラーフィルター上部５０ａの上面をレンズ状に形成できる。なお、カラーフィルター５０の顔料濃度は、光導波路の高さ分の膜厚と分光特性を考慮して設定する。
【００３３】
次に、図７（ｂ）に示すように、カラーフィルター上部５２ａの上面がレンズ状となっている赤色のカラーフィルター５２を形成する。製造方法は、図７（ａ）で示した緑色のカラーフィルター５０の形成方法と同様である。また、この図では現れていないが青色のカラーフィルターも同様に形成する。
【００３４】
最後に、カラーフィルター上部５０ａ，５２ａ及び屈折率膜６０上に亘って連続した透明膜６２を形成する。
［変形例］
１．カラーフィルター上部の形状
図８は、本発明の変形例１における、固体撮像装置２００の断面図である。カラーフィルター２５０，２５２以外の構成は、固体撮像装置１００と同じなので説明を省略する。
【００３５】
カラーフィルター上部２５０ａ，２５２ａの離間領域には、透明膜２６２がカラーフィルター上部２５０ａ，２５２ａ上から連続して埋め込まれており、実施の形態１のように、屈折率膜６０が別途形成されていない。カラーフィルター側面２５０ｂ，２５２ｂは、実施の形態１における垂直な側面５０ｂ，５２ｂとは異なる形状である。また、実施の形態１と比べ、レンズ状のカラーフィルター上部２５０ａ，２５２ａの上面は、大きな曲率で形成されている。
【００３６】
この構成では、カラーフィルターの側面２５０ｂ，２５２ｂにおける垂直な側面部分はほぼ０であるが、カラーフィルター上部２５０ａ，２５２ａは離間しており、カラーフィルター２５０，２５２のどちらよりも低い屈折率の物質である透明膜２６２が埋め込まれている。そのため、あるカラーフィルターから隣のカラーフィルターに光が入り込むのを抑制でき、固体撮像装置２００の色解像度の低下を抑制できる。
２．開口部の形状
図９は、本発明の変形例２における、固体撮像装置３００の断面図である。平坦化膜３４０とカラーフィルター３５０，３５２以外の構成は、固体撮像装置１００と同じなので説明を省略する。
【００３７】
平坦化膜３４０の開口部３４０ａ，３４０ｂの上部３４０ｃが上側に拡がったテーパー状に形成され、カラーフィルター３５０，３５２が、当該テーパー状に対応した形状となっている。この平坦化膜３４０を形成するためには、製造段階で、開口部３４０ａ，３４０ｂを形成するドライエッチング工程の前に、フォトレジストをマスクとしてウェットエッチングまたは、等方性のドライエッチングを行う。
【００３８】
この構成では、実施の形態１等と比べ、開口部３４０ａ，３４０ｂ上部の面積が広くなっているので、光導波路上部の面積が広くなる。そのため、受光部１２への光の入射量が増え、集光効率が向上し、固体撮像装置３００の感度が向上する。なお、本変形例では、平坦化膜３４０の開口部３４０ａ，３４０ｂの一部が上側に拡がったテーパー状である構成を示したが、開口部３４０ａ，３４０ｂ全体が上側に拡がったテーパー状である構成を採っても良い。
３．カラーフィルター上部の離間領域の構成
実施の形態等では、カラーフィルター上部の離間領域に、カラーフィルターよりも屈折率の低い屈折率膜が埋め込まれているが、本発明はこれに限られず、当該離間領域にカラーフィルターと異なる屈折率の物質が存在していれば良い。具体的には、カラーフィルター上部を覆う透明膜を設けず、カラーフィルター上部の離間領域に空気のような気体がある構成や、カラーフィルター上部の離間領域にカラーフィルターよりも屈折率の高い屈折率膜が埋め込まれた構成を採っても良い。当該離間領域にカラーフィルターよりも高い屈折率の物質が存在する場合、光はカラーフィルターを透過し当該物質内に入るが、当該物質と隣のカラーフィルターとの界面で反射しやすく、隣のカラーフィルターには入りにくい。そのため、あるカラーフィルターから隣のカラーフィルターに光が入り込むのを抑制でき、固体撮像装置の色解像度の低下を抑制できる。
４．屈折率膜と透明膜
透明膜の材料は、実施の形態で用いたシリコン酸化膜などの無機材料が望ましいが、低屈折率の透明膜であれば、例えば、アクリルなどの有機材料を用いても良い。無機材料は有機材料と比べ硬度が高いため、無機材料からなる透明膜を用いれば、固体撮像装置の強度を高めることができる。なお、有機材料を用いた塗布による場合、透明膜表面が平坦となる場合があるが、この場合でも実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００３９】
また、実施の形態等では、屈折率膜と透明膜とは同じ材料で構成されている。しかし、例えば、屈折率膜をシリコン酸化膜、透明膜をアクリル、のように、屈折率膜と透明膜とを異なる材料で形成しても良い。なお、屈折率膜の高さ及び形状は、分光特性や加工の容易性などを鑑みて、任意に決定できる。
５．水素供給膜
実施の形態等では、水素供給膜が形成されているが、水素供給膜を用いない構成を採っても良い。また、水素供給膜の材料は、実施の形態で用いたプラズマＣＶＤ法による酸窒化膜の他にも、ＰＳＧ膜ＮＳＧ膜やＰ−ＴＥＯＳ（プラズマテトラエトキシシラン）膜を用いても良い。
６．その他
実施の形態等では、ＣＣＤタイプの固体撮像装置を用いたが、ＭＯＳタイプの固体撮像装置を用いても良い。
【００４０】
なお、本発明に係る固体撮像装置の構成などは、上記実施の形態に係る固体撮像装置の構成に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形および応用が可能である。そして、技術的思想を逸脱しない範囲において、上述の各工程で使用したプロセスを、他の等価なプロセスに置換することが可能である。また、工程順を入れ替えることも、材料種を変更することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明は、デジタルカメラ等に利用でき、画質の劣化が抑制された固体撮像装置を実現するのに有用である。
【符号の説明】
【００４２】
１００，２００，３００，９００ 固体撮像装置
１０，９１０ シリコン基板
１２，９１２ 受光部
１４ 垂直転送チャネル
４０，３４０ 平坦化膜
５０，５２，２５０，２５２，３５０，３５２，９５０ カラーフィルター
６０ 屈折率膜
６２，２６２ 透明膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１受光部、及び前記第１受光部に離間して第２受光部が形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に積層され、前記第１受光部上の領域に第１の開口部が形成され、前記第２受光部上の領域に第２の開口部が形成された平坦化膜と、
前記第１の開口部に一部が埋め込まれると共に前記第１の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、前記平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第１カラーフィルターと、
前記第２の開口部に一部が埋め込まれると共に前記第２の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、前記平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第２カラーフィルターと
を備え、
前記第１カラーフィルターの前記突出した部分と前記第２カラーフィルターの前記突出した部分とは離間しており、
前記カラーフィルターの離間領域には、前記第１カラーフィルターと前記第２カラーフィルターとのどちらとも異なる屈折率の物質が存在する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記物質は、前記第１カラーフィルターと前記第２カラーフィルターとのどちらよりも低い屈折率の屈折率膜である
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】
前記第１カラーフィルター及び前記第２カラーフィルターの前記平坦化膜の第１及び第２の開口部から突出した部分は、前記半導体基板に垂直な側面をそれぞれ有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１カラーフィルター及び前記第２カラーフィルター上を覆うように、さらに、前記屈折率膜が拡がっている
ことを特徴とする請求項２または３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記平坦化膜の第１及び第２の開口部は、上側に拡がったテーパー状の部分を有する
ことを特徴とする１から４いずれかに記載の固体撮像装置
【請求項６】
前記第１開口部内において前記第１カラーフィルターの下に、前記第１カラーフィルターの屈折率より高い屈折率を有する第１反射防止膜と、
前記第２開口部内において前記第２カラーフィルターの下に、前記第２カラーフィルターの屈折率より高い屈折率を有する第２反射防止膜と
をさらに備える
ことを特徴とする請求項１から５いずれかに記載の固体撮像装置
【請求項７】
前記第１の開口部内において前記第１カラーフィルターと前記第１反射防止膜とが接しており、
前記第２の開口部内において前記第２カラーフィルターと前記第２反射防止膜とが接している
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
第１受光部、及び前記第１受光部に離間して第２受光部が形成された半導体基板を形成する工程と、
前記第１受光部上の領域に第１の開口部が形成され、前記第２受光部上の領域に第２の開口部が形成された平坦化膜を、前記半導体基板上に形成する工程と、
前記第１の開口部に一部が埋め込まれると共に前記第１の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、前記平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第１カラーフィルターを形成する工程と、
前記第２の開口部に一部が埋め込まれると共に前記第２の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、前記平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第２カラーフィルターを形成する工程と
を含み、
前記第１カラーフィルターの前記突出した部分と前記第２カラーフィルターの前記突出した部分とは離間しており、
前記カラーフィルターの離間領域には、前記第１カラーフィルターと前記第２カラーフィルターとのどちらとも異なる屈折率の物質が存在する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１のカラーフィルター及び前記第２のカラーフィルターを形成する工程では、
前記第１のカラーフィルター及び前記第２のカラーフィルターの突出した部分のレンズ状の上面は、焦点をずらした露光によって形成される
ことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１のカラーフィルター及び前記第２のカラーフィルターを形成する工程では、
前記第１のカラーフィルター及び前記第２のカラーフィルターの突出した部分のレンズ状の上面は、グレースケールマスクによって形成される
ことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２の開口部を形成する工程の後であって、
前記第１のカラーフィルター及び前記第２のカラーフィルターを形成する工程の前に、
前記平坦化膜に等方性のドライエッチングを行なう工程
をさらに含む
ことを特徴とする請求項８から１０いずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１及び前記第２受光部を形成する工程の後であって、
前記平坦化膜を形成する工程の前に、
前記第１受光部上に、第１反射防止膜を形成する工程と、
前記第２受光部上に、第２反射防止膜を形成する工程と
をさらに含み、
前記第１及び前記第２の開口部を形成する工程では、
前記第１及び第２反射防止膜まで開口する
ことを特徴とする請求項８から１１いずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１】
第１受光部、及び前記第１受光部に離間して第２受光部が形成された半導体基板と、
前記半導体基板上に積層され、前記第１受光部上の領域に第１の開口部が形成され、前記第２受光部上の領域に第２の開口部が形成された平坦化膜と、
前記第１の開口部に一部が埋め込まれると共に前記第１の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、前記平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第１カラーフィルターと、
前記第２の開口部に一部が埋め込まれると共に前記第２の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、前記平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第２カラーフィルターと
を備え、
前記第１カラーフィルターの前記突出した部分と前記第２カラーフィルターの前記突出した部分とは離間しており、
前記カラーフィルターの離間領域には、前記第１カラーフィルターと前記第２カラーフィルターとのどちらとも異なる屈折率の物質が存在する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記物質は、前記第１カラーフィルターと前記第２カラーフィルターとのどちらよりも低い屈折率の屈折率膜である
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】
前記第１カラーフィルター及び前記第２カラーフィルターの前記平坦化膜の第１及び第２の開口部から突出した部分は、前記半導体基板に垂直な側面をそれぞれ有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１カラーフィルター及び前記第２カラーフィルター上を覆うように、さらに、前記屈折率膜が拡がっている
ことを特徴とする請求項２または３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記平坦化膜の第１及び第２の開口部は、上側に拡がったテーパー状の部分を有する
ことを特徴とする１から４いずれかに記載の固体撮像装置
【請求項６】
前記第１開口部内において前記第１カラーフィルターの下に、前記第１カラーフィルターの屈折率より高い屈折率を有する第１反射防止膜と、
前記第２開口部内において前記第２カラーフィルターの下に、前記第２カラーフィルターの屈折率より高い屈折率を有する第２反射防止膜と
をさらに備える
ことを特徴とする請求項１から５いずれかに記載の固体撮像装置
【請求項７】
前記第１の開口部内において前記第１カラーフィルターと前記第１反射防止膜とが接しており、
前記第２の開口部内において前記第２カラーフィルターと前記第２反射防止膜とが接している
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
第１受光部、及び前記第１受光部に離間して第２受光部が形成された半導体基板を形成する工程と、
前記第１受光部上の領域に第１の開口部が形成され、前記第２受光部上の領域に第２の開口部が形成された平坦化膜を、前記半導体基板上に形成する工程と、
前記第１の開口部に一部が埋め込まれると共に前記第１の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、前記平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第１カラーフィルターを形成する工程と、
前記第２の開口部に一部が埋め込まれると共に前記第２の開口部から残りの一部が突出し、突出した部分の上面がレンズ状に形成された、前記平坦化膜の屈折率よりも高い屈折率を有する第２カラーフィルターを形成する工程と
を含み、
前記第１カラーフィルターの前記突出した部分と前記第２カラーフィルターの前記突出した部分とは離間しており、
前記カラーフィルターの離間領域には、前記第１カラーフィルターと前記第２カラーフィルターとのどちらとも異なる屈折率の物質が存在する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記第１のカラーフィルター及び前記第２のカラーフィルターを形成する工程では、
前記第１のカラーフィルター及び前記第２のカラーフィルターの突出した部分のレンズ状の上面は、焦点をずらした露光によって形成される
ことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第１のカラーフィルター及び前記第２のカラーフィルターを形成する工程では、
前記第１のカラーフィルター及び前記第２のカラーフィルターの突出した部分のレンズ状の上面は、グレースケールマスクによって形成される
ことを特徴とする請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１及び第２の開口部を形成する工程の後であって、
前記第１のカラーフィルター及び前記第２のカラーフィルターを形成する工程の前に、
前記平坦化膜に等方性のドライエッチングを行なう工程
をさらに含む
ことを特徴とする請求項８から１０いずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第１及び前記第２受光部を形成する工程の後であって、
前記平坦化膜を形成する工程の前に、
前記第１受光部上に、第１反射防止膜を形成する工程と、
前記第２受光部上に、第２反射防止膜を形成する工程と
をさらに含み、
前記第１及び前記第２の開口部を形成する工程では、
前記第１及び第２反射防止膜まで開口する
ことを特徴とする請求項８から１１いず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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１８６３６３（Ｐ２０１２−１８６３６３Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４９１８０（Ｐ２０１１−４９１８０）
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【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９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月７日（２０１１．３．７）
【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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