JP2010034141A - 固体撮像装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体撮像装置のカラーフィルタ層について、各カラーフィルタ部の厚さについての制限及び微細化に伴う解像度低下に起因した特性劣化を解消する。
【解決手段】固体撮像装置１０は、半導体基板１１上にマトリクス状に配列された複数の光電変換素子１３と、複数の光電変換素子１３同士に挟まれる領域の上方に設けられた壁部２１と、各光電変換素子１３上方において壁部２１に囲まれる各開口部を埋め込むように設けられたカラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒとを備えている
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置に関し、特に、光電変換素子上にカラーフィルタが設けられた固体撮像装置に関するものである。

カラー固体撮像装置には、カラー化のために、各光変換素子に対応する色のカラーフィルタ部（色素層）が所定パターンに配置されたカラーフィルタ層を有している（例えば、特許文献１を参照）。カラー固体撮像装置に使用されるカラーフィルタ層は、例えば、顔料、染料等の着色材料を分散させた感光性樹脂等を基板上に塗布し、更に、露光、現像及び硬化の処理を行なうことによって形成される。

以下、特許文献１に開示されたカラーフィルタ層を有する従来のカラー固体撮像装置について、図面を参照して説明する。図１６（ａ）及び（ｂ）は、画素毎に各色のカラーフィルタ部を有する従来のカラー固体撮像装置１００を説明するための図である。図１６（ａ）は平面図であって主にカラーフィルタ層１２２について示し、また、該図中のXVIb-XVIb'線によるカラー固体撮像装置１００の断面が図１６（ｂ）に示されている。

一般に、一つの固体撮像装置において光の三原色に対応するカラーフィルタを用いてカラー化を行なう単板式カラー固体撮像装置の場合、ベイヤ配列と呼ばれる並び方に従って各色のカラーフィルタ部が配列されたカラーフィルタ層を用いることが多い。図１６（ａ）に示すカラーフィルタ層１２２も、ベイヤ配列のパターンを有するカラーフィルタ層である。

図１６（ａ）に示す通り、カラーフィルタ層１２２において、緑色フィルタ部１２２Ｇが市松模様を形成するように並べられ、残りの部分を埋めるように、行又は列毎に交互に、青色フィルタ部１２２Ｂ又は赤色フィルタ部１２２Ｒが並べられている。つまり、ある行（例えば、図１６（ａ）のXVIb-XVIb'線の行）においては緑、青、緑、青の繰り返しになっており、その隣の行では赤、緑、赤、緑の繰り返しになっている。同様に、ある列において緑、青、緑、青の繰り返しになっており、その隣の列では赤、緑、赤、緑の繰り返しになっている。また、これらの各色のフィルタは、それぞれ一つの画素に対応して配置されている。尚、各画素において、後に説明する円形のマイクロレンズ１２４と、遮光膜１１７に覆われていない領域である開口領域１１７ａとについても位置及び形状を示している
次に、図１６（ｂ）の断面図について説明する。該図に示されている通り、カラー固体撮像装置１００は、Ｎ型半導体基板１１１を用いて形成されている。

Ｎ型半導体基板１１１上にＰ型ウェル層１１２が形成され、Ｐ型ウェル層１１２の上部に、Ｎ型の半導体層として、光電変換を行なう複数の光電変換素子１１３が形成されている。各光電変換素子１１３は、それぞれ一つの画素に含まれることになる。Ｐ型ウェル層１１２及び光電変換素子１１３を覆うように、ゲート絶縁膜１１４が形成されている。光電変換素子１１３同士の間の領域において、ゲート絶縁膜１１４上に、信号の転送を行なう転送電極１１５が形成されている。

転送電極１１５の側面及び上面には層間絶縁膜１１６が形成され、そのため転送電極１１５は層間絶縁膜１１６によって覆われている。更に、層間絶縁膜１１６を覆うように、遮光膜１１７が形成されている。遮光膜１１７はタングステン等からなり、光電変換素子１１３以外の部分への不要な入射光を防ぐ働きを有する。

更に、ゲート絶縁膜１１４及び遮光膜１１７を覆うように、表面保護膜１１８が形成されている。表面保護膜１１８は平坦ではない下地の上に形成された層であるため、光電変換素子１１３上方において凹部を有している。該表面保護膜１１８の凹部を埋めるように第１の透明平坦化膜１１９が形成され、表面保護膜１１８及び第１の透明平坦化膜１１９の上面が面一に平坦化されている。

このように平坦化された表面保護膜１１８及び第１の透明平坦化膜１１９の上に、熱硬化型透明樹脂からなる第２の透明平坦化膜１２０が形成され、更にその上にカラーフィルタ層１２２が形成されている。ここで、第２の透明平坦化膜１２０は、カラーフィルタ層１２２の密着性を向上させると共に、製造工程における現像残渣を少なくする機能を有する。

また、カラーフィルタ層１２２は、それぞれ所定の色素（ここでは緑、青又は赤）を含有するカラーフィルタ部、つまり、緑色フィルタ部１２２Ｇ、青色フィルタ部１２２Ｂ及び赤色フィルタ部１２２Ｒが集合した構成であり、図１６（ａ）のような配列になっている。尚、各カラーフィルタ部は、各光電変換素子１１３に対応してその上方に配置されている。

カラーフィルタ層１２２上には、第３の透明平坦化膜１２３が形成され、その更に上には画素毎にマイクロレンズ１２４が形成されている。第３の透明平坦化膜１２３はマイクロレンズ１２４を精度良く形成するために設けられ、マイクロレンズ１２４は、各画素においてカラーフィルタ部及び光電変換素子１１３への集光効率を向上させる機能を有している。

特許文献１に記載された従来の固体撮像装置の場合、カラーフィルタ層１２２を形成する際には、緑色フィルタ部１２２Ｇ、赤色フィルタ部１２２Ｒ及び青色フィルタ部１２２Ｂのうち撮像領域を占める面積の総和が最も大きくなる緑色フィルタ部１２２Ｇを第一層目として最初に形成する。各緑色フィルタ部１２２Ｇは、第２の透明平坦化膜１２０上に、互いに画素のコーナー部分によって繋がり、且つ、青色及び赤色に対応する位置を開口するように形成される。また、緑色フィルタ部１２２Ｇは、その幅が青色フィルタ部１２２Ｂ及び赤色フィルタ部１２２Ｒに比べて広くなるように形成される。

次に、緑色フィルタ部１２２Ｇの間に残されている開口部のうちの青色に対応する部分に、青色色素を含む感光性着色樹脂を選択的に充填する。更に、所定のフォトマスクを用い、露光、現像及び硬化の処理を経て硬化することにより、それぞれ周囲を緑色フィルタ部１２２Ｇに囲まれた青色フィルタ部１２２Ｂを形成する。

更に、赤色フィルタ部１２２Ｒに対応する開口部に対し、赤色色素を含む感光性着色樹脂を用いて青色フィルタ部１２２Ｂの形成と同様の工程を行ない、それぞれ周囲を緑色フィルタ部１２２Ｇに囲まれた赤色フィルタ部１２２Ｒを形成する。

このようにして形成される青色フィルタ部１２２Ｂ及び赤色フィルタ部１２２Ｒの形状は、緑色フィルタ部１２２Ｇの形成時に設けられる開口部の形状によって規定される。このため、青色フィルタ部１２２Ｂ及び赤色フィルタ部１２２Ｒを形成するためのフォトマスクにおいて、露光パターンの境界は、前記開口部を取り囲むように設定すれば良いことになり、厳密に開口部の形状に合わせる必要はない。よって、フォトマスクの合わせ精度が緩和されている。

また、緑色フィルタ部１２２Ｇは、そのように設計されたフォトマスクを用いて形成することにより、青色フィルタ部１２２Ｂ及び赤色フィルタ部１２２Ｒよりも広い幅を有するようになっている。この結果、緑色フィルタ部１２２Ｇ同士が角の部分によって互いに安定して繋がる。このような製造方法を用いることにより、各カラーフィルタ間に隙間及び重なりが発生するのを避け、混色、感度ムラ等の発生を抑制することができる。
特開２００６−１６３３１６ 特開２００５−５４１９

しかしながら、以上に説明した従来のカラーフィルタ層１２２に関して、以下に述べるような幾つかの問題がある。

従来の緑色フィルタ部１２２Ｇは、青色フィルタ部１２２Ｂを形成する際の青色色素を含む感光性着色樹脂の塗布膜厚、及び、赤色フィルタ部１２２Ｒを形成する際の赤色色素を含む感光性着色樹脂の塗布膜厚よりも厚く形成する必要がある。そのような膜厚を有していない場合、緑色フィルタ部１２２Ｇの形成後、青色色素又は赤色色素を含む感光性レジストを塗布する際に、開口部のみに選択的に塗布されるのではなく、緑色フィルタ部１２２Ｇの上面にも塗布されることになり、フォトマスクについて、高い合わせ精度が要求されることとなる。この合わせがズレると各カラーフィルタ部が重なり、これは混色の原因となるため、避けなければならない。

このことから、緑色フィルタ部１２２Ｇの膜厚を青色フィルタ部１２２Ｂ及び赤色フィルタ部１２２Ｒよりも厚く設定することが必要となり、カラー固体撮像装置に用いる各カラーフィルタの分光特性に関して制約が生じている。このような制約の解消が課題の一つである。

また、一般に、カラー固体撮像装置のカラーフィルタとして、耐光性、耐熱性に優れているため、顔料を分散させた感光性樹脂（以下、顔料分散型レジストとする）を固化させることにより得られる顔料分散型フィルタが広く用いられている。しかしながら、顔料分散型レジストは、露光を行なう際に光が顔料粒子によって散乱させられるため、通常のフォトレジストに比べて解像度が劣る。このため、微細化に対応するのが困難になって来ており、高精細な画像の得られるカラーフィルタ層を形成することも難しい。

図１７（ａ）及び（ｂ）に、微細化した顔料分散型の緑色フィルタ部１２２Ｇについて例示している。ここでは、顔料分散型レジストの解像力が悪いためにエッジ形状が丸くなり、青色フィルタ部１２２Ｂ及び赤色フィルタ部１２２Ｒを形成するための開口部１２２ａは円状となっている。図１６（ａ）には各色のフィルタが略正方形であるようなカラーフィルタ層１２２を示しているが、このようなカラーフィルタ層１２２の形成は、微細化が進むに連れて困難になっている。

尚、図１７（ａ）及び（ｂ）は、開口部１２２ａの大きさが異なる２つの例である。具体的に、図１７（ａ）は、緑色フィルタ部１２２Ｇが光電変換素子１１３上方の領域と、その間に位置する遮光膜１１７上方の領域とにまたがって広く形成され、開口部１２２ａが小さい例であり、図１７（ｂ）は、緑色フィルタ部１２２Ｇが光電変換素子１１３と同じ幅に形成され、開口部１２２ａが大きい例である。

図１７（ａ）のような緑色フィルタ部１２２Ｇを有する場合のカラー固体撮像装置１００を図１８（ａ）及び（ｂ）に、図１７（ｂ）のような緑色フィルタ部１２２Ｇを有する場合のカラー固体撮像装置１００を図１９（ａ）及び（ｂ）に示す。いずれも、図１６（ａ）及び（ｂ）と同様の符号を付している。

以上のように、緑色フィルタ部１２２Ｇの各画素に対する位置合わせのズレが無い場合には、カラーフィルタ層１２２の機能に問題は生じない。

尚、緑色フィルタ部１２２Ｇの幅が最大である図１８（ａ）のとき、青色フィルタ部１２２Ｂ又は赤色フィルタ部１２２が形成されている光電変換素子１１３の角部には、位置合わせのズレが無い場合にも緑色フィルタ部１２２Ｇが掛っている。しかし、このことの影響は、光電変換素子１１３についても厳密には角の部分が丸くなっていることから、僅かである。

しかしながら、緑色フィルタ部１２２Ｇを形成する際、画素に対する位置合わせにズレが生じる場合がある。例として、図２０（ａ）及び（ｂ）に、図１７（ａ）及び（ｂ）の緑色フィルタ部１２２Ｇが一方に（各図において右方向に）ズレた場合を示す。

図２０（ａ）のように緑色フィルタ部１２２Ｇの幅が広い場合、開口部１２２ａが位置しているべき光電変換素子１１３ａの上方に、緑色フィルタ部１２２Ｇが大きく重なることになる。そのため、青色フィルタ部１２２Ｂ及び赤色フィルタ部１２２Ｒを形成すると、図２１（ａ）及び（ｂ）に平面図及びそのXXIb-XXIb'線による断面図を示すように、混色が発生する。つまり、例えば青色フィルタ部１２２Ｂを透過した光１５１が入射するべき光電変換素子１１３ａに、緑色フィルタ部１２２Ｇを透過した光１５２が入射してしまう。同様のことが、赤色フィルタ部１２２Ｒを備える画素においても発生する。

また、図２０（ｂ）のように緑色フィルタ部１２２Ｇの幅が狭い場合、緑色フィルタ部１２２Ｇが位置しているべき光電変換素子１１３ｂの上方に、開口部１２２ａが重なることになる。そのため、青色フィルタ部１２２Ｂ及び赤色フィルタ部１２２Ｒを形成すると、図２２（ａ）及び（ｂ）に平面図及びそのXXIIb-XXIIb'線による断面図を示すように、混色が発生する。つまり、緑色フィルタ部１２２Ｇを透過した光１５３が入射するべき光電変換素子１１３ｂに、例えば青色フィルタ部１２２Ｂを透過した光１５４が入射してしまう。また、別の光電変換素子１１３では、赤色フィルタ部１２２Ｒを透過した光が入射してしまう。

微細化が進行するにつれて、顔料分散型レジストの解像力が不足し、開口部１２２ａが丸くなってしまうため、緑色フィルタ部１２２Ｇの位置合わせズレによる混色は発生しやすくなっている。よって、この点の解決も課題の一つである。

尚、図２３〜２５には、緑色フィルタ部１２２Ｇの幅の違いと、緑色フィルタ部１２２Ｇを形成するために用いるフォトマスクの位置合わせマージンとの関係について示している。

図２３には、緑色フィルタ部１２２Ｇが考え得る最大の幅を有する場合を示している。つまり、各緑色フィルタ部１２２Ｇは、所定の光電変換素子１１３の上方に加えて、その両側の転送電極１１５を覆う遮光膜１１７の上方にまで広がるように形成されている。この場合、緑色フィルタ部１２２Ｇの位置が少しでもズレると、青色フィルタ部１２２Ｂ又は赤色フィルタ部１２２Ｒを備えるべき光電変換素子１１３の上方に緑色フィルタ部１２２Ｇが重なってしまい、混色を生じることになる。つまり、この場合、緑色フィルタ部１２２Ｇを形成するためのフォトマスク１６１について、合わせマージンは無い。

これに対し、図２４には、緑色フィルタ部１２２Ｇが最小の幅を有する場合を示している。つまり、緑色フィルタ部１２２Ｇは、所定の光電変換素子１１３の上方のみに形成されている。この場合、緑色フィルタ部１２２Ｇの位置が少しでもズレると、緑色フィルタ部１２２Ｇを備えるべき光電変換素子１１３の上方に、青色フィルタ部１２２Ｂ又は赤色フィルタ部１２２Ｒが重なってしまい、混色を生じることになる。つまり、この場合も、緑色フィルタ部１２２Ｇを形成するためのフォトマスク１６１について、合わせマージンは無い。

図２５は、合わせマージン１６２が最大になる場合であり、図において最も右にズレた場合の位置を緑色フィルタ部１２２Ｇａ及びフォトマスク１６１ａとして示すと共に、最も左にズレた場合の位置を緑色フィルタ部１２２Ｇｂ及びフォトマスク１６１ｂとして示している。このとき、緑色フィルタ部１２２Ｇは画素と同じ幅、つまり、所定の光電変換素子１１３の幅と、一つの転送電極１１５を覆う遮光膜１１７の幅とを合わせた幅を有する。この範囲に緑色フィルタ部１２２Ｇが形成されていれば、混色は発生しない。

このように、従来のカラー固体撮像装置１００について、緑色フィルタ部１２２Ｇの幅を画素サイズと同じにすると、フォトマスクの合わせマージンが最大となる。但し、実際には、緑色フィルタ部１２２Ｇにより囲まれた開口部１２２ａを精度良く形成するために、画素サイズよりも広い幅に形成することが必要である。

尚、図２１（ｂ）、図２２（ｂ）、図２３〜図２５において、緑色フィルタ部１２２Ｇの側面が垂直になっているが、これは図を簡略に表したものである。顔料分散型レジストを用いる場合、通常、図１６（ｂ）に示すように緑色フィルタ部１２２Ｇの側面は斜めになる。これも、露光を行なう際に光がレジスト中に含まれる顔料粒子によって散乱させられるためである。

また、カラーフィルタ形成材料としては、顔料分散型レジストの他に、染料を感光性樹脂に分散させた染料内添型レジストも使用されている。染料内添型レジストであれば、樹脂中に粒子を含まないために、通常使用されているフォトレジストと同等の解像力を得ることができる。しかし、染料内添型レジストは、顔料分散型レジストに比べると耐光性、耐熱性等において劣るため、カラー固体撮像装置のカラーフィルタ形成材料としての使用は限定される。つまり、単純に顔料分散型レジストを染料内添型レジストにより置き換えることはできない。

以上の課題に鑑み、本発明は、各カラーフィルタ部の分光特性に関する制約を避けると共に、混色等の画質劣化を避けることができ、微細化に対応したカラーフィルタ層を備えるカラー固体撮像装置と、その製造方法とを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置は、半導体基板上にマトリクス状に配列された複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子同士に挟まれる領域の上方に設けられた壁部と、各光電変換素子上方において壁部に囲まれる各開口部を埋め込むように設けられたカラーフィルタ部とを備えている。

本発明の固体撮像装置によると、各光電変換素子上方に設けられたカラーフィルタ部は、それぞれ、隣り合う光電変換素子同士の間の領域上方に設けられた壁部によって囲まれている。このような複数のカラーフィルタ部及び壁部により、カラーフィルタ層が構成されている。

壁部は、その下地となる面から突出して設けられて各カラーフィルタ部の間を区切る部分であって、カラーフィルタとして機能する部分ではない。このため、従来のカラーフィルタ層における緑色フィルタ部の形成材料が顔料分散型レジストである必要があったのとは異なり、通常のレジスト材料、染料内添型レジスト等の他の材料によって形成することができる。つまり、顔料分散型レジストに比べて解像力の高い材料を用いて壁部を形成することができ、微細化が進んだ場合にもより正確に望みの形状を有するパターンを形成することができる。

このような壁部は光電変換素子上方に位置する領域を囲んで開口部を構成し、該開口部を埋め込むように各色のカラーフィルタ部が形成されている。このため、各カラーフィルタ部の形状は、壁部の形状によって定められる。この結果、カラーフィルタ部の形成材料として解像力の低い材料を用いたとしても、パターンの正確さを低下させること無しにカラーフィルタ部を形成することもできる。また、カラーフィルタ部を形成する際には、開口部の周囲を取り囲むようにフォトマスクの露光パターンを設定すれば良いことになり、フォトマスクの形状及び位置合わせについて要求される厳密さが低減されている。

また、各色のカラーフィルタ部同士の厚さの関係に制限はない。つまり、特定の色のカラーフィルタ部を他の色のカラーフィルタ部よりも厚くしなければならない等の制限はない。このため、各カラーフィルタ部の分光特性に関する制約は従来よりも緩和されている。

尚、複数のカラーフィルタ部の高さは、壁部の高さ以下であることが好ましい。

このようにすると、各色のカラーフィルタ部が壁部上面に乗り上げること、該カラーフィルタ部を形成するべき光電変換素子以外の光電変換素子上方にまではみ出すこと等を避けることができ、混色等を防ぐことができる。

また、壁部の幅は、光電変換素子同士の間の距離以下であることが好ましい。

このようにすると、光電変換素子上方に壁部が重なり、カラーフィルタ層としての機能に悪影響が出るのを避けることができる。更に、壁部の幅を狭くするほど、光電変換素子に対する壁部の形成位置について、許容されるズレがより大きくなる。

また、複数のカラーフィルタ部は、各光電変換素子に対して一つの色を有し、複数の光電変換素子の配列に対して複数の色からなる所定の配列を構成していることが好ましい。

例えば、緑色、青色及び赤色の各カラーフィルタ部によるベイヤ配列のパターンを構成することにより、カラーフィルタ層として機能する。

また、壁部は、第１の感光性着色樹脂から形成されることが好ましい。更に、第１の感光性着色樹脂は、染料内添型レジストであることが好ましい。

壁部が着色されていることにより、壁部に対して入射した光を吸収し、このような光が乱反射して光電変換素子に入り込むのを抑制することができる。これにより、スミア等のノイズを低減することができる。特に、染料内添型レジストは、解像力が高く線幅が例えば０．４μｍ以下の微細なパターンにおいても良好なエッジ形状を得る（基板に対して垂直な側面を有する壁部を設ける）こと及び高い寸法精度を実現することができるため、壁部を形成する材料として有用である。

また、複数のカラーフィルタ部は、それぞれ、第２の感光性着色樹脂を用いて形成されることが好ましい。更に、第２の感光性着色樹脂は、顔料分散型レジストであることが好ましい。

カラーフィルタ部の形成材料としては感光性着色樹脂が有用であり、特に、耐光性及び耐熱性の観点から顔料分散型レジストを用いるのが良い。染料内添型レジストに比べて解像力が低いという顔料分散型レジストの欠点は、壁部に設けられた開口部にカラーフィルタ部を形成することにより解消される。

また、複数のカラーフィルタ部の屈折率は、壁部の屈折率よりも大きいことが好ましい。

このようにすると、カラーフィルタ部内から壁部に達した光は反射されてカラーフィルタ部内に留まる。よって、光電変換素子に到達する光が多くなり、固体撮像装置としての感度が向上する。

また、壁部の透過率は、各カラーフィルタ部の透過率以下であることが好ましい。

このようにすると、カラーフィルタ部ではなく壁部に対して入射した光を吸収し、このような光が乱反射して光電変換素子に入り込むのを抑制することができる。これにより、スミア等のノイズを低減することができる。

前記の目的を達成するため、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板に、複数の光電変換素子を配列して形成する工程（ａ）と、複数の光電変換素子同士に挟まれる領域上に、各光電変換素子上方の領域をそれぞれ開口部として囲む壁部を形成する工程（ｂ）と、各開口部を埋め込むように、それぞれ所定の色を有する複数のカラーフィルタ部を形成する工程（ｃ）とを備える。

本発明に係る固体撮像装置の製造方法によると、下地となる面から突出し且つ各光電変換素子上方に開口部を有するように壁部を形成し、該開口部を埋め込むようにカラーフィルタ部を形成する。このため、工程（ｂ）において壁部が正確に形成されていれば、工程（ｃ）にてカラーフィルタ部を形成する際に、フォトマスクのパターンは開口部の周囲を取り囲むようになっていれば良いことになる。つまり、フォトマスクの形状及び位置合わせについて、精度の要求は比較的低くなっている。

尚、工程（ｂ）は、第１の感光性着色樹脂を塗布する工程と、第１の感光性着色樹脂を露光し且つ現像する工程とを含むことが好ましい。

このようにすると、第１の感光性着色樹脂を用いて壁部を形成することができる。特に、解像力の高い染料内添型レジスト等を用いると、輪郭の形状及び寸法について精度の高い壁部を形成することができる。

また、工程（ｃ）において、複数の開口部を埋め込むように第２の感光性着色樹脂を塗布し、露光及び現像を行なって所定の開口部のみに所定の色を有するカラーフィルタ部を形成する工程を複数回行なうことにより、各光電変換素子に対して一つの色を有し、複数の光電変換素子の配列に対して所定の色の配列を有する複数のカラーフィルタ部を構成することが好ましい。

このようにして、所定の色の配列を有するカラーフィルタ層を形成することができる。特に、第２の感光性着色樹脂としては、耐光性及び耐熱性の観点から顔料分散型レジストを用いるのがよい。壁部に設けられた開口部を埋め込むように形成されるため、解像力が低いという問題は回避されている。

また、複数のカラーフィルタ部の高さは、壁部の高さ以下に形成することが好ましい。

このようにすると、壁部上面にまでカラーフィルタ部が重なって混色等の原因となるのを防ぐことができる。

また、複数のカラーフィルタ部上に、透明平坦化膜を介して複数のマイクロレンズを形成する工程（ｄ）を更に備え、工程（ｂ）において壁部を形成するために用いるフォトマスクを、工程（ｄ）において複数のマイクロレンズを形成するためにも用いることが好ましい。

このようにすると、使用するフォトマスクの数を増やすこと無しに、集光性を高めるためのマイクロレンズを形成することができる。

また、壁部をネガ型レジストにより形成すると共に、複数のマイクロレンズをポジ型レジストにより形成することが好ましい。

つまり、同じフォトマスクを用いて壁部及びマイクロレンズを形成するために、各光電変換素子の間の領域に設けられる壁部についてはネガ型レジストを用い、各光電変換素子上方に設けられるマイクロレンズについてはポジ型レジストを用いる。

本発明によると、マスク合わせズレに起因する混色、感度ムラ等が抑制され、高精細な画像の得られる固体撮像装置を実現することができると共に、そのような固体撮像装置を十分なプロセスマージンをもって製造することができる。

以下、本発明に係るカラー固体撮像装置の一実施形態について、図面を参照して説明する。但し、図面はいずれも模式的に示すものであって、必ずしも実際の寸法を反映するものではない。

図１（ａ）〜（ｃ）は本実施形態のカラー固体撮像装置１０について説明する図であり、特に、図１（ａ）はカラーフィルタ層２２をマイクロレンズ２４の側から見た様子を示す平面図、図１（ｂ）及び（ｃ）はそれぞれ図１（ａ）におけるIb-Ib'線及びIc-Ic'線による断面図である。

図１（ｂ）及び（ｃ）に示すように、カラー固体撮像装置１０は、第１導電型（例えばＮ型、以下では単にＮ型と記す）の半導体基板１１を用いて形成されている。

半導体基板１１上に、第２導電型（ここではＰ型、以下では単にＰ型と記す）のウェル層１２が形成されている。ウェル層１２の上部に、Ｎ型の半導体層として、光電変換を行なう複数の光電変換素子１３がマトリクス状に配列するように形成されている。各光電変換素子１３は、それぞれ一つの画素に含まれることになる。Ｐ型のウェル層１２及び光電変換素子１３を覆うように、ゲート絶縁膜１４が形成されている。更に、光電変換素子１３同士の間の領域において、ゲート絶縁膜１４上に、信号の転送を行なう転送電極１５が多結晶シリコンを材料として形成されている。

転送電極１５の側面及び上面には層間絶縁膜１６が形成され、そのため転送電極１５は層間絶縁膜１６によって被覆され且つ周囲から絶縁されている。更に、層間絶縁膜１６を覆うように、光電変換素子１３上を除く画素領域の全面に遮光膜１７が形成されている。遮光膜１７はタングステン等からなり、光電変換素子１３以外の部分への不要な入射光を防ぐ働きを有する。

また、ゲート絶縁膜１４及び遮光膜１７を覆うように、ＳｉＯＮ等からなる表面保護膜１８が形成されている。表面保護膜１８は、平坦ではない下地の上に形成された層であるため、光電変換素子１３上方において凹部を有している。該表面保護膜１８の凹部を埋めるように第１の透明平坦化膜１９が形成され、表面保護膜１８の上面と第１の透明平坦化膜１９の上面とが面一に平坦化されている。第１の透明平坦化膜１９は、後にカラーフィルタ層２２を精度良く形成するために設けるものであり、例えば、フェノール系樹脂等を主成分とする感光性透明膜を用いて形成されている。更に、第１の透明平坦化膜１９上に、アクリル系熱硬化型透明樹脂からなる第２の透明平坦化膜２０が設けられている。

第２の透明平坦化膜２０上にはカラーフィルタ層２２が設けられている。その上に第３の透明平坦化膜２３が形成され、更にその上に、各光電変換素子１３の上方に位置するように、マイクロレンズ２４が設けられている。

ここで、カラーフィルタ層２２は、光電変換素子１３同士の間の領域上方に設けられ、各光電変換素子１３の上方の領域をそれぞれ開口部として囲む格子状の壁部２１と、各開口部を埋め込むように設けられた緑色フィルタ部２２Ｇ、青色フィルタ部２２Ｂ及び赤色フィルタ部２２Ｒ（以下、これら３つをまとめて各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒと記す場合がある）とを有する構造である。各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒは、図１（ａ）に示す、いわゆるベイヤ配列のパターンとなっている。つまり、緑、青、緑、青と繰り返す行（図１（ａ）のIb-Ib'線の行）及び列と、赤、緑、赤、緑と繰り返す行（図１（ａ）のIc-Ic'線の行）及び列とが交互に繰り返すような配列である。

壁部２１の高さは各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒの高さよりも高くなっており、このことによって壁部２１の開口部から各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒがはみ出すこと無く形成される。よって、混色を起こすことはない。

また、各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒの高さは、壁部２１よりも低くなっていれば良いのであり、それぞれの形成材料の塗布膜厚を適宜設定することにより、自由に設定することができる。よって、緑色フィルタ部１２２Ｇが他のカラーフィルタ部よりも厚くなければならなかった従来の構造に比べ、各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒについて、分光特性の制約は少なくなっている。

ここで、壁部２１の材料として、顔料分散型レジストに比べて高い解像力を有する材料（染料内添型レジスト等）を用いることにより、微細化した装置においても精度良く形成することができる。例えば、従来技術において図１７（ａ）及び（ｂ）のように微細化に伴ってパターンが丸くなってしまうのとは異なり、四角形に近い形状をより容易に得ることができる。また、顔料分散型レジストを用いる場合にはエッジの断面形状が斜めになるが、これを避けて垂直な形状を得ることもできる。

また、各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒは壁部２１に設けた開口部を埋め込むように形成するため、解像力については劣る顔料分散型レジストであっても精度に問題が生じることはなく、耐光性及び耐熱性について優れるという利点を有効に活用できる。

以上のことから、各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒの形状を均一にし且つ隣接するカラーフィルタ部の重なりを避けることができるため、隣接するカラーフィルタ部からの混色、感度ムラ、ライン濃淡、色シェーディング等の光学特性を向上することができる。

また、各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒそれぞれの屈折率を壁部２１の屈折率よりも大きくすると、カラーフィルタ部から壁部２１に達した光はカラーフィルタ部の側に反射し、結果として光電変換素子１３に効率良く集光される。これにより、カラー固体撮像装置１０の光感度を向上することができる。

また、壁部２１における光の透過率を各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒの透過率に比べて小さくすることにより、壁部２１に入射した光を吸収し、このような光が乱反射の結果として光電変換素子１３に達するのを抑えることができる。これにより、スミア等のノイズを低減することができる。

尚、カラー固体撮像装置１０について寸法の例を挙げると、図１（ｂ）に示すように、画素の幅Ａが１．４μｍ程度、各画素において遮光膜１７に挟まれた開口部の幅Ｂが０．７〜０．８μｍ程度、各画素間における壁部２１の幅Ｃが０．３〜０．４μｍ程度である。これは一例に過ぎず、任意の寸法にて設計することが可能である。但し、好ましくは画素の幅Ａが１．６μｍ程度以下、壁部２１の幅Ｃは０．１〜０．７μｍ程度である。このような寸法であるか又は更に微細化した場合に、従来技術における課題が顕著に表れるため、それを解決する本実施形態のカラー固体撮像装置１０が特に有用である。

次に、カラー固体撮像装置１０の製造方法、特に、カラーフィルタ層２２の製造法について、図面を参照しながら説明する。

図２（ａ）はカラー固体撮像装置１０の製造途中の平面図であり、そのIIb-IIb'線における断面図が図２（ｂ）である。

初めに、Ｎ型の半導体基板１１上にＰ型のウェル層１２を形成し、ウェル層１２の表面にＮ型の不純物拡散層として光電変換素子１３を平面視した際にマトリクス状に配列するように形成する。ウェル層１２及び光電変換素子１３は、一般的な手法としてフォトリソグラフィ工程、イオン注入工程及び熱拡散工程を繰り返すことにより形成される。

次に、ウェル層１２及び光電変換素子１３の上方を覆うように、ゲート絶縁膜１４を形成する。その後、ゲート絶縁膜１４上に、多結晶シリコンからなる転送電極１５を形成する。これは、光電変換素子１３同士の間の領域に形成する。更に、転送電極１５の表面を被覆して電気的に絶縁するための層間絶縁膜１６と、層間絶縁膜１６を覆うタングステン等からなる遮光膜１７とを順次形成する。

遮光膜１７の形成後、ゲート絶縁膜１４及び遮光膜１７の表面を覆うように、例えば熱フローによるＢＰＳＧ膜（ホウ素−リンケイ酸ガラス膜）、ＳｉＯＮ膜等からなる表面保護膜１８を形成する。この時点では、光電変換素子１３の上方、つまり、転送電極１５同士の間の部分において、表面保護膜１８の上面に凹部（窪み）が生じている。尚、図２（ａ）及び（ｂ）において、遮光膜１７の形成されていない領域を開口領域１７ａとして示している。開口領域１７ａに入射した光は、光電変換素子１３に達して検出されることになる。

この後、アルミ合金等からなる配線を形成し、該配線を保護するために、例えばＳｉＯＮ膜等を堆積させる。更に、電極取り出し用のボンディングパッドを開口する。これらについては、図示を省略する。

次に、図３の工程を説明する。初めに、カラーフィルタ層２２を精度良く形成するための前処理として、第１の透明平坦化膜１９を形成する。これは、アルミ合金からなる配線領域、多結晶シリコンからなる転送電極１５等の凸部の間に生じた凹部を埋め込むように形成する。例えば、フェノール系樹脂を主成分とする感光性透明レジストを塗布し、所定のフォトマスクを用いた露光及び現像（ブリーチング及びベークを含む）を行なうことにより形成すればよい。また、透明膜を複数回塗布した後にエッチバックにより平坦化する方法、透明膜の塗布後に熱フロー処理により平坦化する方法、更にはこれらを組み合わせて更に平坦度を向上させる方法等を取ることもできる。

このようにして、光電変換素子１３の上方の凹部を埋め込み、紫外線照射によって透過率の高められた第１の透明平坦化膜１９が形成される。

続いて、表面保護膜１８及び第１の透明平坦化膜１９の上に、例えばアクリル系熱硬化型透明樹脂を塗布し、熱処理により硬化することにより、第２の透明平坦化膜２０を形成する。これは、カラーフィルタ層２２を形成する際に、壁部２１及び各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒの密着性向上と、現像残渣の低減とを目的として形成する。

次に、平面図である図４（ａ）及びそのIVb-IVb'線による断面図である図４（ｂ）に示す工程について説明する。ここでは、第２の透明平坦化膜２０上に壁部２１を形成する。

これは、後に形成する各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒの境界となる領域に形成する。つまり、互いに隣り合う光電変換素子１３同士の間に存在する非受光領域であり、更に言い換えると、転送電極１５及び遮光膜１７の上方の領域である。図４（ａ）にも示す通り壁部２１は格子状の平面パターンを有しており、第２の透明平坦化膜２０上に突出して、各光電変換素子１３上方の領域をそれぞれ開口部２２ａとして囲んでいる。

また、壁部２１を形成するには、感光性でネガ型の染料内添型レジストを塗布し、所定のフォトマスクを用いた露光及び現像工程を行なう。この際、壁部２１の幅を遮光膜１７の幅よりも狭くするのが良い。顔料分散型レジストに比べて解像力の高い染料内添型レジストを用いることにより、微細化したカラーフィルタ層２２においても高精度に壁部２１を形成することが可能となっている。また、ここでは一例として緑色の染料内添型レジストを用いるが、黒色等の他の色でも構わない。但し、レジストとして使用可能な色を選ぶことは必要である。

次に、平面図である図５（ａ）及びそのVb-Vb'線による断面図である図５（ｂ）に示す工程について説明する。

格子状の平面パターンを有する壁部２１の形成後、例えばＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）膜を蒸気塗布し、続いて、例えば緑色フィルタ部２２Ｇを形成するための緑色顔料分散型レジスト２２Ｇａを塗布する。このとき、格子状の壁部２１上には残らないような条件、つまり、壁部２１の厚さと同じか、より小さい塗布膜厚となる条件を設定する。

尚、ここで用いる緑色顔料分散型レジストは、緑色波長の光を選択的に透過するように調合された顔料を含むものである。また、第２の透明平坦化膜２０に対する密着性に問題が無いのであれば、ＨＭＤＳの塗布を省略してもよい。

次に、平面図である図６（ａ）及びそのVIb-VIb'線による断面図である図６（ｂ）に示す工程について説明する。

ここでは、塗布されたネガ型の緑色顔料分散型レジスト２２Ｇａについて、所定のフォトマスクを用いて露光し、更に現像を行なう。該フォトマスクは、光電変換素子１３上方の緑色フィルタ部２２Ｇを各行及び各列について一つおきに残し、市松模様を構成するように設計されている。

次に、平面図である図７（ａ）及びそのVIIb-VIIb'線による断面図である図７（ｂ）に示す工程について説明する。

ここでは、第１色目の緑色フィルタ部２２Ｇに続いて、第２色目（例えば青色）のカラーフィルタ部となる青色フィルタ部２２Ｂと、第３色目（例えば赤色）のカラーフィルタ部となる赤色フィルタ部２２Ｒとを形成する。これらのカラーフィルタ部は、先に説明した緑色フィルタ部２２Ｇの形成方法と同様に行なう。つまり、それぞれの色のネガ型の顔料分散型レジストを塗布し、所定の位置にカラーフィルタ部が形成されるように設計されたフォトマスクを用いた露光及び現像を行なって形成する。

この後、カラーフィルタ層２２上に第３の透明平坦化膜２３を形成し、更にその上にマイクロレンズ２４を形成すると、図１（ａ）〜（ｃ）に示すカラー固体撮像装置１０が完成する。

尚、第３の透明平坦化膜２３を形成するには、例えば、アクリル系樹脂を主成分とする熱硬化性透明樹脂を全面に塗布し、ホットプレートを用いたベーク（熱処理）によって硬化する処理を複数回繰り返す。その後、受光面から第３の透明平坦化膜２３上面までの距離を短くすることによる感度向上と、第３の透明平坦化膜２３上面の平坦度向上とを目的として、周知のエッチバック法により、第３の透明平坦化膜２３を可能な限りエッチングする。このエッチングは、壁部２１に対しても行なうことにより、各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒのうちの最も高い位置に相当する高さに揃えるようにしてもよい。

続いて、第３の透明平坦化膜２３の表面上に、各光電変換素子１３の上方に配置され、上に凸状のマイクロレンズ２４を形成する。これは、第３の透明平坦化膜２３上にフェノール系樹脂を主成分とする感光性のポジ型透明レジストを塗布し、所定のフォトマスクを用いた露光及び現像（ブリーチング及びベークを含む）工程を経て行なわれる。マイクロレンズ２４は、紫外線照射（ブリーチング）により透過率が高められている。

尚、マイクロレンズ２４のベークは、各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒと、壁部２１とについて分光特性の劣化を防ぐため、比較的低温の処理温度、例えば２００℃以下にて行なうことが望ましい。

また、マイクロレンズ２４の形成に用いるフォトマスクとして、壁部２１の形成に用いるフォトマスクと同じフォトマスクを用いることが可能である。これは、壁部２１をネガ型のレジスト、マイクロレンズ２４をポジ型のレジストにより形成することによって可能である。ここで、現像が終わった時点ではマイクロレンズ２４の材料であるレジストは図４（ａ）に示す開口部２２ａと同様の平面形状をしており、その後のベークによって円状のマイクロレンズ２４となる。

以上のような工程により、本実施形態のカラー固体撮像装置１０が製造される。繰り返しになるが、解像力の高い染料内添型レジストを用いて精度良く壁部２１を形成し、その開口部を埋めるように顔料分散型レジストからなる各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒを形成することにより、隙間や重なりの無いカラーフィルタ層２２を形成することができる。このため、高精細な画像の得られるカラー固体撮像装置を製造することができる。

尚、図８（ａ）及び（ｂ）には、壁部２１の厚さ（高さ）と、その開口部２２ａを埋め込むように塗布された緑色顔料分散型レジスト２２Ｇａの厚さとの関係を示す。より具体的には、図５（ｂ）の工程において、壁部２１の厚さを変化させ、顔料分散型レジストを平坦面に塗布した場合には厚さが０．３μｍとなる条件により顔料分散型レジストを壁部が形成された基板上に塗布すると、顔料分散型レジストの塗布膜厚が壁部２１の厚さに依存して変化することを示している。図８（ａ）は、壁部２１の厚さが０．３μｍの場合を示し顔料分散型レジストの膜厚は０．１５μｍである。図８（ｂ）は、壁部２１の厚さが０．４５μｍの場合を示し、顔料分散型レジストの膜厚は０．３μｍとなる。この後の製造工程を進行させると、それぞれ異なる厚さの緑色フィルタ部２２Ｇが得られる。これは、他の色のカラーフィルタ部についても同様である。

このように、壁部２１の厚さの違いを、各色カラーフィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒの膜厚を制御するための方法の一つとして利用することができる。これは、カラーフィルタ層２２の特性を制御するために有用である。

また、図は省略するが、壁部２１のピッチが狭くなるほど、開口部２２ａに対する塗布膜厚は壁部２１の厚さに近付く。

次に、壁部２１の幅と、遮光膜１７に対する壁部２１の形成位置（壁部２１を形成する際のフォトマスクの位置合わせ）と、混色との関係を説明する。

図９（ａ）及び（ｂ）は、転送電極１５上を覆う遮光膜１７の幅Ｄに比べて壁部２１の幅Ｃが狭い場合について、壁部２１がズレ無く形成されている例及び図において右側にズレて形成されている例を示している。このように幅Ｄよりも幅Ｃが狭い場合には、多少の位置のズレであれば混色等が発生することはない。つまり、壁部２１の位置合わせについて、一定のマージンを有する。

図１０（ａ）及び（ｂ）には、図９（ｂ）の位置の壁部２１を有するカラーフィルタ層２２が形成された場合について、平面図及びそのXb-Xb'線による断面図を示す。ここにも示される通り、遮光膜１７の幅Ｄよりも壁部２１の幅Ｃが狭い場合には、壁部２１の位置が多少ズレたとしても、壁部２１に入射した光６３は遮光膜１７に遮られ、光電変換素子１３には到達しない。つまり、混色が生じない。

これに対し、図１１（ａ）及び（ｂ）には、遮光膜１７の幅Ｄと壁部２１の幅Ｃとが同じである場合を示す。壁部２１の幅Ｃがこれより大きくなるとズレが無くても壁部２１が光電変換素子１３上方に重なることになるから、この場合の幅Ｃは、設定しうる最大である。このような場合にも、壁部２１の位置にズレが無ければ混色は生じない（図１１（ａ））。しかし、少しでも壁部２１の位置にズレがあると、混色が生じてしまう（図１１（ｂ））。

図１２（ａ）及び（ｂ）には、図１１（ｂ）の位置の壁部２１を有するカラーフィルタ層２２が形成された場合について、平面図及びそのXIIb-XIIb'線による断面図を示す。ここに示される通り、遮光膜１７の幅Ｄと壁部２１の幅Ｃとが同じである場合、壁部２１の位置が少しでもズレると、壁部２１に入射した光６４は光電変換素子１３に到達してしまう場合がある。つまり、混色が生じてしまう。

但し、従来のカラー固体撮像装置における混色は、所定の色のカラーフィルタ部を透過した光に、他の色のカラーフィルタ部を透過した光が混ざってしまう現象である（図２１（ｂ）、図２２（ｂ）等を参照）。これに対し、本実施形態のカラー固体撮像装置１０の場合、図１２（ｂ）に示す混色は、所定の色のカラーフィルタ部を透過した光に対し、壁部２１を透過した光が混ざって生じる。壁部２１の透過率は各色フィルタ部２２Ｇ、２２Ｂ及び２２Ｒよりも低く設定されているため、壁部２１を透過する光の量は極僅かとなり、混色が生じたとしても、影響は小さい。

次に、図１３〜図１５には、壁部２１の幅と、壁部２１を形成するためのフォトマスクの位置合わせマージンとについて示す。

図１３は、壁部２１の幅Ｃと、遮光膜１７の幅Ｄとが同じである場合を示す。この場合、フォトマスク６１の位置合わせが少しでもズレると壁部２１が遮光膜１７上方を外れてしまい、混色が生じることになる。つまり、フォトマスク６１は位置合わせマージンを全く有していない。

図１４は、壁部２１の幅Ｃが、遮光膜１７の幅Ｄの半分（１／２）である場合を示す。この場合、図中にて最も右にズレた位置（フォトマスク６１ａ及び壁部２１ａの位置）から最も左にズレた位置（フォトマスク６１ｂ及び壁部２１ｂの位置）までの範囲にズレが収まっていれば、混色は生じない。つまり、合わせマージンＭ１を得ることができる。

図１５は、壁部２１の幅Ｃが更に狭い場合（例えば、遮光膜１７の幅Ｄの１／４である場合）を示す。この場合も、図１４の場合と同様に合わせマージンＭ２を得ることができる。また、この場合の合わせマージンＭ２は、図１４の場合の合わせマージンＭ１よりも更に大きい。

このように、壁部２１の幅を小さくすることにより、マスク合わせのマージンを大きくすることができる。よって、壁部２１は可能な限り狭い幅Ｃに形成することが好ましい。下限は、パターンとして維持可能な最小寸法、加工可能な最小寸法等に応じて決まることになる。

尚、壁部２１形成時の位置合わせマージンは、従来技術における緑色フィルタ部１２２Ｇ形成時の位置合わせマージンに比べて大きくなっている。これは、顔料分散型レジストにより形成される緑色フィルタ部１２２Ｇの開口部は、解像力の不足から微細化が進行すると丸い形状になってしまうのに対し、染料内添型レジストにより形成される壁部２１の開口部２２ａは、より容易に四角形に近い形状を得ることができるためである。

以上、本発明の実施形態に係るカラー固体撮像装置１０及びその製造方法について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な形態で実施することができる。例えば、上記の実施形態では、カラーフィルタ層２２の例として、色調が優先される固体撮像装置に用いられる原色方式について説明したが、感度が優先される固体撮像装置に用いられる補色方式であってもよい。補色方式の場合には、カラーフィルタ層として、マゼンタ光用カラーフィルタ部、緑色光用カラーフィルタ部、黄色光用カラーフィルタ部、シアン光用カラーフィルタ部が周知の色配列に従って、定められた位置に形成される。

また、本実施形態ではＣＣＤ型の固体撮像装置の場合を説明したが、これに限定されるわけではなく、ＭＯＳ型等の増幅型固体撮像装置、更にその他のタイプの固体撮像装置に本発明を適用することも可能である。

本発明は、カラーフィルタ層の構造により隣接する画素からの混色、ライン濃淡、色シェーディング、感度バラツキ等の光学特性について優れたカラー固体撮像装置として有用である。

図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るカラー固体撮像装置を示す平面図及び２つの断面図である。 図２（ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るカラー固体撮像装置の製造工程を説明するための平面図及び断面図である。 図３は、図２（ｂ）から更にカラー固体撮像装置の製造工程が進行した状態を示す断面図である。 図４（ａ）及び（ｂ）は、図３から更にカラー固体撮像装置の製造工程が進行した状態を示す平面図及び断面図である。 図５（ａ）及び（ｂ）は、図４（ａ）及び（ｂ）から更にカラー固体撮像装置の製造工程が進行した状態を示す平面図及び断面図である。 図６（ａ）及び（ｂ）は、図５（ａ）及び（ｂ）から更にカラー固体撮像装置の製造工程が進行した状態を示す平面図及び断面図である。 図７（ａ）及び（ｂ）は、図６（ａ）及び（ｂ）から更にカラー固体撮像装置の製造工程が進行した状態を示す平面図及び断面図である。 図８（ａ）及び（ｂ）は、壁部の高さと、開口部に塗布されるレジストの厚さとの関係を示す断面図である。 図９（ａ）及び（ｂ）は、壁部の幅が遮光膜の幅よりも狭い場合において、壁部の位置ズレと混色について示す平面図である。 図１０（ａ）及び（ｂ）は、図９（ｂ）のような壁部を有するカラーフィルタ層について、混色が生じないことを説明する平面図及び断面図である。 図１１（ａ）及び（ｂ）は、壁部の幅と遮光膜の幅とが同じである場合において、壁部の位置ズレと混色について示す平面図である。 図１２（ａ）及び（ｂ）は、図１１（ｂ）のような壁部を有するカラーフィルタ層について、混色が生じることを説明する平面図及び断面図である。 図１３は、遮光膜の幅と同じ幅の壁部を形成する場合、フォトマスクの位置合わせマージンが無いことを説明する図である。 図１４は、遮光膜の幅の１／２幅の壁部を形成する場合について、フォトマスクの位置合わせマージンを説明する図である。 図１５は、遮光膜の幅の１／４幅の壁部を形成する場合について、フォトマスクの位置合わせマージンが図１４の場合よりも大きくなることを説明する図である。 図１６（ａ）及び（ｂ）は、従来のカラー固体撮像装置について示す平面図及び断面図である。 図１７（ａ）及び（ｂ）は、従来のカラーフィルタ層のうちの緑色フィルタ部について、その開口部が丸く形成された様子を示す平面図であり、開口部の大きさが異なる２例である。 図１８（ａ）及び（ｂ）は、図１７（ａ）のような緑色フィルタ部が形成された場合の従来のカラー固体撮像装置について示す平面図及び断面図である。 図１９（ａ）及び（ｂ）は、図１７（ｂ）のような緑色フィルタ部が形成された場合の従来のカラー固体撮像装置について示す平面図及び断面図である。 図２０（ａ）及び（ｂ）は、図１７（ａ）及び（ｂ）の緑色フィルタ部に位置合わせずれが生じた場合を示す図である。 図２１（ａ）及び（ｂ）は、図２０（ａ）の緑色フィルタ部が形成された場合の従来のカラー固体撮像装置について示す平面図及び断面図であり、混色が生じることを説明する図である。 図２２（ａ）及び（ｂ）は、図２０（ｂ）の緑色フィルタ部が形成された場合の従来のカラー固体撮像装置について示す平面図及び断面図であり、混色が生じることを説明する図である。 図２３は、従来のカラー固体撮像装置を製造する際に、緑色フィルタ部の幅を最大にすると、フォトマスクの位置合わせマージンが無いことを示す図である。 図２４は、従来のカラー固体撮像装置を製造する際に、緑色フィルタ部の幅を最小にすると、フォトマスクの位置合わせマージンが無いことを示す図である。 図２５は、従来のカラー固体撮像装置を製造する際に、緑色フィルタ部の幅を中程度にすると、フォトマスクの位置合わせマージンを得られることを示す図である。

符号の説明

１０ カラー固体撮像装置
１１ 半導体基板
１２ ウェル
１３ 光電変換素子
１４ ゲート絶縁膜
１５ 転送電極
１６ 層間絶縁膜
１７ 遮光膜
１７ａ 開口領域
１８ 表面保護膜
１９ 第１の透明平坦化膜
２０ 第２の透明平坦化膜
２１ 壁部
２１ａ 壁部
２１ｂ 壁部
２２ カラーフィルタ層
２２Ｂ 青色フィルタ部
２２Ｇ 緑色フィルタ部
２２Ｒ 赤色フィルタ部
２２Ｇａ 緑色顔料分散型レジスト
２２ａ 開口部
２３ 第３の透明平坦化膜
２４ マイクロレンズ
６１ フォトマスク
６１ａ フォトマスク
６１ｂ フォトマスク

Claims (16)

1. 半導体基板上にマトリクス状に配列された複数の光電変換素子と、
   前記複数の光電変換素子同士に挟まれる領域の上方に設けられた壁部と、
   前記各光電変換素子上方において前記壁部に囲まれる各開口部を埋め込むように設けられたカラーフィルタ部とを備えていることを特徴とする固体撮像装置。
2. 請求項１において、
   前記カラーフィルタ部の高さは、前記壁部の高さ以下であることを特徴とする固体撮像装置。
3. 請求項１又は２において、
   前記壁部の幅は、前記光電変換素子同士の間の距離以下であることを特徴とする固体撮像装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一つにおいて、
   前記複数のカラーフィルタ部は、前記各光電変換素子に対して一つの色を有し、前記複数の光電変換素子の配列に対して複数の色からなる所定の配列を構成していることを特徴とする固体撮像装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一つにおいて、
   前記壁部は、第１の感光性着色樹脂を用いて形成されることを特徴とする固体撮像装置。
6. 請求項５において、
   前記第１の感光性着色樹脂は、染料内添型レジストであることを特徴とする固体撮像装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一つにおいて、
   前記複数のカラーフィルタ部は、それぞれ、第２の感光性着色樹脂を用いて形成されることを特徴とする固体撮像装置。
8. 請求項７において、
   前記第２の感光性着色樹脂は、顔料分散型レジストであることを特徴とする固体撮像装置。
9. 請求項１〜８のいずれか一つにおいて、
   前記カラーフィルタ部の屈折率は、前記壁部の屈折率よりも大きいことを特徴とする固体撮像装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一つにおいて、
    前記壁部の透過率は、前記カラーフィルタ部の透過率以下であることを特徴とする固体撮像装置。
11. 半導体基板に、複数の光電変換素子を配列して形成する工程（ａ）と、
    前記複数の光電変換素子同士に挟まれる領域上に、前記各光電変換素子上方の領域をそれぞれ開口部として囲む壁部を形成する工程（ｂ）と、
    前記各開口部を埋め込むように、それぞれ所定の色を有する複数のカラーフィルタ部を形成する工程（ｃ）とを備えることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
12. 請求項１１において、
    前記工程（ｂ）は、
    第１の感光性着色樹脂を塗布する工程と、
    前記第１の感光性着色樹脂を露光し且つ現像する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。
13. 請求項１１又は１２において、
    前記工程（ｃ）において、
    前記複数の開口部を埋め込むように第２の感光性着色樹脂を塗布し、露光及び現像を行なって所定の前記開口部のみに所定の色を有する前記カラーフィルタ部を形成する工程を複数回行なうことにより、前記各光電変換素子に対して一つの色を有し、前記複数の光電反感素子の配列に対して所定の色の配列を有する複数のカラーフィルタ部を構成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
14. 請求項１１〜１３のいずれか一つにおいて、
    前記複数のカラーフィルタ部の高さは、前記壁部の高さ以下に形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
15. 請求項１１〜１４のいずれか一つにおいて、
    前記複数のカラーフィルタ部上に、透明平坦化膜を介して複数のマイクロレンズを形成する工程（ｄ）を更に備え、
    前記工程（ｂ）において前記壁部を形成するために用いるフォトマスクを、前記工程（ｄ）において前記複数のマイクロレンズを形成するためにも用いることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
16. 請求項１５において、
    前記壁部をネガ型レジストにより形成すると共に、
    前記複数のマイクロレンズをポジ型レジストにより形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。

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