JP2006202778A - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

固体撮像装置およびその製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】 小型で、かつ斜め光に起因して発生する混色を防止することができる固体撮像装置を提供する。
【解決手段】 半導体基板１０１内に光電変換部１０２を二次元配列し、当該半導体基板１０１及び光電変換部１０２上に平坦化層１０３、遮光膜１０４、平坦化層１０５及び集光レンズ１０６を順次形成する。遮光膜１０４は光電変換素子に対応する位置毎に開口１０４ａを備えている。当該開口１０４ａのそれぞれには多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ、１０７ｂが配設されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、カラーフィルタを通過した光が本来入射すべき受光素子以外の受光素子に入射することによって発生する混色を防止する技術に関する。
近年、広く普及しているデジタルカメラの心臓部分ともいうべき固体撮像装置は、カラーフィルタを用いて入射光を色分離することによってカラー画像を撮影する。図１１は、従来技術に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。図１１に示されるように、固体撮像装置１１は半導体基板１１０１を備えており、半導体基板１１０１内には光電変換部１１０２が形成されている。また、半導体基板１１０１及び光電変換部１１０２上には平坦化層１１０３、遮光膜１１０４、平坦化層１１０５、カラーフィルタ１１０６、平坦化層１１０７及び集光レンズ１１０８が順次形成されている。
遮光膜１１０４には開口部１１０４ａが設けられており、入射光が光電変換部１１０２に到達できるようになっている。カラーフィルタ１１０６は有機系顔料の微粒子が含まれており、これによって特定波長の光のみを透過させる。カラーフィルタ１１０６は赤色、緑色及び青色の何れかを透過させる（非特許文献１参照）。
「固体撮像素子の基礎」日本理工出版会、安藤・菰淵著、映像情報メディア学会編、１９９９年１２月発行、ｐ．１８３−１８８。 特開平７−４３５１７号公報
しかしながら、従来技術に係るカラーフィルタ１１０６の膜厚は１．５μｍ〜２．０μｍもあるので、入射角度によっては入射光が斜め光となって本来入射すべきでない光電変換部１１０２に入射して混色が発生してしまう。すなわち、カラーフィルタを透過した光が当該カラーフィルタと対応関係に無い光電変換部に入射して、入射光量の誤検出が発生する。
このような問題に対して、カラーフィルタ１１０６の膜厚を薄くすることも考えられる。カラーフィルタ１１０６の膜厚を薄くすると、より入射角度が大きくなければ入射光が斜め光とならないからである。しかし、カラーフィルタ１１０６を構成する顔料粒子は粒径が０．１μｍ程度もあり、この微細化には限界がある。このため、カラーフィルタ１１０６の膜厚を無理に薄くすると、顔料粒子の分布が一様でなくなり感度低下や色むらが生じてしまい実用に耐えない。
また、カラーフィルタを遮光膜上に直接形成する技術も提案されている（特許文献１）。図１２は、当該従来技術に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。図１２において、固体撮像装置１２はＣＣＤ部１２０１、フォトダイオード部１２０２、染色層（カラーフィルタ）１２０３、遮光膜層１２０４及び素子表面の平坦化樹脂層１２０５を備えている。しかしながら、このような構成としたところで、やはり、カラーフィルタが厚いため斜め光による混色を防止することができない。
本発明は、上述のような問題に鑑みて為されたものであって、より小型で、かつ、斜め光による混色がない固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、無機材料からなり、入射光のうち特定の波長の光のみを透過させるカラーフィルタと、入射光を遮光する遮光膜と、カラーフィルタを透過した光の光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、を備え、遮光膜は光電変換部に対向する位置に開口部を有し、カラーフィルタは遮光膜の開口部の内部に配設されていることを特徴とする。
遮光膜の開口部に無機材料からなるカラーフィルタ（以下、「無機フィルタ」という。）を配設すれば、固体撮像装置の厚みを減少させることができる。また、カラーフィルタと光電変換部との距離を小さくすると共に、光電変換部に入射光を集光するレンズとカラーフィルタとの間の距離も小さくし得るので、斜め光による混色をなくすことができる。
また、無機フィルタは有機フィルタよりも薄膜化し易く、また、薄膜化に起因する混色を防止することもできる。また、無機フィルタは有機フィルタよりも耐熱性、耐光性に優っている。さらに、無機材料を用いれば光電変換部や配線部と同じ半導体プロセスで作製できるので、カラーフィルタ製造専用ラインが必要な有機フィルタと比べて製造工程を簡略化し、コストを低減できる。
この場合において、前記カラーフィルタは単層膜フィルタとしても良いし、多層膜干渉フィルタとしても良い。
また、本発明に係る固体撮像装置は、多層膜干渉フィルタの膜厚は遮光膜の膜厚を超えず、多層膜干渉フィルタ上には平坦化層が積層されており、多層膜干渉フィルタと平坦化層とを合わせた膜厚が遮光膜の膜厚に略等しいことを特徴とする。
このようにすれば、入射光を光電変換部に集光する集光レンズと光電変換部との間の距離を小さくすることができるので、斜め光による混色を防止することができる。特に、多層膜干渉フィルタの最大膜厚は遮光膜の膜厚に略等しいとすれば、遮光膜の膜厚を最小化しつつ、斜め光を防止することができるので更に有効である。
本発明に係る固体撮像装置は、多層膜干渉フィルタ又は平坦化層上に集光レンズが形成されていることを特徴とする。このようにすれば、多層膜干渉フィルタと集光レンズとの間の距離を短縮して、固体撮像装置を薄膜化することができると共に、斜め光による混色を解消することができる。
本発明に係る固体撮像装置は、多層膜干渉フィルタは、材料を異にし、光学膜厚を同じくする２種類の誘電体層を交互に積層したλ／４多層膜が２組と、２組のλ／４多層膜に挟まれ、λ／４多層膜を構成する誘電体層とは光学膜厚をことにするスペーサ層とからなり、λ／４多層膜を構成する誘電体層の材料は、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、一窒化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム、酸化ハフニウム及び酸化マグネシウムのうちの何れか２種類であることを特徴とする。このようにすれば、無機材料を用いて多層膜干渉フィルタを実現することができる。従来、カラーフィルタに用いられていた有機材料は耐光性、耐熱性の面で不十分であったところ、無機材料を用いればかかる問題も解決することができる。
多層膜干渉フィルタは、高屈折率材料と低屈折率材料を交互に積層させてλ／４多層膜を構成するところ、これら材料間の屈折率の差が大きいほど反射帯域を広くすることができる。また、一般的に、高屈折率材料は短波長では吸収係数が大きく、固体撮像装置に感度低下を来たす。これに対して、λ／４多層膜を構成する誘電体層の材料は二酸化ケイ素と二酸化チタンであるとすれば、高屈折率で、かつ短波長においても吸収がほとんどない二酸化チタンを用いるので、固体撮像装置の感度低下といった問題を解決することができる。また、二酸化ケイ素は半導体プロセスにおいて広く用いられているので低屈折率材料として適当である。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、二次元配列された光電変換部を有する半導体基板上に多層膜干渉フィルタを形成する第１工程と、光電変換部に対向する箇所を残して、多層膜干渉フィルタを除去することによって溝部を形成する第２工程と、前記溝部に遮光膜を形成する第３工程と、を含むことを特徴とする。一般的に、多層膜干渉フィルタは専ら積層方向にのみ色分離機能を有するので、より多くの入射光を多層膜干渉フィルタの積層方向に入射させるの望ましい。本発明のように遮光膜の開口部に多層膜干渉フィルタを配設する場合には、多層膜干渉フィルタを形成した後に遮光膜を形成すれば、多層膜干渉フィルタの積層方向に入射する光量を最大化することができる。従って、固体撮像装置の感度を向上させることができる。
この場合において、例えば、第３工程は、残された多層膜干渉フィルタ及び溝部の上に遮光膜材料を積層する工程と、積層した遮光膜材料上であって、前記溝部上にレジストを形成する工程と、積層した遮光膜材料を除去する工程と、レジストを除去する工程と、を含むとしても良い。また、第３工程は、残された多層膜干渉フィルタ及び溝部の上に遮光膜材料を積層する工程と、ウエハ面に対して斜めにエッチングすることによって、多層膜干渉フィルタ上に積層された遮光膜材料を除去する工程と、を含むとすれば、積層された遮光膜材料のうち遮光膜となるべき部分は多層膜干渉フィルタに遮られてエッチングされない。従って、レジストを形成することなく遮光膜を成形することができるので、固体撮像装置の製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。なお、前記遮光膜材料は金属であるとしても良い。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、二次元配列された光電変換部を有する半導体基板上に、透過させるべき光の波長に応じて膜厚が異なる多層膜干渉フィルタを形成する第１工程と、膜厚が異なる多層膜干渉フィルタ間の膜厚差以上の膜厚を有する絶縁体膜を多層膜干渉フィルタ上に形成する第２工程と、光電変換部に対向する箇所を残して、絶縁体膜と多層膜干渉フィルタとを除去することによって溝部を形成する第３工程と、絶縁体膜及び半導体基板上に遮光膜材料を積層する第４工程と、多層膜干渉フィルタの最も膜厚が大きい部分が露出するまで、積層された遮光膜材料と絶縁体膜とを研磨する第５工程と、を含むことを特徴とする。化学・機械的研磨法を用いれば、複数のウエハを同時に研磨することができるので、ウエハを１枚ずつ処理しなければならないエッチングプロセスに比較して効率良く固体撮像装置を製造することができる。また、多層膜干渉フィルタ上に平坦化層を設けるまでもなく、既に多層膜干渉フィルタ等の上面が平坦化されているので、そのまま集光レンズを取着することができる。従って、製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。なお、化学・機械的研磨法を用いて積層された遮光膜材料と絶縁体膜とを研磨しても良い。
以上述べたように、本発明によれば、遮光膜の開口部に多層膜干渉フィルタを配設するので、固体撮像装置を従来よりも２μｍ程度も薄膜化することができる。従って、高画素化等に起因する混色を防止することができる。
以下、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
［１］ 固体撮像装置の構成
まず、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。図１に示されるように、固体撮像装置１は半導体基板１０１、光電変換部１０２、平坦化層１０３、遮光膜１０４、平坦化層１０５及び集光レンズ１０６を備えている。また、遮光膜１０４は開口部１０４ａを有し、当該開口部１０４ａに多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ及び１０７ｂが配設されている。
集光レンズ１０６は入射光を対応する光電変換部１０２上に集光する。多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ及び１０７ｂは入射光のうち特定の波長の光を選択的に透過させる。遮光膜１０４は光電変換部１０２と対応関係に無い集光レンズ１０６を透過した光が当該光電変換部１０２に入射するのを防止する。光電変換部１０２は入射光の光量に応じた電気的出力を発生する。平坦化層１０３は多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ及び１０７ｂを形成するために上面が平坦になっている層であって、二酸化ケイ素からなっている。平坦化層１０５は集光レンズ１０６を配設するために上面が平坦になっている層である。
［２］ 多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ及び１０７ｂの構成
図２は、多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ及び１０７ｂの積層構造を示す断面図であって、図２（ａ）は多層膜干渉フィルタ１０７ｒを、図２（ｂ）は多層膜干渉フィルタ１０７ｇを、図２（ｃ）は多層膜干渉フィルタ１０７ｂをそれぞれ示している。
先ず、図２（ａ）に示されるように、二酸化チタン（ＴｉＯ2）層２０１と二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）層２０２とを交互に積層した構造を有しており、これらに挟まれたスペーサ層２０３ｒが形成されている。スペーサ層２０３ｒは二酸化ケイ素からなっており、二酸化チタン層２０１に挟まれている。二酸化チタン層２０１と二酸化ケイ素層２０２とは光学膜厚を同じくしている。ひとつの層について光学膜厚とはその層の膜厚に屈折率を乗じた値である。
多層膜干渉フィルタ１０７ｂは、二酸化チタン層２０１や二酸化ケイ素層２０２の光学膜厚の４倍に略等しい波長を中心波長とする波長域（以下、「反射帯域」という。）の光を反射すると共に、当該波長域に含まれる波長のうちスペーサ層２０３ｒの光学膜厚に応じた赤色の光を透過させる。本実施の形態において前記中心波長は５３０ｎｍである。また、スペーサ層２０３ｒの光学膜厚は４５ｎｍである。
また、図２（ｂ）に示されるように、多層膜干渉フィルタ１０７ｇもまた二酸化チタン層２０１、二酸化ケイ素層２０２及びスペーサ層２０３ｇを備えている。多層膜干渉フィルタ１０７ｇは多層膜干渉フィルタ１０７ｂと反射帯域を同じくする一方、二酸化チタンからなるスペーサ層２０３ｇの光学膜厚が２６５ｎｍと異なっており緑色の光を透過させる。更に、図２（ｃ）に示されるように、多層膜干渉フィルタ１０７ｂもまた多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇと反射帯域を同じくする一方、二酸化ケイ素からなるスペーサ層２０３ｂの光学膜厚が１９０ｎｍで青色の光を透過させる。
以上のように、多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ、１０７ｂは無機材料からなっており、多層膜干渉フィルタ１０７ｒ全体の膜厚が４２３ｎｍ、多層膜干渉フィルタ１０７ｇ全体の膜厚が３９２ｎｍ、多層膜干渉フィルタ１０７ｂ全体の膜厚が５２６ｎｍである。
図３は多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ、１０７ｂの分光特性を示すグラフである。図３において、グラフ３０１〜３０３はそれぞれ多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ、１０７ｂの分光特性を示す。これらグラフから分かるように、本実施の形態によれば入射光を赤色、緑色及び青色の３原色に分離してカラー画像を撮像することができる。
なお、多層膜干渉フィルタの層構成および分光特性の設計には、例えば、フレネル係数を用いたマトリクス法を用いれば良い。
［３］ 固体撮像装置の寸法
固体撮像装置１の寸法について述べる。図４は固体撮像装置１の寸法を示す図である。図４に示されるように、固体撮像装置１の１セルの幅は２．２μｍである。この幅は固体撮像装置１の画素数によって増減し得る。また、平坦化層１０３の厚みは２．０μｍ、遮光膜１０４の厚みは０．５μｍ、平坦化層１０５の厚みは０．６μｍである。従って、集光レンズ１０６から光電変換部１０２までの距離は３．１μｍとなる。
さて、先述のように、従来技術に係るカラーフィルタ１１０６は膜厚が１．５μｍ〜２．０μｍもあるのに対して、本実施の形態に係る多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ、１０７ｂは膜厚が３９２ｎｍ〜５２６ｎｍと大幅に薄膜化されている。また、本実施の形態によれば固体撮像装置そのものについても２μｍ程度も薄くすることができる。
また、本実施の形態に係る多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ、１０７ｂは二酸化チタンや二酸化シリコンといった無機材料からなっているので、遮光膜１０４の開口部１０４ａに形成することができる。このようにすれば、多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ、１０７ｂと光電変換部１０２との間の距離を小さくすることができるので、光電変換部１０２に斜め光が入射して混色が発生するのを防止することができる。
また、前述した従来技術に係る固体撮像装置１１はカラーフィルタ１１０６が有機材料からなっているので、光電変換部７２や遮光膜７０４、配線部（図示省略）等と共にカラーフィルタ１１０６や集光レンズ７０８を同一プロセスで形成することができない。つまり、光電変換部７２等を形成した後に別途、カラーフィルタ１１０６や集光レンズ７０８を形成する必要がある。一方、本実施の形態によれば、カラーフィルタ１０７ｒ等が無機材料からなっているので、光電変換部１０２等と共にカラーフィルタ１０７ｒ等を同一プロセスで形成することができる。従って、高い生産性とコストの低減を実現することができる。
［４］ 固体撮像装置１の製造方法
次に固体撮像装置１の製造方法について、特に平坦化層１０３上に形成される多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ、１０７ｂ及び遮光膜１０４の製造方法について説明する。図５は、固体撮像装置１を製造するための諸工程を示す断面図である。図６は、図５に引き続く固体撮像装置１の製造工程を示す断面図である。
図５（ａ）に示されるように、平坦化層１０３上に二酸化ケイ素層２０２と二酸化チタン層２０１とが高周波（RF: radio frequency）スパッタ装置を用いて交互に積層される。次に、二酸化チタン層２０１上に二酸化ケイ素層５０１を形成する。当該二酸化ケイ素層５０１の光学膜厚は１５０ｎｍである。そして、二酸化ケイ素層５０１上にレジスト剤を塗布し、熱処理（プリベーク）し、ステッパ等の濾光装置にて露光し、有機溶剤等でレジスト現像し、熱処理（ポストベーク）することによってレジスト５０２を形成する。レジスト５０２の厚みは１μｍである。
そして、図５（ｂ）に示されるように、レジスト５０２を用いて前記二酸化ケイ素層のうち青色の画素領域を除く部分をドライエッチングにより除去する。エッチング条件はエッチングガスがフッ化炭素（ＣＦ4）で、ガス流量が４０ｓｃｃｍ、ＲＦパワーが２００Ｗ、真空度が０．０５０Ｔｏｒｒである。なお、二酸化ケイ素と二酸化チタンとではフッ化水素酸（ＨＦ）に対する選択比が大きいので、フッ化水素酸を用いたウェットエッチングプロセスによって前記二酸化ケイ素層を除去しても良い。この場合において、フッ化水素酸は、フッ化水素酸とフッ化アンモニウム溶液とを１対４の割合で混合して用いれば良い。当該混合溶液に約５秒間浸漬することによって、前記二酸化ケイ素層５０１をエッチングすることができる。
エッチングを終えた後、有機溶剤等を用いてレジスト５０２を除去し（図５（ｃ））、高周波スパッタ装置を用いて二酸化ケイ素層５０３を形成する。新たに形成された二酸化ケイ素層５０３の光学膜厚は４５ｎｍであり、エッチングによって前記二酸化ケイ素層５０１が残されている箇所については、既に形成した二酸化ケイ素層５０１と新たに形成した二酸化ケイ素層５０３とを合わせた光学膜厚が１９５ｎｍとなっている。
次に、レジスト５０２を形成したときと同様にして、青色領域と赤色領域とにレジスト５０４を形成する（図５（ｄ））。そして、二酸化ケイ素層５０３のうちレジスト５０４にて被覆されていない箇所をエッチングプロセスによって除去する。これによって、青色領域には光学膜厚が１９５ｎｍのスペーサ層２０３ｂが形成され、赤色領域には光学膜厚が４５ｎｍのスペーサ層２０３ｒが形成される。緑色領域には二酸化ケイ素を用いたスペーサ層は形成されない。
さらに、高周波スパッタ装置を用いて、二酸化チタン層２０１及びスペーサ層２０３ｂ、２０３ｒ上に二酸化チタン層２０１、二酸化ケイ素層２０２、二酸化チタン層２０１及び二酸化ケイ素層２０２が積層される（図５（ｅ））。これによって、緑色領域に二酸化チタンを用いたスペーサ層２０３ｇが形成される。スペーサ層２０３ｇの光学膜厚は二酸化チタン層２０１の光学膜厚の２倍に等しい２６５ｎｍである。
次に、斜め光を防止するための遮光膜１０４を形成する。まず、二酸化ケイ素層２０２上にレジスト剤を塗布し、熱処理（プリベーク）し、ステッパ等の露光装置を用いて露光し、有機溶剤等を用いてレジスト現像し、更に熱処理（ポストベーク）を施して、レジスト６０１を形成する。レジスト６０１の厚みは２．５μｍである。その後、ドライエッチングにより遮光膜１０４を形成すべき領域にある多層膜干渉フィルタを除去する。すると、多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ、１０７ｂ及び遮光膜１０４を形成すべき溝部を得る（図６（ａ））。その後、有機溶剤等を用いてレジスト６０１を除去する。
次に、二酸化ケイ素層２０２及び平坦化層１０３上にアルミニウム層６０２を形成する（図６（ｂ））。アルミニウム層６０２の厚みは多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ、１０７ｂと概ね同等の６００ｎｍとなっている。アルミニウム層６０２は遮光膜１０４となるべき部分を含んでいる。
その後、アルミニウム層６０２上にレジスト６０３を形成する（図６（ｃ））。すなわち、アルミニウム層６０２上にレジスト剤を塗布し、熱処理（プリベーク）し、ステッパ等の露光装置を用いて露光し、有機溶剤等を用いてレジスト現像し、更に熱処理（ポストベーク）を施して、レジスト６０３を形成する。
次に、エッチングプロセスにより多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ、１０７ｂ上のアルミニウム層６０２を塩素（Ｃｌ）系のエッチングガスを用いて除去する。そして、有機溶剤等を用いてレジスト６０３を除去する（図６（ｄ））。このようにして、遮光膜１０４が形成される。
以上述べたように、本実施の形態においては、先ず、多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ、１０７ｂを形成した後に遮光膜１０４を形成する。これに対して、先に遮光膜を形成してから多層膜干渉フィルタを形成する製造方法も考えられる。図７は、遮光膜を形成してから多層膜干渉フィルタを形成することによって製造される多層膜干渉フィルタの構造を示す断面図である。このような製造方法を採ると、図７に示されるように、遮光膜７０１の開口部に形成された多層膜干渉フィルタ７０２のうち遮光膜７０１に接する部分は遮光膜７０１に沿って形成される。
一方、多層膜干渉フィルタはその積層方向についてのみ色分離機能を有する。このため、遮光膜７０１の開口部の縁に沿って立ち上がる部分については色分離機能が低下する。この色分離機能の低下は当該開口部の面積と比較して多層膜干渉フィルタの厚みが大きくなればなるほど甚だしくなり、小型化や高画素化の要請に反する。その意味でも本実施の形態に係る製造方法は有効である。
［５］ 変形例
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明が上述の実施の形態に限定されないのは勿論であり、以下のような変形例を実施することができる。
（１） 上記実施の形態においては、本発明に係る固体撮像装置の製造方法のうちのひとつについてのみ説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
図８は、本変形例に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。図５及び図６（ｂ）までは上記実施の形態に説明したのと同様である。アルミニウム層６０２を形成した後、図８の矢印８０１に示されるように、ウエハ面に対して斜め方向にエッチングを行なう。このようなエッチングにより多層膜干渉フィルタに挟まれてなる溝部にアルミニウム層６０２を残しながら、不要なアルミニウム層６０２を除去することができる。
したがって、レジストを用いることなく遮光膜１０４を形成することができるので、固体撮像装置１の製造工程を簡略化し、製造コストを低減することができる。
（２） 上記実施の形態においては、すべての多層膜干渉フィルタ上に平坦化層を形成する場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
図９は、本変形例に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。なお、図５にて説明した諸工程については同様なので説明を省く。平坦化層９０４上に二酸化ケイ素層９０２、二酸化チタン層９０１及びスペーサ層９０３ｒ、９０３ｇ、９０３ｂからなる多層膜干渉フィルタの形成を終えた後、高周波スパッタ装置を用いて二酸化ケイ素層９０５を形成する（図９（ａ））。
この二酸化ケイ素層９０５の光学膜厚は１９５ｎｍである。さらに、二酸化ケイ素層９０５上の遮光膜を形成すべき領域以外の領域にレジスト９０６を形成する。そして、エッチングプロセスによって多層膜干渉フィルタ９０８ｒ、９０８ｇ、９０８ｂに挟まれた溝部を形成する（図９（ｂ））。そして、有機溶剤等を用いてレジスト９０６を除去する。
その後、スパッタ法を用いて、二酸化ケイ素層９０５及び平坦化層９０４上にアルミニウム層９０７を形成する。アルミニウム層９０７の厚みは６００ｎｍである（図９（ｃ））。そして、例えば、化学・機械的研磨（CMP: Chemical Mechanical Polishing）法を用いて、アルミニウム層９０７及び二酸化ケイ素層９０５を研磨する（図９（ｄ））。これによって、多層膜干渉フィルタ９０８ｒ、９０８ｇ、９０８ｂの上部が平坦化される。また、遮光膜の形成が完了する。
最後に、多層膜干渉フィルタ９０８ｂ及びアルミニウム層９０７上に集光レンズ９０９が取り付けられることによって固体撮像装置が完成する。
このようにすれば、エッチング工程を経ることなく、化学・機械的研磨法のみを用いて遮光膜を形成することができる。また、遮光膜の形成と同時に固体撮像装置上面を平坦化するので、固体撮像装置の製造工程を簡略化することができる。
（３） 上記実施の形態においては、多層膜干渉フィルタの層数が５層又は７層である場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて４層以下、６層、或いは８層以上であるとしても良い。また、上記実施の形態においてはスペーサ層を挟む多層膜の層数は同一（上下対称）であるとしたが、同一でなくとも良い。多層膜干渉フィルタの層数の如何に関わらず本発明の効果を得ることができる。
（４） 上記実施の形態においては、多層膜干渉フィルタの材料が二酸化ケイ素と二酸化チタンである場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて酸化タンタル（Ｔa2Ｏ5）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、一窒化ケイ素（ＳｉＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ2）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ2）を用いても良い。いずれの材料を用いても、固体撮像装置の微細化に伴う混色を抑制して、色分離機能の低下を抑制するという本発明の効果は同じである。
（５） 上記実施の形態においては、カラーフィルタとして多層膜干渉フィルタを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて単層膜フィルタを用いても良い。
図１０は、本変形例に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。図１０に示されるように、固体撮像装置１０は半導体基板１００１、光電変換部１００２、平坦化層１００３、遮光膜１００４、平坦化層１００５及び集光レンズ１００６を備えている。また、遮光膜１００４は開口部１００４ａを有し、当該開口部１００４ａに単層膜フィルタ１００７ｒ、１００７ｇ及び１００７ｂが配設されている。
集光レンズ１００６は入射光を対応する光電変換部１００２上に集光する。単層膜フィルタ１００７ｒ、１００７ｇ及び１００７ｂは入射光のうち特定の波長成分のみを透過させる。遮光膜１００４は光電変換部１００２と対応関係に無い集光レンズ１００６を透過した光が当該光電変換部１００２に入射するのを防止する。光電変換部１００２は入射光の光量に応じた電気的出力を発生する。平坦化層１００３は単層膜フィルタ１００７ｒ、１００７ｇ及び１００７ｂを形成するために上面が平坦になっており、二酸化ケイ素からなっている。平坦化層１００５は集光レンズ１００６を配設するために上面が平坦になっている。
さて、ここで単層膜フィルタ１００７ｒ等はアモルファスシリコンからなっている。また、単層膜フィルタ１００７ｒ、１００７ｇ及び１００７ｂの膜厚ｄはそれぞれ７０ｎｍ、５５ｎｍ及び４０ｎｍである。波長６５０ｎｍ、５３０ｎｍ及び４７０ｎｍの光に関するアモルファスシリコンの屈折率ｎは４．５、４．７５及び５．０であり、単層膜フィルタの透過率が極大となる波長λと単層膜フィルタの屈折率及び膜厚とは次式のような関係にある。
Figure 2006202778
従って、単層膜フィルタ１００７ｒは波長６５０ｎｍにおいて透過率が極大となる分光特性を有する。また、単層膜フィルタ１００７ｇ、１００７ｂはそれぞれ波長５３０ｎｍ、４７０ｎｍにおいて透過率が極大となる。
一般的に、一定の膜厚を有する媒質は、膜と外部媒質との間の反射によって、その膜厚に応じて強めあう波長、弱めあう波長が決まり、干渉を生じる。また、アモルファスシリコンは波長が４００ｎｍ〜７００ｎｍにおいて消衰係数が０〜２程度の大きな値を有するので吸収材料と呼ぶことができる。故に、特定の波長領域の光を吸収する。
従って、アモルファスシリコンは、その膜厚に応じて異なる波長域の光を通過させるので、受光セル毎に異なる膜厚としてカラーフィルタとすることができる。よって、多層膜干渉フィルタに代えて単層膜フィルタを用いても本発明の効果を得ることができる。
本発明に係る固体撮像装置は、高い色分離機能によって実現される高画質と低コストとの両立が要求されるデジタルスチルカメラ等に利用される固体撮像装置として有用である。
本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ及び１０７ｂの積層構造を示す断面図であって、図２（ａ）は多層膜干渉フィルタ１０７ｒを、図２（ｂ）は多層膜干渉フィルタ１０７ｇを、図２（ｃ）は多層膜干渉フィルタ１０７ｂをそれぞれ示す。 本発明の実施の形態に係る多層膜干渉フィルタ１０７ｒ、１０７ｇ、１０７ｂの分光特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１の寸法を示す図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１を製造するための諸工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態に係る固体撮像装置１の製造工程であって、図５に引き続く製造工程を示す断面図である。 遮光膜を形成してから多層膜干渉フィルタを形成することによって製造される多層膜干渉フィルタの構造を示す断面図である。 本発明の変形例（１）に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。 本発明の変形例（２）に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。 本発明の変形例（５）に係る固体撮像装置の構成の一部を示す断面図である。 従来技術に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。 別の従来技術に係る固体撮像装置の構成を示す断面図である。
符号の説明
１、１０、１１…………………………………固体撮像装置
１０１、１００１、１１０１…………………半導体基板
１０２、１００２、１１０２…………………光電変換部
１０３、９０４、１００３、１１０３………平坦化層
１０４、７０１、１００４、１１０４………遮光膜
１０５、１００５、１１０５、１１０７……平坦化層
１０６、９０９、１００６、１１０８………集光レンズ
１０４ａ、１００４ａ、１１０４ａ…………開口部
１０７ｒ等、７０２、９０８ｒ等……………多層膜干渉フィルタ
２０１、９０１…………………………………二酸化チタン層
２０２、５０１、５０３、９０２、９０５…二酸化ケイ素層
２０３ｒ等、９０３ｒ等………………………スペーサ層
３０１〜３０３…………………………………グラフ
５０２、６０１、６０３、９０６……………レジスト
６０２、９０７…………………………………アルミニウム層
８０１……………………………………………矢印
１００７ｒ等……………………………………単層膜フィルタ
１１０６…………………………………………カラーフィルタ

Claims (14)

  1. 無機材料からなり、入射光のうち特定の波長の光のみを透過させるカラーフィルタと、
    入射光を遮光する遮光膜と、
    カラーフィルタを透過した光の光量に応じた電気信号を生成する光電変換部と、を備え、
    遮光膜は光電変換部に対向する位置に開口部を有し、
    カラーフィルタは遮光膜の開口部の内部に配設されている
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記カラーフィルタは単層膜フィルタである
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記カラーフィルタは多層膜干渉フィルタである
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  4. 多層膜干渉フィルタの膜厚は遮光膜の膜厚を超えず、
    多層膜干渉フィルタ上には平坦化層が積層されており、
    多層膜干渉フィルタと平坦化層とを合わせた膜厚が遮光膜の膜厚に略等しい
    ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
  5. 多層膜干渉フィルタの最大膜厚は遮光膜の膜厚に略等しい
    ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置。
  6. 多層膜干渉フィルタ又は平坦化層上に集光レンズが形成されている
    ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
  7. 多層膜干渉フィルタは、材料を異にし、光学膜厚を同じくする２種類の誘電体層を交互に積層したλ／４多層膜が２組と、
    ２組のλ／４多層膜に挟まれ、λ／４多層膜を構成する誘電体層とは光学膜厚をことにするスペーサ層とからなり、
    λ／４多層膜を構成する誘電体層の材料は、二酸化ケイ素、二酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、一窒化ケイ素、窒化ケイ素、酸化アルミニウム、フッ化マグネシウム、酸化ハフニウム及び酸化マグネシウムのうちの何れか２種類である
    ことを特徴とする請求項３に記載の固体撮像装置。
  8. λ／４多層膜を構成する誘電体層の材料は二酸化ケイ素と二酸化チタンである
    ことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
  9. 二次元配列された光電変換部を有する半導体基板上に多層膜干渉フィルタを形成する第１工程と、
    光電変換部に対向する箇所を残して、多層膜干渉フィルタを除去することによって溝部を形成する第２工程と、
    前記溝部に遮光膜を形成する第３工程と、
    を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
  10. 第３工程は、
    残された多層膜干渉フィルタ及び溝部の上に遮光膜材料を積層する工程と、
    積層した遮光膜材料上であって、前記溝部上にレジストを形成する工程と、
    積層した遮光膜材料を除去する工程と、
    レジストを除去する工程と、
    を含む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。
  11. 第３工程は、
    残された多層膜干渉フィルタ及び溝部の上に遮光膜材料を積層する工程と、
    ウエハ面に対して斜めにエッチングすることによって、多層膜干渉フィルタ上に積層された遮光膜材料を除去する工程と、
    を含む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。
  12. 前記遮光膜材料は金属である
    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。
  13. 二次元配列された光電変換部を有する半導体基板上に、透過させるべき光の波長に応じて膜厚が異なる多層膜干渉フィルタを形成する第１工程と、
    膜厚が異なる多層膜干渉フィルタ間の膜厚差以上の膜厚を有する絶縁体膜を多層膜干渉フィルタ上に形成する第２工程と、
    光電変換部に対向する箇所を残して、絶縁体膜と多層膜干渉フィルタとを除去することによって溝部を形成する第３工程と、
    絶縁体膜及び半導体基板上に遮光膜材料を積層する第４工程と、
    多層膜干渉フィルタの最も膜厚が大きい部分が露出するまで、積層された遮光膜材料と絶縁体膜とを研磨する第５工程と、
    を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
  14. 化学・機械的研磨法を用いて積層された遮光膜材料と絶縁体膜とを研磨する
    ことを特徴とする請求項１３に記載の固体撮像装置の製造方法。
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