JP2010067926A

JP2010067926A - 固体撮像装置とその製造方法並びに電子機器

Info

Publication number: JP2010067926A
Application number: JP2008235508A
Authority: JP
Inventors: Hironori Hoshi; 博則星
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】半導体基板に設けられた受光部への集光を高めることができる固体撮像装置と製造方法及びカメラを提供する。
【解決手段】半導体基板１０の複数の画素が集積された受光面において画素ごとにフォトダイオード（１１）が形成され、フォトダイオードを被覆して半導体基板上に絶縁膜（２０〜２８，３１〜３３）が形成されている。また、フォトダイオードの上方部分において、底部が半導体基板から離間した位置となるように凹部（Ｈ１，Ｈ２）が形成され、凹部に途中の深さまでで埋め込まれ、凹部の開口側の表面が曲面となるようにカラーフィルタ２９が形成されている。また、カラーフィルタの上層において凹部に埋め込まれて光透過性の埋め込み層３４が形成され、埋め込み層の上層にオンチップレンズ３５が形成されている構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は固体撮像装置とその製造方法並びに電子機器に関し、特に、受光面にフォトダイオードを有する画素がマトリクス状に並べられてなる固体撮像装置と、当該固体撮像装置その製造方法並びに当該固体撮像装置を備えた電子機器に関する。

例えば、ＣＭＯＳセンサあるいはＣＣＤ素子などの固体撮像装置では、半導体基板の表面に形成されたフォトダイオード（光電変換部）に光を入射させ、そのフォトダイオードで発生した信号電荷によって映像信号を得る構成となっている。

ＣＭＯＳセンサでは、例えば、受光面において二次元マトリクス状に並べられた画素ごとにフォトダイオードが設けられている。受光時に各フォトダイオードに発生及び蓄積される信号電荷はＣＭＯＳ回路の駆動でフローティングディフュージョンに転送される。信号電荷は信号電圧に変換して読み取られる構成となっている。

また、ＣＣＤ素子では、例えば、ＣＭＯＳセンサと同様に受光面において二次元マトリクス状に並べられた画素ごとにフォトダイオードが設けられている。受光時に各フォトダイオードに発生及び蓄積される信号電荷はＣＣＤ垂直転送路及び水平転送路により転送され、読み取られる構成となっている。

ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型の固体撮像素子において、光の集光効率の向上を図るべく、画素の受光部上に光導波路及びオンチップレンズを設け、オンチップレンズ及び光導波路を透過した入射光の焦点を受光部近傍に導く技術が提案されている。

図１２は、従来例に係る固体撮像装置の画素部の模式断面図である。
例えば、半導体基板１１０に、フォトダイオードからなる受光部１１１を有する画素がマトリクス状に集積して設けられている。
上記の半導体基板１１０上に、例えば、第１絶縁膜１２０、第２絶縁膜１２１、第３絶縁膜１２２、第４絶縁膜１２３、第５絶縁膜１２４、第６絶縁膜１２５、第７絶縁膜１２６、第８絶縁膜１２７が積層されている。
第１絶縁膜１２０、第３絶縁膜１２２、第５絶縁膜１２４及び第７絶縁膜１２６は、例えば酸化シリコンからなる。
第２絶縁膜１２１及び第８絶縁膜１２７は、例えば窒化シリコンからなる。
第４絶縁膜１２３及び第６絶縁膜１２５は、例えば窒化シリコンまたは炭化シリコンからなる。

第１絶縁膜１２０は、例えば、半導体基板１１０の表面を平坦化し、保護する機能を有する膜として形成されている。
第２絶縁膜１２１は、例えば、半導体基板１１０の表面を保護し、半導体基板１１０への透湿性を制御する機能を有する耐吸湿性膜として形成されている。

上記の第１絶縁膜１２０〜第８絶縁膜１２７に埋め込まれて、銅配線（１４０，１４２，１４４）とコンタクト部（１４１，１４３）を有する配線が形成されている。
例えば、銅配線（１４０，１４２，１４４）は、ダマシン法により上記の各絶縁膜に形成された溝に形成された層であり、銅配線（１４０，１４２，１４４）の底面及び側面には不図示のバリアメタル膜が形成されている。
また、第４絶縁膜１２３、第６絶縁膜１２５及び第８絶縁膜１２７などは、銅配線（１４０，１４２，１４４）から銅が拡散するのを防止する機能を有する膜として形成されている。
上記の配線は、受光部１１１への光の入射を妨げないように受光部１１１を除く領域において上記絶縁膜中に埋め込まれて形成された構成となっている。

上記の第８絶縁膜１２７上に、酸化シリコンの第９絶縁膜１３１及び第１０絶縁膜１３２が形成されている。
受光部１１１の上方部分において、上記の第１０絶縁膜１３２の表面から第１絶縁膜１２０に至る深さで、即ち、底部が半導体基板１１０から離間した位置となるように、凹部Ｈが形成されている。
凹部Ｈの内壁を被覆して、耐吸湿性膜である窒化シリコンの第１１絶縁膜１３６が形成されている。
凹部Ｈ内を埋め込んで、光透過性の樹脂からなる埋め込み層１３４が形成されている。

埋め込み層１３４の上層に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各色のカラーフィルタ１３９が画素ごとに区分されて設けられている。カラーフィルタ１３９は、例えば１μｍ程度の厚さを有する。
カラーフィルタ１３９の上層にオンチップレンズ１３５が形成されている。

さらに、図示は省略しているが、また最上層の銅配線１４４より上層において、ワイヤボンディングなどに用いられるパッド電極及びそれに接続する配線が形成されている構成となっていてもよい。

特許文献１〜５には、形状や構成要素などにおいて種々の特徴を有する光導波路が設けられた固体撮像装置が開示されている。
特開２０００−１５０８４５号公報特開２００５−２９４７４９号公報特開２００４−２２１５３２号公報特開２００３−３２４１８９号公報特開２００６−８６３２０号公報

しかしながら、半導体基板に設けられた受光部への集光に関し、オンチップレンズにより光導波路に導かれた光が光導波路の下端から受光部に達するまでの間に、光が周辺に拡散してしまう場合がある。
これは、受光部へ到達する光の量が画素ごとにばらつく原因となり、半導体基板に設けられた受光部への集光を高めることが求められている。

解決しようとする問題点は、半導体基板に設けられた受光部への集光を高めることが困難であることである。

本発明の固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板の複数の画素が集積された受光面において前記画素ごとに形成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードを被覆して前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記フォトダイオードの上方部分において、底部が前記半導体基板から離間した位置となるように形成された凹部と、前記凹部に途中の深さまでで埋め込まれ、前記凹部の開口側の表面が曲面となるように形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタの上層において前記凹部に埋め込まれて形成された光透過性の埋め込み層と、前記埋め込み層の上層に形成されたオンチップレンズとを有する。

上記の本発明の固体撮像装置は、半導体基板の複数の画素が集積された受光面において画素ごとにフォトダイオードが形成され、フォトダイオードを被覆して半導体基板上に絶縁膜が形成されている。また、フォトダイオードの上方部分において、底部が半導体基板から離間した位置となるように凹部が形成され、凹部に途中の深さまでで埋め込まれ、凹部の開口側の表面が曲面となるようにカラーフィルタが形成されている。また、カラーフィルタの上層において凹部に埋め込まれて光透過性の埋め込み層が形成され、埋め込み層の上層にオンチップレンズが形成されている。

また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の複数の画素が集積された受光面において前記画素ごとにフォトダイオードを形成する工程と、前記フォトダイオードを被覆して前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、前記フォトダイオードの上方部分において、底部が前記半導体基板から離間した位置となるように凹部を形成する工程と、前記凹部に途中の深さまでで埋め込んで、前記凹部の開口側の表面が曲面となるようにカラーフィルタを形成する工程と、前記カラーフィルタの上層において前記凹部に埋め込んで光透過性の埋め込み層を形成する工程と、前記埋め込み層の上層にオンチップレンズを形成する工程とを有する。

上記の本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の複数の画素が集積された受光面において画素ごとにフォトダイオードを形成し、フォトダイオードを被覆して半導体基板上に絶縁膜を形成し、フォトダイオードの上方部分において、底部が半導体基板から離間した位置となるように凹部を形成する。次に、凹部に途中の深さまでで埋め込んで、凹部の開口側の表面が曲面となるようにカラーフィルタを形成し、カラーフィルタの上層において凹部に埋め込んで光透過性の埋め込み層を形成する。次に、埋め込み層の上層にオンチップレンズを形成する。

また、本発明の電子機器は、固体撮像装置と、前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有し、前記固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板の複数の画素が集積された受光面において前記画素ごとに形成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードを被覆して前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記フォトダイオードの上方部分において、底部が前記半導体基板から離間した位置となるように形成された凹部と、前記凹部に途中の深さまでで埋め込まれ、前記凹部の開口側の表面が曲面となるように形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタの上層において前記凹部に埋め込まれて形成された光透過性の埋め込み層と、前記埋め込み層の上層に形成されたオンチップレンズとを有する。

上記の本発明の電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有する。ここで、上記の電子機器を構成する固体撮像装置は、上記の本発明の固体撮像装置である。

本発明の固体撮像装置は、カラーフィルタの厚さ分オンチップレンズを半導体基板に近づけることができ、さらに光導波路内のカラーフィルタの表面が曲面となっていて第２のオンチップレンズとして機能し、半導体基板に設けられた受光部への集光を高めることができる。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、カラーフィルタの厚さ分オンチップレンズを半導体基板に近づけて形成することができ、さらに光導波路内のカラーフィルタの表面を曲面として第２のオンチップレンズとして機能させることができ、半導体基板に設けられた受光部への集光を高めることができる固体撮像装置を製造することができる。

本発明の電子機器は、電子機器に含まれる固体撮像装置において半導体基板に設けられた受光部への集光を高めることができる。

以下に、本発明に係る固体撮像装置と当該固体撮像装置を備えた電子機器の実施の形態について、図面を参照して説明する。

第１実施形態
図１は本実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
例えば、半導体基板１０に、フォトダイオードからなる受光部１１を有する画素がマトリクス状に集積して設けられている。
上記の半導体基板１０上に、例えば、第１絶縁膜２０（ｎ＝１．４〜１．５）、第２絶縁膜２１（ｎ＝１．９〜２．１）、第３絶縁膜２２（ｎ＝１．４〜１．５）、第４絶縁膜２３（ｎ＝１．８〜２．５）、第５絶縁膜２４（ｎ＝１．４〜１．５）、第６絶縁膜２５（ｎ＝１．８〜２．５）、第７絶縁膜２６（ｎ＝１．４〜１．５）及び第８絶縁膜２７（ｎ＝１．９〜２．１）が積層されている。ここで、ｎは屈折率である。
第１絶縁膜２０、第３絶縁膜２２、第５絶縁膜２４及び第７絶縁膜２６は、例えば酸化シリコンからなる。
第２絶縁膜２１、第４絶縁膜２３、第６絶縁膜２５及び第８絶縁膜２７は、例えば窒化シリコンからなる。

第１絶縁膜２０は、例えば、半導体基板１０の表面を平坦化し、保護する機能を有する膜として形成されている。
第２絶縁膜２１は、例えば、半導体基板１０の表面を保護し、半導体基板１０への透湿性を制御する機能を有する耐吸湿性膜として形成されている。

上記の第１絶縁膜２０〜第８絶縁膜２７に埋め込まれて、銅配線（４０，４２，４４）とコンタクト部（４１，４３）を有する配線が形成されている。
例えば、銅配線（４０，４２，４４）は、ダマシン法により上記の各絶縁膜に形成された溝に形成された層であり、銅配線（４０，４２，４４）の底面及び側面には不図示のバリアメタル膜が形成されている。
また、第４絶縁膜２３、第６絶縁膜２５及び第８絶縁膜２７などは、銅配線（４０，４２，４４）から銅が拡散するのを防止する機能を有する膜として形成されている。
上記の配線は、受光部１１への光の入射を妨げないように受光部１１を除く領域において上記絶縁膜中に埋め込まれて形成された構成となっている。

例えば、受光部１１の上方部分において、上記の第８絶縁膜２７の表面から第１絶縁膜２０に至る深さで、即ち、底部が半導体基板１０から離間した位置となるように、第１凹部Ｈ１が形成されている。
第１凹部Ｈ１の内壁を被覆して、例えば、第８絶縁膜２７の上層に全面に、耐吸湿性膜である窒化シリコンの第９絶縁膜２８が形成されている。

さらに、例えば、第１凹部Ｈ１を除く領域において、第９絶縁膜２８の上に、酸化シリコンの第１０絶縁膜３１及び第１１絶縁膜３２が形成されている。
例えば、上記の第１０絶縁膜３１と第１１絶縁膜３２を貫通して第１凹部Ｈ１に連通するように、第２凹部Ｈ２が形成されている。

また、上記の第１凹部Ｈ１において、第１凹部Ｈ１に途中の深さまでで埋め込まれて、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）の各色から画素ごとに選択されたカラーフィルタ２９が形成されている。
カラーフィルタ２９は、第１凹部Ｈ１の開口側の表面２９ｓが曲面となるように形成されている。本実施形態においては、カラーフィルタ２９が第１凹部Ｈ１の開口側に凸状の形状となっている。

カラーフィルタ２９の上層において、例えば、連通する第１凹部Ｈ１と第２凹部Ｈ２の内壁を被覆して、第１１絶縁膜３２の上層に全面に、耐吸湿性膜である窒化シリコンの第１２絶縁膜３３が形成されている。
例えば、第１２絶縁膜３３は、第１凹部Ｈ１と第２凹部Ｈ２の内壁を被覆するが、カラーフィルタ２９の表面は被覆しないように形成されている。

例えば、カラーフィルタの上層において連通する第１凹部Ｈ１と第２凹部Ｈ２を埋め込んで、光透過性の樹脂からなる埋め込み層３４が形成されている。
また、埋め込み層３４の上層に、オンチップレンズ３５が直接形成されている。
上記のカラーフィルタ２９、第１２絶縁膜３３及び埋め込み層３４は光導波路を構成するものである。これらを構成する材料としては、窒化シリコン（ｎ＝１．９〜２．１）、シロキサン（ｎ＝１．６〜１．８）、窒化チタン（ｎ＝２．５〜２．６）、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）（ｎ＝２．１〜２．２）、酸窒化シリコン（ｎ＝１．４〜２．０）などを適宜組み合わせて用いることができる。特に、光入射側から基板側に向かって屈折率が高い材料から低い材料となるように構成することが好ましい。
例えば、酸化シリコンである第１絶縁膜２０、耐吸湿性膜である窒化シリコンである第９絶縁膜２８、カラーフィルタ２９、光透過性樹脂である埋め込み層３４の組み合わせである。
受光部から順に屈折率の高い膜を積層することにより、入射光が上記の積層体により反射される割合を小さくし、入射光を効率よく受光部に導くことができる。

上記の本実施形態の固体撮像装置は、光導波路となる凹部内にカラーフィルタ２９が埋め込まれて形成されており、これに伴って埋め込み層３４の上層にオンチップレンズ３５が設けられている。これにより、従来例に係る構造の固体撮像装置と比べて、カラーフィルタの厚さ分、例えば１μｍ程度、オンチップレンズを半導体基板に近づけることができる。
さらに、光導波路内のカラーフィルタの表面が曲面となっており、本実施形態においては第１凹部Ｈ１の開口側に凸状の形状となっており、第２のオンチップレンズとして機能できる。
上記のようにして、半導体基板に設けられた受光部への集光を高めることができる。
特に、カラーフィルタ２９の表面２９ｓは、オンチップレンズ３５より受光部１１に近いので、受光部への集光効率をさらに高めることができる。

また、従来例に係る構成の固体撮像装置において、カラーフィルタを通過しても光導波路に導かれなかった場合、光は隣接画素に入射して固体撮像装置の撮像特性の混色を発生させていた。
本実施形態の固体撮像装置においては、カラーフィルタ２９が光導波路となる凹部内に埋め込まれ、受光部１１に近づけられており、カラーフィルタを通過後には隣接画素に入射しにくくなり、混色を低減することができる。

また、従来例に係る構成の固体撮像装置では、カラーフィルタが光導波路となる埋め込み層上に形成されており、カラーフィルタの剥がれが発生することがあった。
本実施形態の固体撮像装置においては、カラーフィルタと下地である第９絶縁膜２８との接触面積の増加により密着性が高まり、カラーフィルタの剥がれを抑制できる。

また、本実施形態の固体撮像装置においては、カラーフィルタを埋め込む凹部の形状を画素ごとに制御することもでき、例えば、凹部の形状をカラーフィルタの色ごとに設計することができ、固体撮像装置の撮像特性である感度及び分光の調整を容易に行える。
例えば、赤（Ｒ）画素の感度を下げるように調整することができる。

次に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明する。
図２（ａ）〜図６（ｂ）は、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。

まず、図２（ａ）に示すように、例えば、半導体基板１０の複数の画素が集積された受光面に画素ごとにフォトダイオードからなる受光部１１を形成する。

次に、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などにより半導体基板１０上に、第１絶縁膜２０、第２絶縁膜２１、第３絶縁膜２２、第４絶縁膜２３、第５絶縁膜２４、第６絶縁膜２５、第７絶縁膜２６及び第８絶縁膜２７を積層させる。

また、上記の第１絶縁膜２０〜第８絶縁膜２７を積層させる工程において、第１絶縁膜２０〜第８絶縁膜２７に埋め込まれるように、銅配線（４０，４２，４４）とコンタクト部（４１，４３）を有する配線を形成する。
例えば、銅配線（４０，４２，４４）を含む配線は、以下のようなダマシン法などにより形成することができる。
ダマシン法においては、例えば、上記の絶縁膜を構成する１つの絶縁膜において配線を形成する領域に配線用の溝を形成し、シード層となるバリアメタル膜を形成する。次に、電解メッキにより銅を堆積し、溝の外部に堆積した導電材料をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）処理で除去する。
ここまでの工程は、全画素について同時に行う。

以下、第１凹部Ｈ１の形成工程及びカラーフィルタの形成工程は、カラーフィルタの色ごとに行う。
例えば、赤（Ｒ）画素について説明する。
図２（ｂ）に示すように、例えば、受光部１１の上方部分において、上記の第８絶縁膜２７の表面から第１絶縁膜２０に至る深さで、即ち、底部が半導体基板１０から離間した位置となるように、第１凹部Ｈ１を形成する。
第１凹部Ｈ１を形成するには、例えば、フォトリソグラフィ工程により第１凹部Ｈ１のパターンで開口するレジスト膜を形成し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などのエッチングを行って形成する。
上記のエッチングでは、酸化シリコン膜及び窒化シリコン膜などの組成によりエッチング選択比が異なるので、条件を変更しながら、下層側へエッチングを順次進めていく。

次に、図３（ａ）に示すように、例えば、第１凹部Ｈ１の内壁を被覆して、例えば、第８絶縁膜２７の上層に、全面に窒化シリコンの第９絶縁膜２８を形成する。

次に、図３（ｂ）に示すように、例えばスピン塗布により、第１凹部Ｈ１に途中の深さまでで埋め込んで、赤（Ｒ）のカラーフィルタ２９を形成する。
ここで、カラーフィルタとなる材料は、分光特性を付与するための顔料または色素を含有する樹脂材料からなる。主として樹脂材料からなるので、窒化シリコンなどより高屈折率であるため、光を導波する特性を有し、さらにカラーフィルタとして機能する膜となる。
ここで、樹脂材料の粘度及び第９絶縁膜２８との濡れ性を調整することで、第１凹部Ｈ１が完全に埋められず、空隙Ｖが発生するようにできる。即ち、第１凹部Ｈ１に途中の深さまでで埋め込まれたカラーフィルタ２９と、カラーフィルタ２９に対して空隙Ｖで空間的に分離されたカラーフィルタ残部２９ｒを形成する。
上記の粘度及び濡れ性の調整により、第１凹部Ｈ１の開口側の表面２９ｓが曲面となるように形成することができる。本実施形態においては、第１凹部Ｈ１の開口側に凸状の形状となるようにカラーフィルタ２９を形成する。

次に、図４（ａ）に示すように、例えば、ＲＩＥなどのエッチング処理により、カラーフィルタ残部２９ｒを除去する。
カラーフィルタ残部２９ｒは第１凹部Ｈ１内に若干入り込んで形成されているので、例えばオーバーエッチングを行って完全に除去する。

次に、図４（ｂ）に示すように、例えば、ＣＶＤ法により全面に酸化シリコンを堆積させ、ＣＭＰ処理を行うことで第１凹部Ｈ１の外部の酸化シリコンを除去し、平坦化膜３０を形成する。
上記の図２（ｂ）から図４（ｂ）までの工程を赤（Ｒ）画素において行ったら、緑（Ｇ）画素、及び青（Ｂ）画素において順に行う。

以降の工程は、全画素について行う。
図５（ａ）に示すように、例えば、第９絶縁膜２８及び平坦化膜３０の上層に、ＣＶＤ法などにより、酸化シリコンの第１０絶縁膜３１及び第１１絶縁膜３２を形成する。

以降の工程は、全画素について行う。
図５（ｂ）に示すように、例えば、第１凹部Ｈ１に連通するように、カラーフィルタ２９の表面２９ｓが露出するようにして、第２凹部Ｈ２を形成する。
第２凹部Ｈ２を形成するには、例えば、フォトリソグラフィ工程により第１１絶縁膜３２上に第２凹部Ｈ２のパターンで開口するレジスト膜を形成し、ＲＩＥなどのエッチングにより第１１絶縁膜３２、第１０絶縁膜３１及び平坦化膜３０をエッチング加工して形成する。

上記において、第９絶縁膜２８の内壁面と第２凹部Ｈ２の内壁面がなめらかに繋がるような設計とすることが好ましい。
カラーフィルタ２９の表面２９ｓでのエッチング停止を容易にするため、カラーフィルタ２９の表面にストッパを形成しておいてもよい。
上記のように、平坦化膜３０は、例えば全部が除去されるようにするが、一部が残ってもよい。

次に、図６（ａ）に示すように、例えば、第２凹部Ｈ２の内壁及びカラーフィルタ２９の表面２９ｓを被覆して、例えば、第１１絶縁膜３２の上層に、全面に窒化シリコンの第１２絶縁膜３３を形成する。

次に、図６（ｂ）に示すように、例えば、異方性エッチング処理などにより、カラーフィルタ２９の表面２９ｓを被覆する部分の第１２絶縁膜３３を除去する。

以降の工程としては、例えば、カラーフィルタの上層において連数する第１凹部Ｈ１と第２凹部Ｈ２を埋め込んで、光透過性の樹脂からなる埋め込み層３４を形成する。埋め込み層３４は、例えば、光透過性の樹脂をスピン塗布などで供給して形成することができる。
次に、埋め込み層３４の上層に、オンチップレンズ３５を形成する。例えば、オンチップレンズ３５は、レンズとなる樹脂材料をスピン塗布などで供給し、レンズ形状となるようにエッチング加工することで形成できる。
以上で、図１に示す構成の固体撮像装置を製造することができる。

上記の本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、カラーフィルタの厚さ分オンチップレンズを半導体基板に近づけて形成することができ、さらに光導波路内のカラーフィルタの表面を曲面として第２のオンチップレンズとして機能させることができ、半導体基板に設けられた受光部への集光を高めることができる固体撮像装置を製造することができる。

また、本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、混色を低減した固体撮像装置を製造できる。
また、カラーフィルタの剥がれを抑制できる固体撮像装置を製造できる。
さらに、撮像特性である感度及び分光の調整を容易に行える固体撮像装置を製造できる。

第２実施形態
図７は本実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
実質的に第１実施形態の固体撮像装置と同様であるが、カラーフィルタ２９が第１凹部Ｈ１の開口側に凹状の形状となっていることが異なる。

図８は本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。
上記の形状のカラーフィルタについても、図８に示すように、例えばスピン塗布により、第１凹部Ｈ１に途中の深さまでで埋め込んで形成できる。
ここで、カラーフィルタとなる樹脂材料の粘度及び第９絶縁膜２８との濡れ性を調整することで、第１凹部Ｈ１の開口側に凹状の形状となるようにカラーフィルタ２９を形成する。

上記の本実施形態の固体撮像装置は、第１実施形態と同様に、半導体基板に設けられた受光部への集光を高めることができる。

また、上記の本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板に設けられた受光部への集光を高めた固体撮像装置を製造することができる。

第３実施形態
図９は本実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
実質的に第１実施形態の固体撮像装置と同様であるが、第１実施形態における連通する第１凹部Ｈ１と第２凹部Ｈ２に対して、１つの凹部Ｈとして示しているが、第１実施形態と同様に、連通する第１凹部Ｈ１と第２凹部Ｈ２からなる構成であっても良い。
また、第１実施形態における第９絶縁膜２８と第１２絶縁膜３３に対して、凹部Ｈの内壁を被覆する内壁被覆絶縁膜３６として示しているが、第１実施形態と同様に、第９絶縁膜２８と第１２絶縁膜３３からなる構成であってもよい。

本実施形態の固体撮像装置においては、凹部Ｈの底面から所定の高さの部分に底部埋め込み層３７が形成され、その上層にカラーフィルタ３８が形成されていることが異なる。
底部埋め込み層３７の厚さは設計により適宜選択可能である。
カラーフィルタ３８は、第１実施形態と同様に、凹部Ｈに途中の深さまでで埋め込まれており、凹部Ｈの開口側の表面３８ｓが曲面となるように形成されている。本実施形態においては、カラーフィルタ３８が凹部Ｈの開口側に凸状の形状となっている。

上記の本実施形態の固体撮像装置は、第１実施形態と同様に、半導体基板に設けられた受光部への集光を高めることができる。
特に、オンチップレンズなどの光学系の設計によって、カラーフィルタを光導波路となる凹部の中央部分に形成することが好ましい場合に適用される。

第４実施形態
図１０は本実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
実質的に第３実施形態の固体撮像装置と同様であるが、カラーフィルタ３８が凹部Ｈの開口側に凹状の形状となっていることが異なる。

第５実施形態
図１１は、本実施形態に係る電子機器であるカメラの概略構成図である。本実施形態に係るカメラは、静止画撮影又は動画撮影可能なビデオカメラの例である。
本実施形態に係るカメラは、イメージセンサ（固体撮像装置）５０と、光学系５１と、信号処理回路５３などを有する。
本実施形態において、上記のイメージセンサ５０として、上記の第１実施形態に係る固体撮像装置が組み込まれている。

光学系５１は、被写体からの像光（入射光）をイメージセンサ５０の撮像面上に結像させる。これによりイメージセンサ５０内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。蓄積された信号電荷は出力信号Ｖｏｕｔとして取り出される。
シャッタ装置は、イメージセンサ５０への光照射期間および遮光期間を制御する。

画像処理部は、イメージセンサ５０の転送動作およびシャッタ装置のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。画像処理部から供給される駆動信号（タイミング信号）により、イメージセンサ５０の信号転送を行なう。信号処理回路５３は、イメージセンサ５０の出力信号Ｖｏｕｔに対して種々の信号処理を施して映像信号として出力する。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。

上記の本実施形態に係る電子機器によれば、電子機器を構成する固体撮像装置において、半導体基板に設けられた受光部への集光を高めることができる。

上記の実施形態では、可視光の光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されてなるイメージセンサ５０に適用した場合を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明はイメージセンサ５０への適用に限られるものではなく、画素アレイ部の画素列ごとにカラム回路を配置してなるカラム方式の固体撮像装置全般に対して適用可能である。

また、本発明は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置に適用できる。また、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。

さらに、本発明は、画素アレイ部の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像装置に限らず、画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すＸ−Ｙアドレス型の固体撮像装置に対しても適用可能である。

なお、固体撮像装置はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。

また、本発明は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置とは、デジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器のことを言う。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ちカメラモジュールを撮像装置とする場合もある。

ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールなどの撮像装置において、その固体撮像装置として先述した実施形態に係るイメージセンサを用いることができる。これにより、当該イメージセンサでは、簡単な構成で、良質な画像を得ることができる。

本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、実施形態においてはＣＭＯＳセンサとＣＣＤ素子のいずれにも適用できる。
また、絶縁膜の層構成や絶縁膜中に埋め込まれている配線の構成などは、特に限定はなく、種々の構成が適用できる。
また、オンチップレンズの形状などの本実施形態に示されたもの以外を適用することも可能である。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

図１は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。図２（ａ）及び図２（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図３（ａ）及び図３（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図５（ａ）及び図５（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図７は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。図８は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図９は本発明の第３実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。図１０は本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。図１１は本発明の第５実施形態に係る電子機器の概略構成図である。図１２は従来例に係る固体撮像装置の概略構成図である。

符号の説明

１０…半導体基板、２０…第１絶縁膜、２１…第２絶縁膜、２２…第３絶縁膜、２３…第４絶縁膜、２４…第５絶縁膜、２５…第６絶縁膜、２６…第７絶縁膜、２７…第８絶縁膜、２８…第９絶縁膜、２９…カラーフィルタ、２９ｓ…表面、２９ｒ…カラーフィルタ残部、３０…平坦化膜、３１…第１０絶縁膜、３２…第１１絶縁膜、３３…第１２絶縁膜、３４…埋め込み層、３５…オンチップレンズ、３６…内壁被覆絶縁膜、３７…底部埋め込み層、３８…カラーフィルタ、３８ｓ…表面、４０，４２，４４…銅配線、４１，４３…コンタクト部、５０…イメージセンサ、５１…光学系、５３…信号処理回路、Ｈ１…第１凹部、Ｈ２…第２凹部、Ｈ…凹部、Ｖ…ボイド

Claims

半導体基板と、
前記半導体基板の複数の画素が集積された受光面において前記画素ごとに形成されたフォトダイオードと、
前記フォトダイオードを被覆して前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、
前記フォトダイオードの上方部分において、底部が前記半導体基板から離間した位置となるように形成された凹部と、
前記凹部に途中の深さまでで埋め込まれ、前記凹部の開口側の表面が曲面となるように形成されたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの上層において前記凹部に埋め込まれて形成された光透過性の埋め込み層と、
前記埋め込み層の上層に形成されたオンチップレンズと
を有する固体撮像装置。
前記カラーフィルタが前記凹部の開口側に凸状の形状である
請求項１に記載の固体撮像装置。
前記カラーフィルタが前記凹部の開口側に凹状の形状である
請求項１に記載の固体撮像装置。
前記絶縁膜中に埋め込まれて配線が形成されている
請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
半導体基板の複数の画素が集積された受光面において前記画素ごとにフォトダイオードを形成する工程と、
前記フォトダイオードを被覆して前記半導体基板上に絶縁膜を形成する工程と、
前記フォトダイオードの上方部分において、底部が前記半導体基板から離間した位置となるように凹部を形成する工程と、
前記凹部に途中の深さまでで埋め込んで、前記凹部の開口側の表面が曲面となるようにカラーフィルタを形成する工程と、
前記カラーフィルタの上層において前記凹部に埋め込んで光透過性の埋め込み層を形成する工程と、
前記埋め込み層の上層にオンチップレンズを形成する工程と
を有する固体撮像装置の製造方法。
前記カラーフィルタを形成する工程において、前記カラーフィルタが前記凹部の開口側に凸状の形状となるように形成する
請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記カラーフィルタを形成する工程において、前記カラーフィルタが前記凹部の開口側に凹状の形状となるように形成する
請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記絶縁膜を形成する工程が、前記絶縁膜中に埋め込まれるように配線を形成する工程を含む
請求項５〜７のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と
を有し、
前記固体撮像装置は、
半導体基板と、
前記半導体基板の複数の画素が集積された受光面において前記画素ごとに形成されたフォトダイオードと、
前記フォトダイオードを被覆して前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、
前記フォトダイオードの上方部分において、底部が前記半導体基板から離間した位置となるように形成された凹部と、
前記凹部に途中の深さまでで埋め込まれ、前記凹部の開口側の表面が曲面となるように形成されたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの上層において前記凹部に埋め込まれて形成された光透過性の埋め込み層と、
前記埋め込み層の上層に形成されたオンチップレンズと
を有する電子機器。