固体撮像装置及びその製造方法
【課題】斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入することを抑制することができ、且つ、感度の低下を抑制することができる固体撮像装置及びその製造方法を提供することである。
【解決手段】実施形態に係る固体撮像装置は、主面に複数の光電変換部が設けられた基板と、前記複数の光電変換部毎に設けられ、屈折率の異なる複数の層が積層され、所定の波長領域の光を選択的に透過させる干渉フィルタと、を備えている。そして、隣接する前記干渉フィルタ同士の間には、空隙が設けられている。
【解決手段】実施形態に係る固体撮像装置は、主面に複数の光電変換部が設けられた基板と、前記複数の光電変換部毎に設けられ、屈折率の異なる複数の層が積層され、所定の波長領域の光を選択的に透過させる干渉フィルタと、を備えている。そして、隣接する前記干渉フィルタ同士の間には、空隙が設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
後述する実施形態は、概ね、固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）型イメージセンサなどの固体撮像装置においては、画素の微細化（画素数増加）や低背化（小型化）が進んでいる。
そのため、従来から用いられてきた有機顔料を用いたカラーフィルタよりも画素の微細化や低背化に適した干渉フィルタを備えた固体撮像装置が提案されている。
干渉フィルタにおいては、斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入することによって、混色の問題が生じる。
そのため、干渉フィルタの周縁に遮光部を備えた固体撮像装置が提案されている。
しかしながら、干渉フィルタの周縁に遮光部を設けるものとすれば、画素面積に占める遮光部の割合が大きくなったり、遮光部に光が吸収されたりすることで感度が低下するおそれがある。また、遮光部を設ける工程が必要となるので製造工程の複雑化や製造コストの増大を招くことにもなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３０７７４８号公報
【特許文献２】特開２００７−２２０８３２号公報
【特許文献３】特開２００６−２０２７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入することを抑制することができ、且つ、感度の低下を抑制することができる固体撮像装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る固体撮像装置は、主面に複数の光電変換部が設けられた基板と、前記複数の光電変換部毎に設けられ、屈折率の異なる複数の層が積層され、所定の波長領域の光を選択的に透過させる干渉フィルタと、を備えている。そして、隣接する前記干渉フィルタ同士の間には、空隙が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示するための模式断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示するための模式断面図である。
【図３】光学シミュレーションの条件を例示するための模式図である。
【図４】干渉フィルタ４が酸化シリコンを用いて形成された場合の光学シミュレーション結果を例示するためのグラフ図である。
【図５】干渉フィルタ４が酸化チタンを用いて形成された場合の光学シミュレーション結果を例示するためのグラフ図である。
【図６】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について例示するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
また、各図におけるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直交する方向を表し、Ｘ方向及びＹ方向は基板２０の主面に平行な方向、Ｚ方向は基板２０の主面に直交する方向（積層方向）としている。
[第１の実施形態]
図１、図２は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示するための模式断面図である。 なお、図１は裏面照射型の固体撮像装置１の場合、図２は表面照射型の固体撮像装置１１の場合である。また、図１、図２は、一例として、３画素分の構成を例示するものである。
【０００８】
まず、図１に例示をする裏面照射型の固体撮像装置１について説明する。
図１に示すように、固体撮像装置１には、光電変換部２、配線部３、干渉フィルタ４、レンズ５が設けられている。
【０００９】
光電変換部２は、基板２０の主面に複数設けられている。光電変換部２は、入射した光の強度に応じた電荷を発生させ、発生させた電荷を蓄積するものとすることができる。光電変換部２は、例えば、半導体プロセスにより形成された電荷蓄積領域を有するフォトダイオードとすることができる。この場合、光電変換部２ｒは、赤色の波長領域の光を受光し、受光した光の強度に応じた電荷を発生させて蓄積するものとすることができる。光電変換部２ｇは、緑色の波長領域の光を受光し、受光した光の強度に応じた電荷を発生させて蓄積するものとすることができる。光電変換部２ｂは、青色の波長領域の光を受光し、受光した光の強度に応じた電荷を発生させて蓄積するものとすることができる。
【００１０】
光電変換部２ｒ、２ｇ、２ｂは、基板２０に形成されたウェル領域内に設けられている。ウェル領域は、第１導電形（例えば、ｐ形）の不純物を低い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成されたものとすることができる。ｐ形の不純物は、例えば、ボロンとすることができる。光電変換部２ｒ、２ｇ、２ｂにおける電荷蓄積領域は、第１導電形と異なる導電形である第２導電形（例えば、ｎ形）の不純物を含む半導体（例えば、シリコン）で形成されたものとすることができる。この場合、電荷蓄積領域における第２導電形の不純物濃度は、ウェル領域における第１導電形の不純物濃度よりも高い濃度とされている。ｎ形の不純物は、例えば、リンまたは砒素とすることができる。
【００１１】
配線部３は、光電変換部２の光が入射する側とは反対の側に設けられている。この場合、配線部３ｒは、光電変換部２ｒに対応させて設けられている。配線部３ｇは、光電変換部２ｇに対応させて設けられている。配線部３ｂは、光電変換部２ｂに対応させて設けられている。配線部３ｒ、３ｇ、３ｂには、絶縁部３ｒ１、３ｇ１、３ｂ１と絶縁部３ｒ１、３ｇ１、３ｂ１の内部に形成された配線パターン３ｒ２、３ｇ２、３ｂ２がそれぞれ設けられている。絶縁部３ｒ１、３ｇ１、３ｂ１は、例えば、酸化シリコンなどから形成されたものとすることができる。配線パターン３ｒ２、３ｇ２、３ｂ２は、例えば、複数の層（図１に例示をしたものの場合は２層）に形成されたものとすることができる。配線パターン３ｒ２、３ｇ２、３ｂ２は、例えば、銅などの金属を用いて形成されたものとすることができる。
【００１２】
干渉フィルタ４は、入射した光のうち赤色、緑色、青色の波長領域の光を選択的に光電変換部２に導くカラーフィルターとして機能する。この場合、干渉フィルタ４ｒは、入射した光のうち赤色の波長領域の光を光電変換部２ｒに選択的に導く。干渉フィルタ４ｇは、入射した光のうち緑色の波長領域の光を光電変換部２ｇに選択的に導く。干渉フィルタ４ｂは、入射した光のうち青色の波長領域の光を光電変換部２ｂに選択的に導く。
【００１３】
干渉フィルタ４は、低屈折率の無機材料を用いた層と、高屈折率の無機材料を用いた層とが積層されたフォトニック結晶型のフィルターとすることができる。
すなわち、干渉フィルタ４は、複数の光電変換部２毎に設けられ、屈折率の異なる複数の層が積層され、所定の波長領域の光を選択的に透過させる。
また、後述するように、隣接する干渉フィルタ４同士の間には空隙２１が設けられている。
干渉フィルタ４は、上部積層部９ａ（第１の積層部の一例に相当する）、下部積層部９ｂ（第２の積層部の一例に相当する）、上部積層部９ａと下部積層部９ｂとの間に設けられた干渉部７ｒ、７ｇを有する。なお、後述するように、干渉部の膜厚は、選択される光の波長領域に応じて設定されるので、光の波長領域によっては干渉部が設けられない場合もある。
上部積層部９ａと下部積層部９ｂは、反射面が互いに対向したミラーとして機能し、可視光領域（例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域）における中心波長（例えば、５５０ｎｍ）をその中心波長として有する。この場合、可視光領域の中心波長は、反射面の反射率がピークとなる波長である。
この場合、可視光領域の誤差を考慮すると、中心波長は５４０ｎｍ以上、５６０ｎｍ以下の範囲とすることができる。
上部積層部９ａと下部積層部９ｂにおいては、互いに屈折率の異なる誘電体層が交互に積層されている。図１に例示をしたものの場合には、上部積層部９ａには、誘電体層６ａ（第１の誘電体層の一例に相当する）、誘電体層６ｂ（第２の誘電体層の一例に相当する）、誘電体層６ｃ（第３の誘電体層の一例に相当する）がこの順に積層されている。下部積層部９ｂには、誘電体層６ｄ（第４の誘電体層の一例に相当する）、誘電体層６ｅ（第５の誘電体層の一例に相当する）、誘電体層６ｆ（第６の誘電体層の一例に相当する）がこの順に積層されている。この場合、誘電体層６ａおよび誘電体層６ｃの屈折率は、誘電体層６ｂの屈折率よりも高く、誘電体層６ｄおよび誘電体層６ｆの屈折率は、誘電体層６ｅの屈折率よりも高くなっている。誘電体層６ａ、誘電体層６ｃ、誘電体層６ｄ、誘電体層６ｆは、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２、屈折率２．５）や窒化シリコン（ＳｉＮ、屈折率２．０）などを用いて形成されるものとすることができる。誘電体層６ｂ、誘電体層６ｅは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２、屈折率１．４６）を用いて形成されるものとすることができる。
【００１４】
誘電体層６ａ〜６ｆの光学的膜厚は、中心波長（可視光領域の中心波長）の１／４となるようになっている。誘電体層６ａ〜６ｆの光学的膜厚は、例えば、１３５ｎｍ以上、１４０ｎｍ以下とすることができる。
なお、光学的膜厚の値は、対象となる層の物理的な膜厚ｄにその層を形成する材料の屈折率ｎを乗じた値としている。
すなわち、誘電体層６ａ〜６ｆの膜厚ｄは以下の式で表すことができる。
【数１】
ここで、ｄは誘電体層６ａ〜６ｆの膜厚、ｎは屈折率、λは中心波長である。
例えば、中心波長λが５５０ｎｍ、誘電体層６ｄが酸化チタン（屈折率ｎが２．５）から形成され、誘電体層６ｅが酸化シリコン（屈折率ｎが１．４６）から形成される場合には、誘電体層６ｄの膜厚は５５ｎｍとなり、誘電体層６ｅの膜厚は９４ｎｍとなる。誘電体層６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｆについても同様にして膜厚を求めることができる。ただし、上部積層部９ａにおいて下部積層部９ｂの側に形成される誘電体層６ａの膜厚は５５ｎｍよりも薄くされる。
【００１５】
また、干渉部７ｒ、７ｇは、上部積層部９ａと下部積層部９ｂの間に設けられ、上部積層部９ａの反射面と下部積層部９ｂの反射面とで多重反射した光を干渉（多光束干渉）させるために設けられる。干渉部７ｒ、７ｇは、ファブリーペロー干渉計と同じ原理に基づいた機能を有する。
干渉部７ｒ、７ｇの屈折率は、誘電体層６ａ、６ｃ、６ｄ、６ｆの屈折率よりも低くなっている。干渉部７ｒ、７ｇは、例えば、酸化シリコンを用いて形成されるものとすることができる。
干渉部７ｒ、７ｇの膜厚は、選択される光の波長領域に応じて設定される。例えば、赤色の光の場合には干渉部７ｒの膜厚が８５ｎｍとされ、緑色の光の場合には干渉部７ｇの膜厚が３５ｎｍとされ、青色の場合には干渉部の膜厚が０ｎｍとされる。すなわち、青色の場合には干渉部が設けられないことになる。
【００１６】
干渉フィルタ４とレンズ５との間には、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂが設けられている。干渉フィルタ４の厚み寸法が異なるものとなるので、レンズ５の位置が一定となるようにするために平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂが設けられる。平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂは、透明樹脂や酸化シリコンなどの透光性材料を用いて形成されている。
【００１７】
レンズ５は、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂの上に設けられている。
すなわち、レンズ５は、干渉フィルタ４の光電変換部２が設けられる側とは反対の側に設けられている。
レンズ５は、入射した光を集光して光電変換部２ｒ、２ｇ、２ｂに集める。レンズ５は、例えば、透明樹脂などの透光性材料を用いて形成されるようにすることができる。
また、レンズ５の周縁は、干渉フィルタ４の周縁よりも外側に設けられている。すなわち、レンズ５のＸＹ平面（基板２０の主面に平行な平面）における大きさは、干渉フィルタ４のＸＹ平面における大きさよりも大きくなっている。この様にすれば、レンズ５に入射する光の量を増加させることができるので、感度を向上させることができる。
【００１８】
ここで、干渉フィルタ４の代わりに有機顔料を用いたカラーフィルタを用いた場合には、画素の微細化（画素数増加）や低背化（小型化）を図ることが難しい。
一方、干渉フィルタ４を用いるものとすれば、画素の微細化や低背化を図ることができる。しかしながら、干渉フィルタ４を用いた場合には、干渉フィルタ４に斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入するという問題が発生する。この場合、干渉フィルタ４の周縁に遮光部を設けて斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入することを抑制するようにすることもできる。ところが、干渉フィルタ４の周縁に遮光部を設けるものとすれば、画素面積に占める遮光部の割合が大きくなったり、遮光部に光が吸収されたりすることで感度が低下するおそれがある。また、遮光部を設ける工程が必要となるので製造工程の複雑化や製造コストの増大を招くことにもなる。
【００１９】
そこで、本実施の形態においては、隣接する干渉フィルタ４同士の間に空隙部２１を設けることで、干渉フィルタ４に斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入することを抑制するようにしている。すなわち、空隙部２１の屈折率は空気の屈折率（ｎ＝１）となるので、干渉フィルタ４に斜めに入射する光が干渉フィルタ４と空隙部２１との界面で反射され、隣接する画素領域に混入することが抑制される。
この場合、隣接する平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂ同士の間にも空隙部２１が設けられるようにすることができる。
【００２０】
また、空隙部２１が基板２０やレンズ５に達するようにすることもできる。しかしながら、空隙部２１が基板２０に達するようにすれば空隙部２１の形成時に基板２０にダメージが発生するおそれがある。また、空隙部２１がレンズ５に達するようにすればレンズ５に入射する光の量が減少するので感度が低下するおそれがある。そのため、空隙部２１は、隣接する干渉フィルタ４同士の間、隣接する平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂ同士の間に設けられるようにすることが好ましい。
【００２１】
空隙部２１のＸＹ平面における寸法Ｌ（隣接する干渉フィルタ４同士の間の寸法）は、感度を向上させるという観点からは小さくすることが好ましい。一方、空隙部２１のＸＹ平面における寸法Ｌは、隣接する画素領域に光が混入することを抑制するという観点からは大きくすることが好ましい。
次に、空隙部２１のＸＹ平面における寸法Ｌと斜めに入射する光の透過率との関係を光学シミュレーションを用いて求めた結果について説明する。
図３は光学シミュレーションの条件を例示するための模式図、図４は干渉フィルタ４が酸化シリコンを用いて形成された場合の光学シミュレーション結果を例示するためのグラフ図、図５は干渉フィルタ４が酸化チタンを用いて形成された場合の光学シミュレーション結果を例示するためのグラフ図である。
【００２２】
図３に示すように、光学シミュレーションにおいては、干渉フィルタ４が酸化シリコンまたは酸化チタンを用いた層のみから構成されるものとしている。また、酸化シリコンの屈折率を１．４６、酸化チタンの屈折率を２．５、空隙部２１（空気）の屈折率を１としている。そして、斜めに入射する光２３のＸＹ平面に対する角度を入射角θとしている。 また、図４、図５に示す１０は寸法Ｌが１０ｎｍの場合、５０は寸法Ｌが５０ｎｍの場合、１００は寸法Ｌが１００ｎｍの場合、２００は寸法Ｌが２００ｎｍの場合、５００は寸法Ｌが５００ｎｍの場合である。また、各寸法Ｌにおける「ａ」は光の波長が４５０ｎｍの場合、「ｂ」は光の波長が５３０ｎｍの場合、「ｃ」は光の波長が６２０ｎｍの場合である。例えば、１０ａは寸法Ｌが１０ｎｍ、光の波長が４５０ｎｍの場合である。
【００２３】
ここで、入射角θは、実用上、６０°以上となり、また、透過率が５０％以下（反射率が５０％以上）となることが好ましい。
【００２４】
図４から分かるように、干渉フィルタ４が酸化シリコンを用いて形成された場合には、寸法Ｌを１００ｎｍ以上とすれば入射角θが６０°の場合であっても透過率が５０％以下（反射率が５０％以上）となるようにすることができる。
図５から分かるように、干渉フィルタ４が酸化チタンを用いて形成された場合には、寸法Ｌを５０ｎｍ以上とすれば入射角θが６０°の場合であっても透過率が５０％以下（反射率が５０％以上）となるようにすることができる。
【００２５】
この場合、干渉フィルタ４は、異なる屈折率を有する層が積層されたものであるため、干渉フィルタ４の屈折率は、異なる屈折率を平均したものになると考えられる。そのため、空隙部２１のＸＹ平面における寸法Ｌの条件は、図４と図５とに例示をしたものの中間となると考えられる。
すなわち、寸法Ｌは５０ｎｍ以上とすることができ、１００ｎｍ以上とすることがより好ましいことになる。
また、酸化チタンの代わりに窒化シリコンを用いる場合には、屈折率が２．０となるが寸法Ｌの好ましい範囲は同様とすることができる。
【００２６】
次に、図２に例示をする固体撮像装置１１について説明する。
図２に示すように、固体撮像装置１１には、光電変換部２、配線部３、干渉フィルタ４、レンズ５が設けられている。
すなわち、表面照射型の固体撮像装置１１は、光電変換部２と配線部３とのＺ方向における位置が異なるものの基本的な構成は図１に例示をした裏面照射型の固体撮像装置１とほぼ同じである。
そのため、干渉フィルタ４、空隙部２１、空隙部２１のＸＹ平面における寸法Ｌ、レンズ５、レンズ５の周縁位置などは前述したものと同様とすることができる。
【００２７】
本実施の形態によれば、隣接する干渉フィルタ４同士の間に空隙部２１を設けるようにしているので、干渉フィルタ４に斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入することを抑制することができる。また、隣接する干渉フィルタ４同士の間に遮光部を設ける必要がないので感度の低下や製造工程の複雑化などを抑制することができる。
また、レンズ５の周縁は、干渉フィルタ４の周縁よりも外側に設けられている。そのため、レンズ５に入射する光の量を増加させることができるので、感度を向上させることができる。
【００２８】
[第２の実施形態]
次に、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について例示する。
図６は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について例示するためのフローチャートである。
まず、基板２０の主面に複数の光電変換部２を形成する（ステップＳ１）。
例えば、シリコンなどからなる基板２０の上層部分にイオン注入法を用いて第１導電形（例えば、ｐ形）の不純物を注入することでウェル領域を形成する。そしてさらに、イオン注入法を用いて、第１導電形と異なる導電形である第２導電形（例えば、ｎ形）の不純物を注入して光電変換部２の電荷蓄積領域を形成する。この場合、電荷蓄積領域における第２導電形の不純物濃度は、ウェル領域における第１導電形の不純物濃度よりも高い濃度とされる。ｐ形の不純物は、例えば、ボロンとすることができる。ｎ形の不純物は、例えば、リンまたは砒素とすることができる。
【００２９】
次に、光電変換部２の上に配線部３を形成する（ステップＳ２）。
例えば、スパッタ法やＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition法：化学気相成長法）などを用いて、光電変換部２の上に酸化シリコンなどの絶縁膜を成膜する。次に、成膜された絶縁膜の上に銅などの金属の膜を成膜し、フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）法を用いて配線パターンを形成する。そして、形成された配線パターンを覆うように酸化シリコンなどの絶縁膜を成膜することで配線部３を形成する。なお、配線パターンが複数の層に形成される場合には、絶縁膜の成膜と配線パターンの形成とが繰り返し実行される。また、必要に応じてビア、コンタクト、引出配線などを形成することができる。
【００３０】
次に、屈折率の異なる複数の層が積層され、所定の波長領域の光を選択的に透過させる干渉フィルタ４を形成する。
ここで、図１に例示をする裏面照射型の固体撮像装置１の場合には、配線部３の上に支持用の基板を貼り合わせ、基板２０の裏面側（光電変換部２が設けられた側とは反対の側）を研削エッチングして光電変換部２を露出させる（ステップＳ３−１−１）。
そして、光電変換部２の上に干渉フィルタ４となる積層体を形成する（ステップＳ３−１−２）。
また、図２に例示をする表面照射型の固体撮像装置１１の場合には、配線部３の上に干渉フィルタ４となる積層体を形成する（ステップＳ３−２）。
【００３１】
次に、干渉フィルタ４となる積層体の形成についてさらに例示をする。
干渉フィルタ４となる積層体の形成においては、まず、下部積層部９ｂとなる積層体を形成する。
例えば、スパッタ法やＣＶＤ法などを用いて、誘電体層６ｄとなる膜、誘電体層６ｅとなる膜、誘電体層６ｆとなる膜をこの順に積層する。
誘電体層６ｄ、誘電体層６ｆとなる膜は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２、屈折率２．５）や窒化シリコン（ＳｉＮ、屈折率２．０）などを用いて形成されるものとすることができる。誘電体層６ｅとなる膜は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２、屈折率１．４６）を用いて形成されるものとすることができる。
また、誘電体層６ｄ〜６ｆとなる膜の光学的膜厚が、中心波長の１／４となるようにされる。誘電体層６ｄ〜６ｆとなる膜の光学的膜厚は、例えば、１３５ｎｍ以上、１４０ｎｍ以下とすることができる。
例えば、中心波長λが５５０ｎｍ、誘電体層６ｄ、６ｆとなる膜が酸化チタン（屈折率ｎが２．５）から形成され、誘電体層６ｅとなる膜が酸化シリコン（屈折率ｎが１．４６）から形成される場合には、誘電体層６ｄ、６ｆとなる膜の膜厚は５５ｎｍとされ、誘電体層６ｅとなる膜の膜厚は９４ｎｍとされる。
【００３２】
次に、スパッタ法やＣＶＤ法などを用いて、誘電体層６ｆとなる膜の上に干渉部７ｒとなる膜を成膜する。干渉部７ｒとなる膜の膜厚は、赤色光の波長領域に応じたものとされる。干渉部７ｒとなる膜の膜厚は８５ｎｍとされる。干渉部７ｒとなる膜は、例えば、酸化シリコンを用いて形成されるものとすることができる。
そして、フォトリソグラフィ法を用いて、干渉フィルタ４ｒとなる領域を覆うレジストパターンを形成し、ＲＩＥ法などを用いて、レジストパターンに覆われていない領域に露出した干渉部７ｒとなる膜の表面を除去する。この場合、干渉部７ｒとなる膜の膜厚が３５ｎｍとなるようにハーフエッチングして干渉部７ｇとなる膜を形成する。その後、レジストパターンを除去し、干渉フィルタ４ｂとなる領域が露出するレジストパターンを形成する。そして、ＲＩＥ法などを用いて、干渉フィルタ４ｂとなる領域に露出した干渉部７ｇとなる膜を除去する。その後、レジストパターンを除去することで、干渉フィルタ４ｒとなる領域に膜厚が８５ｎｍの膜が形成され、干渉フィルタ４ｇとなる領域に膜厚が３５ｎｍの膜が形成される。この場合、干渉フィルタ４ｂとなる領域には干渉部となる膜が形成されていないことになる。
【００３３】
次に、上部積層部９ａとなる積層体を形成する。
上部積層部９ａの形成は、下部積層部９ｂの形成と同様とすることができる。
ただし、下部積層部９ｂの側に形成される誘電体層６ａとなる膜の膜厚は５５ｎｍよりも薄くされる。
以上のようにして、干渉フィルタ４となる積層体が形成される。
【００３４】
次に、干渉フィルタ４となる積層体の上に平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂとなる膜を形成する（ステップＳ４）。
すなわち、上部積層部９ａとなる積層体の上に平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂとなる膜を形成する。
例えば、透明樹脂や酸化シリコンなどの透光性材料を成膜し、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて、成膜された膜の表面を平坦化することで平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂとなる膜を形成するようにすることができる。
【００３５】
次に、干渉フィルタ４、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂを形成する（ステップＳ５）。
例えば、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法などを用いて、下部積層部９ｂとなる積層体と、干渉部７ｒ、７ｇとなる膜と、上部積層部９ａとなる積層体と、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂとなる膜とが積層された積層体から所定の形状を有する干渉フィルタ４、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂを形成する。
【００３６】
この場合、フォトリソグラフィ法を用いて、干渉フィルタ４、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂとなる領域を覆うレジストパターンを形成し、ドライエッチング法を用いてレジストパターンで覆われていない部分を除去することで所定の形状を有する干渉フィルタ４、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂを形成するようにすることができる。この際、レジストパターンで覆われていない部分が除去されることで、隣接する干渉フィルタ４同士の間に空隙部２１が形成される。その後、レジストパターンを除去することで、所定の形状を有する干渉フィルタ４、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂ、空隙部２１が形成される。
すなわち、干渉フィルタ４を形成する工程において、干渉フィルタ４が複数の光電変換部２毎に設けられるとともに、隣接する干渉フィルタ４同士の間に空隙２１が設けられる。 この場合、空隙部２１のＸＹ平面における寸法Ｌ（隣接する干渉フィルタ４同士の間の寸法）は、５０ｎｍ以上となるようにすることができる。
【００３７】
ここで、酸化シリコンを用いた層と酸化チタンを用いた層とにより干渉フィルタ４が構成される場合には、例えば、ＣＦ４とＣＨＦ３の混合ガスを用いたプラズマエッチング処理において、混合ガスの圧力や投入パワーを適正化することで酸化シリコンと酸化チタンのエッチング速度をほぼ同じにすることができる。これにより、異なる２種類の層の端面が露出する干渉フィルタ４の側壁の表面を凹凸のない滑らかな平面状にすることができる。
また、裏面照射型の固体撮像装置１を製造する場合には、干渉フィルタ４を形成するためのプラズマエッチング処理が終わると光電変換部２が形成された基板２０が露出することになる。この場合、基板２０はシリコンから形成されているが、このシリコンに対するエッチング選択性に関しては、半導体プロセスにおけるコンタクトホールエッチングで用いられている既知のエッチング条件とすることでシリコンに対する酸化シリコンの適切な選択比を得ることができる。すなわち、基板２０に対する干渉フィルタ４の選択的なプラズマエッチング処理は可能である。
【００３８】
この場合、酸化チタンや酸化シリコンをプラズマエッチング処理する際に生じるチタン、シリコン、酸素などに関するプラズマ中の発光強度をモニタリングしてプラズマエッチング処理の状況や終点を検出することができる。
【００３９】
次に、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂの上にレンズ５を形成する（ステップＳ６）。
すなわち、干渉フィルタ４の光電変換部２が設けられる側とは反対の側にレンズ５を形成する。
レンズ５を形成する際には、レンズ５の周縁が干渉フィルタ４の周縁よりも外側に設けられるようにすることができる。
レンズ５に形成は、例えば、透明樹脂などの透光性材料を用いてレンズ５を形成し、形成されたレンズ５を平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂの上に接着するようにすることができる。 また、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂの上に透明樹脂などの透光性材料を用いてレンズ５となる膜を成膜し、これを熱処理することでレンズ５の形状に成形するようにしてもよい。なお、レンズ５となる膜を成膜する際に、透明樹脂などの透光性材料が空隙部２１に入らないように空隙部２１を犠牲膜などで埋めておくようにすることもできる。
以上のようにして、固体撮像装置１、１１を製造することができる。
【００４０】
以上に例示をした実施形態によれば、斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入することを抑制することができ、且つ、感度の低下を抑制することができる固体撮像装置及びその製造方法を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【００４１】
例えば、固体撮像装置１、１１においては、複数の画素が１次元的に配列された構成とすることもできるし、複数の画素が２次元的に配列された構成とすることもできる。複数の画素が２次元的に配列された構成を有する場合、固体撮像装置１、１１の仕様にあわせて所望のサイズおよびレイアウトを有した干渉フィルタ４を形成すればよい。例えば、図１に例示をした赤色、緑色、青色の各波長領域の光に対応する画素がベイヤー配列に従ってレイアウトされていてもよい。また、光電変換部２は、フォトダイオード以外のものとすることもできる。例えば、基板２０と干渉フィルタ４との間に設けられた光電変換機能を有する無機膜または有機膜とすることもできる。また、干渉フィルタ４に設けられる上部積層部、干渉部、下部積層部における材料、積層数、各層の厚み寸法などは適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１ 固体撮像装置、２ 光電変換部、２ｒ 光電変換部、２ｇ 光電変換部、２ｂ 光電変換部、３ 配線部、３ｒ 配線部、３ｇ 配線部、３ｂ 配線部、４ 干渉フィルタ、５ レンズ、６ａ〜６ｆ 誘電体層、７ｒ 干渉部、７ｇ 干渉部、８ｒ 平坦化層、８ｇ 平坦化層、８ｂ 平坦化層、９ａ 上部積層部、９ｂ 下部積層部、１１ 固体撮像装置、２０ 基板、２１ 空隙部
【技術分野】
【０００１】
後述する実施形態は、概ね、固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳ(Complementary Metal Oxide Semiconductor)型イメージセンサやＣＣＤ（Charge Coupled Device）型イメージセンサなどの固体撮像装置においては、画素の微細化（画素数増加）や低背化（小型化）が進んでいる。
そのため、従来から用いられてきた有機顔料を用いたカラーフィルタよりも画素の微細化や低背化に適した干渉フィルタを備えた固体撮像装置が提案されている。
干渉フィルタにおいては、斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入することによって、混色の問題が生じる。
そのため、干渉フィルタの周縁に遮光部を備えた固体撮像装置が提案されている。
しかしながら、干渉フィルタの周縁に遮光部を設けるものとすれば、画素面積に占める遮光部の割合が大きくなったり、遮光部に光が吸収されたりすることで感度が低下するおそれがある。また、遮光部を設ける工程が必要となるので製造工程の複雑化や製造コストの増大を招くことにもなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−３０７７４８号公報
【特許文献２】特開２００７−２２０８３２号公報
【特許文献３】特開２００６−２０２７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明が解決しようとする課題は、斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入することを抑制することができ、且つ、感度の低下を抑制することができる固体撮像装置及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る固体撮像装置は、主面に複数の光電変換部が設けられた基板と、前記複数の光電変換部毎に設けられ、屈折率の異なる複数の層が積層され、所定の波長領域の光を選択的に透過させる干渉フィルタと、を備えている。そして、隣接する前記干渉フィルタ同士の間には、空隙が設けられている。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示するための模式断面図である。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示するための模式断面図である。
【図３】光学シミュレーションの条件を例示するための模式図である。
【図４】干渉フィルタ４が酸化シリコンを用いて形成された場合の光学シミュレーション結果を例示するためのグラフ図である。
【図５】干渉フィルタ４が酸化チタンを用いて形成された場合の光学シミュレーション結果を例示するためのグラフ図である。
【図６】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について例示するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
また、各図におけるＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直交する方向を表し、Ｘ方向及びＹ方向は基板２０の主面に平行な方向、Ｚ方向は基板２０の主面に直交する方向（積層方向）としている。
[第１の実施形態]
図１、図２は、第１の実施形態に係る固体撮像装置を例示するための模式断面図である。 なお、図１は裏面照射型の固体撮像装置１の場合、図２は表面照射型の固体撮像装置１１の場合である。また、図１、図２は、一例として、３画素分の構成を例示するものである。
【０００８】
まず、図１に例示をする裏面照射型の固体撮像装置１について説明する。
図１に示すように、固体撮像装置１には、光電変換部２、配線部３、干渉フィルタ４、レンズ５が設けられている。
【０００９】
光電変換部２は、基板２０の主面に複数設けられている。光電変換部２は、入射した光の強度に応じた電荷を発生させ、発生させた電荷を蓄積するものとすることができる。光電変換部２は、例えば、半導体プロセスにより形成された電荷蓄積領域を有するフォトダイオードとすることができる。この場合、光電変換部２ｒは、赤色の波長領域の光を受光し、受光した光の強度に応じた電荷を発生させて蓄積するものとすることができる。光電変換部２ｇは、緑色の波長領域の光を受光し、受光した光の強度に応じた電荷を発生させて蓄積するものとすることができる。光電変換部２ｂは、青色の波長領域の光を受光し、受光した光の強度に応じた電荷を発生させて蓄積するものとすることができる。
【００１０】
光電変換部２ｒ、２ｇ、２ｂは、基板２０に形成されたウェル領域内に設けられている。ウェル領域は、第１導電形（例えば、ｐ形）の不純物を低い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成されたものとすることができる。ｐ形の不純物は、例えば、ボロンとすることができる。光電変換部２ｒ、２ｇ、２ｂにおける電荷蓄積領域は、第１導電形と異なる導電形である第２導電形（例えば、ｎ形）の不純物を含む半導体（例えば、シリコン）で形成されたものとすることができる。この場合、電荷蓄積領域における第２導電形の不純物濃度は、ウェル領域における第１導電形の不純物濃度よりも高い濃度とされている。ｎ形の不純物は、例えば、リンまたは砒素とすることができる。
【００１１】
配線部３は、光電変換部２の光が入射する側とは反対の側に設けられている。この場合、配線部３ｒは、光電変換部２ｒに対応させて設けられている。配線部３ｇは、光電変換部２ｇに対応させて設けられている。配線部３ｂは、光電変換部２ｂに対応させて設けられている。配線部３ｒ、３ｇ、３ｂには、絶縁部３ｒ１、３ｇ１、３ｂ１と絶縁部３ｒ１、３ｇ１、３ｂ１の内部に形成された配線パターン３ｒ２、３ｇ２、３ｂ２がそれぞれ設けられている。絶縁部３ｒ１、３ｇ１、３ｂ１は、例えば、酸化シリコンなどから形成されたものとすることができる。配線パターン３ｒ２、３ｇ２、３ｂ２は、例えば、複数の層（図１に例示をしたものの場合は２層）に形成されたものとすることができる。配線パターン３ｒ２、３ｇ２、３ｂ２は、例えば、銅などの金属を用いて形成されたものとすることができる。
【００１２】
干渉フィルタ４は、入射した光のうち赤色、緑色、青色の波長領域の光を選択的に光電変換部２に導くカラーフィルターとして機能する。この場合、干渉フィルタ４ｒは、入射した光のうち赤色の波長領域の光を光電変換部２ｒに選択的に導く。干渉フィルタ４ｇは、入射した光のうち緑色の波長領域の光を光電変換部２ｇに選択的に導く。干渉フィルタ４ｂは、入射した光のうち青色の波長領域の光を光電変換部２ｂに選択的に導く。
【００１３】
干渉フィルタ４は、低屈折率の無機材料を用いた層と、高屈折率の無機材料を用いた層とが積層されたフォトニック結晶型のフィルターとすることができる。
すなわち、干渉フィルタ４は、複数の光電変換部２毎に設けられ、屈折率の異なる複数の層が積層され、所定の波長領域の光を選択的に透過させる。
また、後述するように、隣接する干渉フィルタ４同士の間には空隙２１が設けられている。
干渉フィルタ４は、上部積層部９ａ（第１の積層部の一例に相当する）、下部積層部９ｂ（第２の積層部の一例に相当する）、上部積層部９ａと下部積層部９ｂとの間に設けられた干渉部７ｒ、７ｇを有する。なお、後述するように、干渉部の膜厚は、選択される光の波長領域に応じて設定されるので、光の波長領域によっては干渉部が設けられない場合もある。
上部積層部９ａと下部積層部９ｂは、反射面が互いに対向したミラーとして機能し、可視光領域（例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域）における中心波長（例えば、５５０ｎｍ）をその中心波長として有する。この場合、可視光領域の中心波長は、反射面の反射率がピークとなる波長である。
この場合、可視光領域の誤差を考慮すると、中心波長は５４０ｎｍ以上、５６０ｎｍ以下の範囲とすることができる。
上部積層部９ａと下部積層部９ｂにおいては、互いに屈折率の異なる誘電体層が交互に積層されている。図１に例示をしたものの場合には、上部積層部９ａには、誘電体層６ａ（第１の誘電体層の一例に相当する）、誘電体層６ｂ（第２の誘電体層の一例に相当する）、誘電体層６ｃ（第３の誘電体層の一例に相当する）がこの順に積層されている。下部積層部９ｂには、誘電体層６ｄ（第４の誘電体層の一例に相当する）、誘電体層６ｅ（第５の誘電体層の一例に相当する）、誘電体層６ｆ（第６の誘電体層の一例に相当する）がこの順に積層されている。この場合、誘電体層６ａおよび誘電体層６ｃの屈折率は、誘電体層６ｂの屈折率よりも高く、誘電体層６ｄおよび誘電体層６ｆの屈折率は、誘電体層６ｅの屈折率よりも高くなっている。誘電体層６ａ、誘電体層６ｃ、誘電体層６ｄ、誘電体層６ｆは、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２、屈折率２．５）や窒化シリコン（ＳｉＮ、屈折率２．０）などを用いて形成されるものとすることができる。誘電体層６ｂ、誘電体層６ｅは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２、屈折率１．４６）を用いて形成されるものとすることができる。
【００１４】
誘電体層６ａ〜６ｆの光学的膜厚は、中心波長（可視光領域の中心波長）の１／４となるようになっている。誘電体層６ａ〜６ｆの光学的膜厚は、例えば、１３５ｎｍ以上、１４０ｎｍ以下とすることができる。
なお、光学的膜厚の値は、対象となる層の物理的な膜厚ｄにその層を形成する材料の屈折率ｎを乗じた値としている。
すなわち、誘電体層６ａ〜６ｆの膜厚ｄは以下の式で表すことができる。
【数１】
ここで、ｄは誘電体層６ａ〜６ｆの膜厚、ｎは屈折率、λは中心波長である。
例えば、中心波長λが５５０ｎｍ、誘電体層６ｄが酸化チタン（屈折率ｎが２．５）から形成され、誘電体層６ｅが酸化シリコン（屈折率ｎが１．４６）から形成される場合には、誘電体層６ｄの膜厚は５５ｎｍとなり、誘電体層６ｅの膜厚は９４ｎｍとなる。誘電体層６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｆについても同様にして膜厚を求めることができる。ただし、上部積層部９ａにおいて下部積層部９ｂの側に形成される誘電体層６ａの膜厚は５５ｎｍよりも薄くされる。
【００１５】
また、干渉部７ｒ、７ｇは、上部積層部９ａと下部積層部９ｂの間に設けられ、上部積層部９ａの反射面と下部積層部９ｂの反射面とで多重反射した光を干渉（多光束干渉）させるために設けられる。干渉部７ｒ、７ｇは、ファブリーペロー干渉計と同じ原理に基づいた機能を有する。
干渉部７ｒ、７ｇの屈折率は、誘電体層６ａ、６ｃ、６ｄ、６ｆの屈折率よりも低くなっている。干渉部７ｒ、７ｇは、例えば、酸化シリコンを用いて形成されるものとすることができる。
干渉部７ｒ、７ｇの膜厚は、選択される光の波長領域に応じて設定される。例えば、赤色の光の場合には干渉部７ｒの膜厚が８５ｎｍとされ、緑色の光の場合には干渉部７ｇの膜厚が３５ｎｍとされ、青色の場合には干渉部の膜厚が０ｎｍとされる。すなわち、青色の場合には干渉部が設けられないことになる。
【００１６】
干渉フィルタ４とレンズ５との間には、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂが設けられている。干渉フィルタ４の厚み寸法が異なるものとなるので、レンズ５の位置が一定となるようにするために平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂが設けられる。平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂは、透明樹脂や酸化シリコンなどの透光性材料を用いて形成されている。
【００１７】
レンズ５は、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂの上に設けられている。
すなわち、レンズ５は、干渉フィルタ４の光電変換部２が設けられる側とは反対の側に設けられている。
レンズ５は、入射した光を集光して光電変換部２ｒ、２ｇ、２ｂに集める。レンズ５は、例えば、透明樹脂などの透光性材料を用いて形成されるようにすることができる。
また、レンズ５の周縁は、干渉フィルタ４の周縁よりも外側に設けられている。すなわち、レンズ５のＸＹ平面（基板２０の主面に平行な平面）における大きさは、干渉フィルタ４のＸＹ平面における大きさよりも大きくなっている。この様にすれば、レンズ５に入射する光の量を増加させることができるので、感度を向上させることができる。
【００１８】
ここで、干渉フィルタ４の代わりに有機顔料を用いたカラーフィルタを用いた場合には、画素の微細化（画素数増加）や低背化（小型化）を図ることが難しい。
一方、干渉フィルタ４を用いるものとすれば、画素の微細化や低背化を図ることができる。しかしながら、干渉フィルタ４を用いた場合には、干渉フィルタ４に斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入するという問題が発生する。この場合、干渉フィルタ４の周縁に遮光部を設けて斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入することを抑制するようにすることもできる。ところが、干渉フィルタ４の周縁に遮光部を設けるものとすれば、画素面積に占める遮光部の割合が大きくなったり、遮光部に光が吸収されたりすることで感度が低下するおそれがある。また、遮光部を設ける工程が必要となるので製造工程の複雑化や製造コストの増大を招くことにもなる。
【００１９】
そこで、本実施の形態においては、隣接する干渉フィルタ４同士の間に空隙部２１を設けることで、干渉フィルタ４に斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入することを抑制するようにしている。すなわち、空隙部２１の屈折率は空気の屈折率（ｎ＝１）となるので、干渉フィルタ４に斜めに入射する光が干渉フィルタ４と空隙部２１との界面で反射され、隣接する画素領域に混入することが抑制される。
この場合、隣接する平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂ同士の間にも空隙部２１が設けられるようにすることができる。
【００２０】
また、空隙部２１が基板２０やレンズ５に達するようにすることもできる。しかしながら、空隙部２１が基板２０に達するようにすれば空隙部２１の形成時に基板２０にダメージが発生するおそれがある。また、空隙部２１がレンズ５に達するようにすればレンズ５に入射する光の量が減少するので感度が低下するおそれがある。そのため、空隙部２１は、隣接する干渉フィルタ４同士の間、隣接する平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂ同士の間に設けられるようにすることが好ましい。
【００２１】
空隙部２１のＸＹ平面における寸法Ｌ（隣接する干渉フィルタ４同士の間の寸法）は、感度を向上させるという観点からは小さくすることが好ましい。一方、空隙部２１のＸＹ平面における寸法Ｌは、隣接する画素領域に光が混入することを抑制するという観点からは大きくすることが好ましい。
次に、空隙部２１のＸＹ平面における寸法Ｌと斜めに入射する光の透過率との関係を光学シミュレーションを用いて求めた結果について説明する。
図３は光学シミュレーションの条件を例示するための模式図、図４は干渉フィルタ４が酸化シリコンを用いて形成された場合の光学シミュレーション結果を例示するためのグラフ図、図５は干渉フィルタ４が酸化チタンを用いて形成された場合の光学シミュレーション結果を例示するためのグラフ図である。
【００２２】
図３に示すように、光学シミュレーションにおいては、干渉フィルタ４が酸化シリコンまたは酸化チタンを用いた層のみから構成されるものとしている。また、酸化シリコンの屈折率を１．４６、酸化チタンの屈折率を２．５、空隙部２１（空気）の屈折率を１としている。そして、斜めに入射する光２３のＸＹ平面に対する角度を入射角θとしている。 また、図４、図５に示す１０は寸法Ｌが１０ｎｍの場合、５０は寸法Ｌが５０ｎｍの場合、１００は寸法Ｌが１００ｎｍの場合、２００は寸法Ｌが２００ｎｍの場合、５００は寸法Ｌが５００ｎｍの場合である。また、各寸法Ｌにおける「ａ」は光の波長が４５０ｎｍの場合、「ｂ」は光の波長が５３０ｎｍの場合、「ｃ」は光の波長が６２０ｎｍの場合である。例えば、１０ａは寸法Ｌが１０ｎｍ、光の波長が４５０ｎｍの場合である。
【００２３】
ここで、入射角θは、実用上、６０°以上となり、また、透過率が５０％以下（反射率が５０％以上）となることが好ましい。
【００２４】
図４から分かるように、干渉フィルタ４が酸化シリコンを用いて形成された場合には、寸法Ｌを１００ｎｍ以上とすれば入射角θが６０°の場合であっても透過率が５０％以下（反射率が５０％以上）となるようにすることができる。
図５から分かるように、干渉フィルタ４が酸化チタンを用いて形成された場合には、寸法Ｌを５０ｎｍ以上とすれば入射角θが６０°の場合であっても透過率が５０％以下（反射率が５０％以上）となるようにすることができる。
【００２５】
この場合、干渉フィルタ４は、異なる屈折率を有する層が積層されたものであるため、干渉フィルタ４の屈折率は、異なる屈折率を平均したものになると考えられる。そのため、空隙部２１のＸＹ平面における寸法Ｌの条件は、図４と図５とに例示をしたものの中間となると考えられる。
すなわち、寸法Ｌは５０ｎｍ以上とすることができ、１００ｎｍ以上とすることがより好ましいことになる。
また、酸化チタンの代わりに窒化シリコンを用いる場合には、屈折率が２．０となるが寸法Ｌの好ましい範囲は同様とすることができる。
【００２６】
次に、図２に例示をする固体撮像装置１１について説明する。
図２に示すように、固体撮像装置１１には、光電変換部２、配線部３、干渉フィルタ４、レンズ５が設けられている。
すなわち、表面照射型の固体撮像装置１１は、光電変換部２と配線部３とのＺ方向における位置が異なるものの基本的な構成は図１に例示をした裏面照射型の固体撮像装置１とほぼ同じである。
そのため、干渉フィルタ４、空隙部２１、空隙部２１のＸＹ平面における寸法Ｌ、レンズ５、レンズ５の周縁位置などは前述したものと同様とすることができる。
【００２７】
本実施の形態によれば、隣接する干渉フィルタ４同士の間に空隙部２１を設けるようにしているので、干渉フィルタ４に斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入することを抑制することができる。また、隣接する干渉フィルタ４同士の間に遮光部を設ける必要がないので感度の低下や製造工程の複雑化などを抑制することができる。
また、レンズ５の周縁は、干渉フィルタ４の周縁よりも外側に設けられている。そのため、レンズ５に入射する光の量を増加させることができるので、感度を向上させることができる。
【００２８】
[第２の実施形態]
次に、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について例示する。
図６は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について例示するためのフローチャートである。
まず、基板２０の主面に複数の光電変換部２を形成する（ステップＳ１）。
例えば、シリコンなどからなる基板２０の上層部分にイオン注入法を用いて第１導電形（例えば、ｐ形）の不純物を注入することでウェル領域を形成する。そしてさらに、イオン注入法を用いて、第１導電形と異なる導電形である第２導電形（例えば、ｎ形）の不純物を注入して光電変換部２の電荷蓄積領域を形成する。この場合、電荷蓄積領域における第２導電形の不純物濃度は、ウェル領域における第１導電形の不純物濃度よりも高い濃度とされる。ｐ形の不純物は、例えば、ボロンとすることができる。ｎ形の不純物は、例えば、リンまたは砒素とすることができる。
【００２９】
次に、光電変換部２の上に配線部３を形成する（ステップＳ２）。
例えば、スパッタ法やＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition法：化学気相成長法）などを用いて、光電変換部２の上に酸化シリコンなどの絶縁膜を成膜する。次に、成膜された絶縁膜の上に銅などの金属の膜を成膜し、フォトリソグラフィ法及びＲＩＥ（Reactive Ion Etching：反応性イオンエッチング）法を用いて配線パターンを形成する。そして、形成された配線パターンを覆うように酸化シリコンなどの絶縁膜を成膜することで配線部３を形成する。なお、配線パターンが複数の層に形成される場合には、絶縁膜の成膜と配線パターンの形成とが繰り返し実行される。また、必要に応じてビア、コンタクト、引出配線などを形成することができる。
【００３０】
次に、屈折率の異なる複数の層が積層され、所定の波長領域の光を選択的に透過させる干渉フィルタ４を形成する。
ここで、図１に例示をする裏面照射型の固体撮像装置１の場合には、配線部３の上に支持用の基板を貼り合わせ、基板２０の裏面側（光電変換部２が設けられた側とは反対の側）を研削エッチングして光電変換部２を露出させる（ステップＳ３−１−１）。
そして、光電変換部２の上に干渉フィルタ４となる積層体を形成する（ステップＳ３−１−２）。
また、図２に例示をする表面照射型の固体撮像装置１１の場合には、配線部３の上に干渉フィルタ４となる積層体を形成する（ステップＳ３−２）。
【００３１】
次に、干渉フィルタ４となる積層体の形成についてさらに例示をする。
干渉フィルタ４となる積層体の形成においては、まず、下部積層部９ｂとなる積層体を形成する。
例えば、スパッタ法やＣＶＤ法などを用いて、誘電体層６ｄとなる膜、誘電体層６ｅとなる膜、誘電体層６ｆとなる膜をこの順に積層する。
誘電体層６ｄ、誘電体層６ｆとなる膜は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２、屈折率２．５）や窒化シリコン（ＳｉＮ、屈折率２．０）などを用いて形成されるものとすることができる。誘電体層６ｅとなる膜は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２、屈折率１．４６）を用いて形成されるものとすることができる。
また、誘電体層６ｄ〜６ｆとなる膜の光学的膜厚が、中心波長の１／４となるようにされる。誘電体層６ｄ〜６ｆとなる膜の光学的膜厚は、例えば、１３５ｎｍ以上、１４０ｎｍ以下とすることができる。
例えば、中心波長λが５５０ｎｍ、誘電体層６ｄ、６ｆとなる膜が酸化チタン（屈折率ｎが２．５）から形成され、誘電体層６ｅとなる膜が酸化シリコン（屈折率ｎが１．４６）から形成される場合には、誘電体層６ｄ、６ｆとなる膜の膜厚は５５ｎｍとされ、誘電体層６ｅとなる膜の膜厚は９４ｎｍとされる。
【００３２】
次に、スパッタ法やＣＶＤ法などを用いて、誘電体層６ｆとなる膜の上に干渉部７ｒとなる膜を成膜する。干渉部７ｒとなる膜の膜厚は、赤色光の波長領域に応じたものとされる。干渉部７ｒとなる膜の膜厚は８５ｎｍとされる。干渉部７ｒとなる膜は、例えば、酸化シリコンを用いて形成されるものとすることができる。
そして、フォトリソグラフィ法を用いて、干渉フィルタ４ｒとなる領域を覆うレジストパターンを形成し、ＲＩＥ法などを用いて、レジストパターンに覆われていない領域に露出した干渉部７ｒとなる膜の表面を除去する。この場合、干渉部７ｒとなる膜の膜厚が３５ｎｍとなるようにハーフエッチングして干渉部７ｇとなる膜を形成する。その後、レジストパターンを除去し、干渉フィルタ４ｂとなる領域が露出するレジストパターンを形成する。そして、ＲＩＥ法などを用いて、干渉フィルタ４ｂとなる領域に露出した干渉部７ｇとなる膜を除去する。その後、レジストパターンを除去することで、干渉フィルタ４ｒとなる領域に膜厚が８５ｎｍの膜が形成され、干渉フィルタ４ｇとなる領域に膜厚が３５ｎｍの膜が形成される。この場合、干渉フィルタ４ｂとなる領域には干渉部となる膜が形成されていないことになる。
【００３３】
次に、上部積層部９ａとなる積層体を形成する。
上部積層部９ａの形成は、下部積層部９ｂの形成と同様とすることができる。
ただし、下部積層部９ｂの側に形成される誘電体層６ａとなる膜の膜厚は５５ｎｍよりも薄くされる。
以上のようにして、干渉フィルタ４となる積層体が形成される。
【００３４】
次に、干渉フィルタ４となる積層体の上に平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂとなる膜を形成する（ステップＳ４）。
すなわち、上部積層部９ａとなる積層体の上に平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂとなる膜を形成する。
例えば、透明樹脂や酸化シリコンなどの透光性材料を成膜し、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法を用いて、成膜された膜の表面を平坦化することで平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂとなる膜を形成するようにすることができる。
【００３５】
次に、干渉フィルタ４、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂを形成する（ステップＳ５）。
例えば、フォトリソグラフィ法とドライエッチング法などを用いて、下部積層部９ｂとなる積層体と、干渉部７ｒ、７ｇとなる膜と、上部積層部９ａとなる積層体と、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂとなる膜とが積層された積層体から所定の形状を有する干渉フィルタ４、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂを形成する。
【００３６】
この場合、フォトリソグラフィ法を用いて、干渉フィルタ４、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂとなる領域を覆うレジストパターンを形成し、ドライエッチング法を用いてレジストパターンで覆われていない部分を除去することで所定の形状を有する干渉フィルタ４、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂを形成するようにすることができる。この際、レジストパターンで覆われていない部分が除去されることで、隣接する干渉フィルタ４同士の間に空隙部２１が形成される。その後、レジストパターンを除去することで、所定の形状を有する干渉フィルタ４、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂ、空隙部２１が形成される。
すなわち、干渉フィルタ４を形成する工程において、干渉フィルタ４が複数の光電変換部２毎に設けられるとともに、隣接する干渉フィルタ４同士の間に空隙２１が設けられる。 この場合、空隙部２１のＸＹ平面における寸法Ｌ（隣接する干渉フィルタ４同士の間の寸法）は、５０ｎｍ以上となるようにすることができる。
【００３７】
ここで、酸化シリコンを用いた層と酸化チタンを用いた層とにより干渉フィルタ４が構成される場合には、例えば、ＣＦ４とＣＨＦ３の混合ガスを用いたプラズマエッチング処理において、混合ガスの圧力や投入パワーを適正化することで酸化シリコンと酸化チタンのエッチング速度をほぼ同じにすることができる。これにより、異なる２種類の層の端面が露出する干渉フィルタ４の側壁の表面を凹凸のない滑らかな平面状にすることができる。
また、裏面照射型の固体撮像装置１を製造する場合には、干渉フィルタ４を形成するためのプラズマエッチング処理が終わると光電変換部２が形成された基板２０が露出することになる。この場合、基板２０はシリコンから形成されているが、このシリコンに対するエッチング選択性に関しては、半導体プロセスにおけるコンタクトホールエッチングで用いられている既知のエッチング条件とすることでシリコンに対する酸化シリコンの適切な選択比を得ることができる。すなわち、基板２０に対する干渉フィルタ４の選択的なプラズマエッチング処理は可能である。
【００３８】
この場合、酸化チタンや酸化シリコンをプラズマエッチング処理する際に生じるチタン、シリコン、酸素などに関するプラズマ中の発光強度をモニタリングしてプラズマエッチング処理の状況や終点を検出することができる。
【００３９】
次に、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂの上にレンズ５を形成する（ステップＳ６）。
すなわち、干渉フィルタ４の光電変換部２が設けられる側とは反対の側にレンズ５を形成する。
レンズ５を形成する際には、レンズ５の周縁が干渉フィルタ４の周縁よりも外側に設けられるようにすることができる。
レンズ５に形成は、例えば、透明樹脂などの透光性材料を用いてレンズ５を形成し、形成されたレンズ５を平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂの上に接着するようにすることができる。 また、平坦化層８ｒ、８ｇ、８ｂの上に透明樹脂などの透光性材料を用いてレンズ５となる膜を成膜し、これを熱処理することでレンズ５の形状に成形するようにしてもよい。なお、レンズ５となる膜を成膜する際に、透明樹脂などの透光性材料が空隙部２１に入らないように空隙部２１を犠牲膜などで埋めておくようにすることもできる。
以上のようにして、固体撮像装置１、１１を製造することができる。
【００４０】
以上に例示をした実施形態によれば、斜めに入射する光が隣接する画素領域に混入することを抑制することができ、且つ、感度の低下を抑制することができる固体撮像装置及びその製造方法を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
【００４１】
例えば、固体撮像装置１、１１においては、複数の画素が１次元的に配列された構成とすることもできるし、複数の画素が２次元的に配列された構成とすることもできる。複数の画素が２次元的に配列された構成を有する場合、固体撮像装置１、１１の仕様にあわせて所望のサイズおよびレイアウトを有した干渉フィルタ４を形成すればよい。例えば、図１に例示をした赤色、緑色、青色の各波長領域の光に対応する画素がベイヤー配列に従ってレイアウトされていてもよい。また、光電変換部２は、フォトダイオード以外のものとすることもできる。例えば、基板２０と干渉フィルタ４との間に設けられた光電変換機能を有する無機膜または有機膜とすることもできる。また、干渉フィルタ４に設けられる上部積層部、干渉部、下部積層部における材料、積層数、各層の厚み寸法などは適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００４２】
１ 固体撮像装置、２ 光電変換部、２ｒ 光電変換部、２ｇ 光電変換部、２ｂ 光電変換部、３ 配線部、３ｒ 配線部、３ｇ 配線部、３ｂ 配線部、４ 干渉フィルタ、５ レンズ、６ａ〜６ｆ 誘電体層、７ｒ 干渉部、７ｇ 干渉部、８ｒ 平坦化層、８ｇ 平坦化層、８ｂ 平坦化層、９ａ 上部積層部、９ｂ 下部積層部、１１ 固体撮像装置、２０ 基板、２１ 空隙部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面に複数の光電変換部が設けられた基板と、
前記複数の光電変換部毎に設けられ、屈折率の異なる複数の層が積層され、所定の波長領域の光を選択的に透過させる干渉フィルタと、
を備え、
隣接する前記干渉フィルタ同士の間には、空隙が設けられたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記干渉フィルタ同士の間の寸法は、５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記干渉フィルタの前記光電変換部が設けられる側とは反対の側に設けられたレンズをさらに備え、
前記レンズの周縁は、前記干渉フィルタの周縁よりも外側に設けられてい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】
前記干渉フィルタは、第１の積層部と、第２の積層部と、前記第１の積層部と前記第２の積層部との間に設けられた干渉部と、を有し、
前記第１の積層部は、第１の誘電体層、第２の誘電体層、第３の誘電体層がこの順に積層され、
前記第２の積層部は、第４の誘電体層、第５の誘電体層、第６の誘電体層がこの順に積層され、
前記第１の誘電体層および前記第３の誘電体層の屈折率は、前記第２の誘電体層の屈折率よりも高く、
前記第４の誘電体層および前記第６の誘電体層の屈折率は、前記第５の誘電体層の屈折率よりも高くされたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２の誘電体層および前記第５の誘電体層は、酸化シリコンを用いて形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１の誘電体層と、前記第３の誘電体層と、前記第４の誘電体層と、前記第６の誘電体層と、は、酸化チタンまたは窒化シリコンを用いて形成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１の誘電体層の光学的膜厚と、前記第２の誘電体層の光学的膜厚と、前記第３の誘電体層の光学的膜厚と、前記第４の誘電体層の光学的膜厚と、前記第５の誘電体層の光学的膜厚と、前記第６の誘電体層の光学的膜厚と、は、１３５ｎｍ以上、１４０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
基板の主面に複数の光電変換部を形成する工程と、
屈折率の異なる複数の層が積層され、所定の波長領域の光を選択的に透過させる干渉フィルタを形成する工程と、
を備え、
前記干渉フィルタを形成する工程において、前記干渉フィルタが前記複数の光電変換部毎に設けられるとともに、隣接する前記干渉フィルタ同士の間に空隙が設けられることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記干渉フィルタ同士の間の寸法は、５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記干渉フィルタの前記光電変換部が設けられる側とは反対の側にレンズを形成する工程をさらに備え、
前記レンズを形成する工程において、前記レンズの周縁が前記干渉フィルタの周縁よりも外側に設けられることを特徴とする請求項８または９に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１】
主面に複数の光電変換部が設けられた基板と、
前記複数の光電変換部毎に設けられ、屈折率の異なる複数の層が積層され、所定の波長領域の光を選択的に透過させる干渉フィルタと、
を備え、
隣接する前記干渉フィルタ同士の間には、空隙が設けられたことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記干渉フィルタ同士の間の寸法は、５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記干渉フィルタの前記光電変換部が設けられる側とは反対の側に設けられたレンズをさらに備え、
前記レンズの周縁は、前記干渉フィルタの周縁よりも外側に設けられてい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】
前記干渉フィルタは、第１の積層部と、第２の積層部と、前記第１の積層部と前記第２の積層部との間に設けられた干渉部と、を有し、
前記第１の積層部は、第１の誘電体層、第２の誘電体層、第３の誘電体層がこの順に積層され、
前記第２の積層部は、第４の誘電体層、第５の誘電体層、第６の誘電体層がこの順に積層され、
前記第１の誘電体層および前記第３の誘電体層の屈折率は、前記第２の誘電体層の屈折率よりも高く、
前記第４の誘電体層および前記第６の誘電体層の屈折率は、前記第５の誘電体層の屈折率よりも高くされたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２の誘電体層および前記第５の誘電体層は、酸化シリコンを用いて形成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１の誘電体層と、前記第３の誘電体層と、前記第４の誘電体層と、前記第６の誘電体層と、は、酸化チタンまたは窒化シリコンを用いて形成されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１の誘電体層の光学的膜厚と、前記第２の誘電体層の光学的膜厚と、前記第３の誘電体層の光学的膜厚と、前記第４の誘電体層の光学的膜厚と、前記第５の誘電体層の光学的膜厚と、前記第６の誘電体層の光学的膜厚と、は、１３５ｎｍ以上、１４０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
基板の主面に複数の光電変換部を形成する工程と、
屈折率の異なる複数の層が積層され、所定の波長領域の光を選択的に透過させる干渉フィルタを形成する工程と、
を備え、
前記干渉フィルタを形成する工程において、前記干渉フィルタが前記複数の光電変換部毎に設けられるとともに、隣接する前記干渉フィルタ同士の間に空隙が設けられることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記干渉フィルタ同士の間の寸法は、５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記干渉フィルタの前記光電変換部が設けられる側とは反対の側にレンズを形成する工程をさらに備え、
前記レンズを形成する工程において、前記レンズの周縁が前記干渉フィルタの周縁よりも外側に設けられることを特徴とする請求項８または９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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−３８０９１（Ｐ２０１３−３８０９１Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７０１４４（Ｐ２０１１−１７０１４４）
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月３日（２０１１．８．３）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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