JP2014207273A - 固体撮像素子及び固体撮像素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易的な構造でクロストークを抑制することが可能な固体撮像素子及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 固体撮像素子１は、入射する光を光電変換して電荷を生成する複数の光電変換部１１が形成された基板１０と、それぞれの光電変換部１１の上方に設けられ所定の色の光を選択的に透過させて下方の光電変換部１１に入射させる複数のカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇと、基板１０とカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇとの間に設けられた層であり層内の位置に応じて透過する光の位相を異ならせることでカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇの周縁部の下方で光を干渉させて弱める位相シフト層２４と、備える。
【選択図】 図３

Description

本発明は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどに代表される固体撮像素子と、当該固体撮像素子の製造方法と、に関する。

デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラに限らず、携帯電話やパソコンなどの様々な電子機器に、固体撮像素子が搭載されている。固体撮像素子は、複数の光電変換部（例えば、フォトダイオード）を備え、入射する光を光電変換することによって電荷を生成し、当該電荷に基づいて画像データを生成する。

近年、固体撮像素子の小型化や高画素化に伴い、固体撮像素子の画素ピッチが小さくなってきている。画素ピッチが小さくなると、隣接画素間における光の漏れ出し（以下、クロストークという）が生じ、色再現性が低下するため、問題となる。

この問題について、図面を参照して具体的に説明する。図１１は、従来の固体撮像素子内における光の進行態様と、当該固体撮像素子に入射した光の強度分布と、について示した図である。なお、図１１はＣＣＤイメージセンサについて例示したものであり、図１１（ａ）が従来の固体撮像素子の構造と光の進行態様とを併せて示した断面図、図１１（ｂ）が図１１（ａ）の固体撮像素子に入射した光の基板付近における強度分布について示したグラフである。また、図１２は、図１１の固体撮像素子が備える基板上構造の分光特性について示したグラフである。

図１１（ａ）に示すように、固体撮像素子１００は、基板１１０と、ゲート絶縁膜１２０と、ゲート電極１２１と、遮光膜１２２と、第１層間絶縁膜１２３と、第２層間絶縁膜１２４と、カラーフィルタ１２５Ｒ，１２５Ｇと、コート膜１２６と、マイクロレンズ１２７と、を備える。また、基板１１０には、光電変換部１１１、転送部１１２及びチャネルストップ部１１３の各領域が形成されている。

光電変換部１１１と、その上方に設けられるカラーフィルタ１２５Ｒ，１２５Ｇ及びマイクロレンズ１２７とから成る画素は、カラーフィルタ１２５Ｒ，１２５Ｇを透過する色に着目すると、ベイヤ配列となるように配置されている。ベイヤ配列とは、赤を透過するカラーフィルタ１２５Ｒを備えた画素（以下、「赤画素」という）と、緑を透過するカラーフィルタ１２５Ｇを備えた画素（以下、「緑画素」という）と、青を透過するカラーフィルタ（不図示）を備えた画素（以下、「青画素」という）と、をマトリクス状に並べたものである。具体的に、ベイヤ配列とは、［列方向の座標，行方向の座標］として位置を表現する場合、赤画素の位置が［２Ｘ，２Ｙ］、青画素の位置が［２Ｘ＋１，２Ｙ＋１］、緑画素の位置が［２Ｘ＋１，２Ｙ］及び［２Ｘ，２Ｙ＋１］となる配列である（Ｘ及びＹは整数）。

図１１（ｂ）に示すように、画素ピッチが小さくなると、隣接する画素の境界付近における光の強度が十分に大きくなる。そのため、クロストークが生じ易くなる。なお、図１１（ａ）及び（ｂ）では、赤画素について例示しているが、緑画素及び青画素でも同様である。

このようなクロストークが生じ得る固体撮像素子１００では、基板１１０上の構造（マイクロレンズ１２７、カラーフィルタ１２５Ｒ，１２５Ｇなど）による分光性能が低いものとなる。そのため、図１２に示すように、赤及び緑の間の波長の光や、緑及び青の間の波長の光が光電変換部１１１で検出され易くなるため、色再現性が低下する。

そこで、例えば特許文献１では、カラーフィルタと光電変換部との間に光導波路を備えることでクロストークを防止する固体撮像素子が提案されている。

また、例えば特許文献２では、固体撮像素子とレンズモジュールとの間に位相シフトマスクを配置することで、固体撮像素子に入射する光のスポットパターンを変形させて、デフォーカス時におけるクロストークを抑制する撮像装置が提案されている。

特開２０１１−４０７１７号公報 特開２０１０−１７８１３３号公報

しかしながら、特許文献１で提案されている固体撮像素子が備える光導波路とは、一般的に、光電変換部の上方に設けられる高屈折率のコアと、当該コアの周囲に設けられる低屈折率のクラッドと、を備えた複雑な構造となる。このような光導波路を製造するためには、基板上に低屈折率膜を全面的に形成した後に、当該低屈折率膜の光電変換部上となる部分を深く掘り込んで凹部を設けた上で、高屈折率膜を厚く成膜して当該凹部を埋め尽くすといった大掛かりな工程が必要になる。そして、このような深い凹部を成膜によって埋めようとすると、成膜不良が発生する（例えば、凹部内にボイドが発生する）可能性が高くなる。また、高屈折率膜を成す材料として広く用いられている窒化シリコンは膜応力が大きいため、凹部を埋めるために高屈折率膜を厚く成膜すると、ウエハの反りや膜剥がれが生じる可能性が高くなる。このように、複雑な構造である光導波路を固体撮像素子に設けると、製造工程が煩雑化して歩留まりが低下するため、問題となる。

また、特許文献２で提案されている撮像装置は、レンズモジュールが通常のフォーカス状態であればクロストークが発生しない（即ち、固体撮像素子の構造に起因するクロストークが発生しない）ことを前提としたものであり、レンズモジュールがデフォーカスという特殊な状態である場合に発生するクロストークを防止するものである。したがって、この撮像装置が備える位相シフトマスクは、固体撮像素子の前段に配置されるレンズモジュールの状態に起因して発生するクロストークについては防止することができるが、図１１に示したような固体撮像素子の構造に起因するクロストークについては防止することができない。

そして、特許文献２で提案されている撮像装置が備える固体撮像素子も、特許文献１で提案されている固体撮像素子と同様に、光導波路を備えることで固体撮像素子に起因するクロストークを防止している。そのため、特許文献１で提案されている固体撮像素子と同様に、特許文献２で提案されている撮像装置が備える固体撮像素子も、製造工程が煩雑化して歩留まりが低下するため、問題となる。

そこで、本発明は、簡易的な構造でクロストークを抑制することが可能な固体撮像素子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、本発明は、入射する光を光電変換して電荷を生成する複数の光電変換部が形成された基板と、それぞれの前記光電変換部の上方に設けられ、所定の色の光を選択的に透過させて下方の前記光電変換部に入射させる複数のカラーフィルタと、前記基板と前記カラーフィルタとの間に設けられた層であり、層内の位置に応じて透過する光の位相を異ならせることで、前記カラーフィルタの周縁部の下方で光を干渉させて弱める位相シフト層と、を備えることを特徴とする固体撮像素子を提供する。

さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記位相シフト層が、前記カラーフィルタの中央部を透過した光と、前記カラーフィルタの前記周縁部を透過した光と、の位相を異ならせるものであると、好ましい。

さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記位相シフト層が、透明膜と、前記透明膜中の、前記カラーフィルタの前記周縁部の下方となる位置に形成されて、前記透明膜よりも透過率が低い半透明膜と、を備えると、好ましい。

さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記透明膜の透過率が９０％以上であり、前記半透明膜の透過率が５％以上２０％以下であると、好ましい。

さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記半透明膜が、隣接する前記カラーフィルタの、隣接する前記周縁部の下方にまたがって形成されると、好ましい。

さらに、上記特徴の固体撮像素子において、前記位相シフト層は、前記カラーフィルタの前記中央部を透過した光と、前記カラーフィルタの前記周縁部を透過した光と、の位相を１８０°異ならせるものであると、好ましい。

また、本発明は、入射する光を光電変換して電荷を生成する複数の光電変換部が形成された基板の上方に、透明膜を形成する透明膜形成ステップと、前記透明膜の上面の所定の位置に複数の凹部を設ける凹部形成ステップと、前記透明膜よりも透過率が低い半透明膜を、前記凹部を埋め尽くすように形成する半透明膜形成ステップと、前記透明膜が露出するまで前記半透明膜を除去する半透明膜除去ステップと、前記透明膜及び前記半透明膜の上方でありそれぞれの前記光電変換部の上方となる位置に、所定の色の光を選択的に透過させて下方の前記光電変換部に入射させる複数のカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成ステップと、を備え、前記凹部形成ステップは、前記カラーフィルタの周縁部の下方となる位置に前記凹部を形成するものであることを特徴とする固体撮像素子の製造方法を提供する。

上記特徴の固体撮像素子によれば、位相シフト層を備えることで、画素の中央部における光の強度を維持しながら、画素の境界付近における光の強度を低減することができる。したがって、簡易的な構造でクロストークを抑制することが可能になる。

本発明の実施形態に係る固体撮像素子の構造例について示す断面図。 図１の固体撮像素子におけるカラーフィルタ及び位相シフト層の位置関係について示す上面図。 図１の固体撮像素子内における光の進行態様と、当該固体撮像素子に入射した光の強度分布と、について示した図。 図１の固体撮像素子が備える基板上構造の分光特性について示したグラフ。 図１の固体撮像素子の製造方法の一例について示す断面図。 図１の固体撮像素子の製造方法の一例について示す断面図。 図１の固体撮像素子の製造方法の一例について示す断面図。 図１の固体撮像素子の製造方法の一例について示す断面図。 図１の固体撮像素子の製造方法の一例について示す断面図。 図１の固体撮像素子の製造方法の一例について示す断面図。 従来の固体撮像素子内における光の進行態様と、当該固体撮像素子に入射した光の強度分布と、について示した図。 図１１の固体撮像素子が備える基板上構造の分光特性について示したグラフ。

以下、本発明の実施形態に係る固体撮像素子として、ＣＣＤイメージセンサを例示して説明する。

＜固体撮像素子＞
最初に、本発明の実施形態に係る固体撮像素子について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像素子の構造例について示す断面図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る固体撮像素子１は、基板１０と、ゲート絶縁膜２０と、ゲート電極２１と、遮光膜２２と、層間絶縁膜２３と、位相シフト層２４と、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇと、コート膜２６と、マイクロレンズ２７と、を備える。

基板１０は、例えばシリコンから成り、光電変換部１１、転送部１２及びチャネルストップ部１３の各領域が、所定の順番で一方向（図中左右方向）に並ぶように、複数形成されている。具体的には、光電変換部１１が転送部１２とチャネルストップ部１３との間に位置するように、それぞれの領域が複数形成されている。

例えば、基板１０がｐ型の半導体から成る（またはｐ型のウェルを有する）場合、光電変換部１１及び転送部１２はｎ型の領域から成り、チャネルストップ部１３は基板１０（またはウェル）よりもｐ型不純物の濃度が高いｐ型の領域から成る。また例えば、基板１０がｎ型の半導体から成る（またはｎ型のウェルを有する）場合、光電変換部１１及び転送部１２はｐ型の領域から成り、チャネルストップ部１３は基板１０（またはウェル）よりもｎ型不純物の濃度が高いｎ型の領域から成る。

ゲート絶縁膜２０は、例えば酸化シリコンから成り、転送部１２の上方となる基板１０の上面に形成される。ゲート電極２１は、例えばポリシリコンから成り、ゲート絶縁膜２０上に形成される。遮光膜２２は、例えばアルミニウムやアルミニウム合金、チタンやタングステンなどの高融点金属から成り、ゲート電極２１の上面及び側面と、ゲート絶縁膜２０の側面と、光電変換部１１の上方を除いた基板１０の上面に形成される。層間絶縁膜２３は、例えばＢＰＳＧ（ホウ素リンシリケートガラス）や窒化シリコンから成り、基板１０上を埋め尽くすように、遮光膜２２の上面及び側面、光電変換部１１の上方となる基板１０の上面に形成される。

位相シフト層２４（詳細は後述）は、層間絶縁膜２３の上面に形成される。カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇは、例えば顔料を含んだ感光性の樹脂から成り、位相シフト層２４の上面に形成される。コート膜２６は、例えばアクリル樹脂から成り、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇの上面に形成される。マイクロレンズ２７は、例えば感光性の樹脂から成り、コート膜２６の上面に形成される。

カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇは、それぞれ異なる色（波長）の光を選択的に透過する。具体的に、カラーフィルタ２５Ｒは赤の光を透過し、カラーフィルタ２５Ｇは緑の光を透過する。また、図１では図示していないが、固体撮像素子１は、青の光を透過するカラーフィルタ２５Ｂも備える（図２参照）。そして、光電変換部１１と、その上方に設けられるカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ及びマイクロレンズ２７と、から成る画素（赤画素、緑画素及び青画素）は、ベイヤ配列となるように配置されている（なお、ベイヤ配列については、上述した背景技術及び図２参照）。

図１に示す固体撮像素子１では、入射する光がマイクロレンズ２７で集光され、コート膜２６を透過するとともにカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇを透過する。このとき、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇは、所定の色（波長）の光を選択的に透過する。カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇを透過した光は、位相シフト層２４（詳細は後述）、層間絶縁膜２３をそれぞれ透過して、基板１０内に入射する。すると、光電変換部１１（及び周囲の基板１０内の領域）によって、基板１０内に入射した光が光電変換され、所定の種類の電荷が光電変換部１１に蓄積される。なお、光電変換部１１がｎ型であれば光電変換部１１に電子が蓄積され、光電変換部１１がｐ型であれば光電変換部１１に正孔が蓄積される。

そして、所定のタイミングで、ゲート電極２１に所定の電圧が印加されると、光電変換部１１に蓄積された電荷が転送部１２に読み出され、さらに当該電荷の転送（紙面垂直方向への転送）が順次行われる。そして、最終段まで転送された電荷による電位を増幅等することによって、光電変換部１１に入射した光の強度に応じた画素データを有するカラーの画像データが生成される。

次に、図１及び図２を参照して、位相シフト層２４について説明する。図２は、図１の固体撮像素子におけるカラーフィルタ及び位相シフト層の位置関係について示す上面図である。なお、図２に示す上面図は、マイクロレンズ２７側から固体撮像素子１を見た図であるが、図示の便宜上、マイクロレンズ２７及びコート膜２６については図示を省略し、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂを図示している。また、位相シフト層２４の一部であり、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの下方に位置する半透明膜２４２を、破線で囲ったドットの領域として図示している。

図１に示すように、位相シフト層２４は、透明膜２４１と、透明膜２４１中のカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇの周縁部の下方となる位置に形成されて透明膜２４１よりも透過率が低い半透明膜２４２と、を備える。例えば、透明膜２４１は、入射する光（例えば、３５０ｎｍ以上の光、以下同じ）に対して９０％以上の透過率を有するものであり、半透明膜２４２は、入射する光に対して５％以上かつ２０％以下の透過率を有するものである。

具体的に、透明膜２４１は、例えば酸化シリコンや窒化シリコンなどの透明な材料から成る。また、半透明膜２４２は、例えば上記の透過率となるように顔料を含有したアクリル樹脂から成る。

また、図１に示すように、半透明膜２４２は、隣接するカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇの、隣接する周縁部の下方にまたがって形成される。なお、画素は、図１の左右方向だけでなく、紙面垂直方向（電荷の転送方向）にも並んでいる。そのため、半透明膜２４２は、それぞれの方向に隣接するカラーフィルタの、隣接する周縁部の下方にまたがって形成される。

ここで、半透明膜２４２が形成される位置について、具体的に図２を参照して説明する。図２に示すように、赤画素Ｒ、緑画素Ｇ及び青画素Ｂは、ベイヤ配列となるように配置される。そのため、図２に示すように、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂは、垂直な二方向（図中の上下方向及び左右方向）に対して隣接する。このとき、隣接するカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの、隣接する周縁部の下方にまたがるように半透明膜２４２を形成すると、半透明膜２４２は、マトリクス状に配置されたカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの境界に沿った格子状となる。

次に、位相シフト層２４を設けたことによる効果について、図面を参照して説明する。図３は、図１の固体撮像素子内における光の進行態様と、当該固体撮像素子に入射した光の強度分布と、について示した図である。なお、図３（ａ）は、図１の固体撮像素子の構造と光の進行態様とを併せて示した断面図であり、図３（ｂ）及び（ｃ）は、図１の固体撮像素子に入射した光の基板付近における強度分布について示したグラフである。また、図４は、図１の固体撮像素子が備える基板上構造の分光特性について示したグラフである。

図３（ａ）では、カラーフィルタ２５Ｒの中央部を透過する光を細かい破線、カラーフィルタ２５Ｒの周縁部を透過する光を粗い破線でそれぞれ示している。図３（ａ）に示すように、カラーフィルタ２５Ｒの中央部を透過する光は、半透明膜２４２を透過せずに光電変換部１１に入射する。一方、カラーフィルタ２５Ｒの周縁部を透過する光は、半透明膜２４２を透過してから光電変換部１１に入射する。半透明膜２４２を透過する光は、半透明膜２４２を透過しない光よりも進行が遅れるため、位相がずれる。

図３（ｂ）では、カラーフィルタ２５Ｒの中央部を透過して半透明膜２４２を透過しない光の強度を細かい破線、カラーフィルタ２５Ｒの周縁部を透過して半透明膜２４２を透過する光の強度を粗い破線でそれぞれ示している。なお、図３（ｂ）では、半透明膜２４２を透過しない光の強度（図中の細かい破線）を正で表し、半透明膜２４２を透過することで半透明膜２４２を透過しない光に対して位相がずれる光の強度（図中の粗い破線）を負で表している。また、図３（ｃ）では、図３（ｂ）に示した２つの光を合成した光の強度について示している。

図３（ｂ）に示すように、カラーフィルタ２５Ｒの中央部を透過して基板１０に至る光は、画素の中央に近いほど強度が大きく、画素の境界に近いほど強度が小さくなる。一方、カラーフィルタ２５Ｒの周縁部を透過して基板１０に至る光は、画素の中央に近いほど強度が小さく、画素の境界に近いほど強度が大きくなる。

そのため、図３（ｂ）及び（ｃ）に示すように、画素の境界付近では、位相が異なる光が干渉することで弱め合い、強度が小さくなる。一方、画素の中央部では、このような干渉があまり生じないため、光の強度はあまり変化しない。なお、図３（ａ）〜（ｃ）では、赤画素について例示しているが、緑画素及び青画素でも同様である。

以上より、本発明の実施形態に係る固体撮像素子１では、位相シフト層２４を備えることで、画素の中央部における光の強度を維持しながら、画素の境界付近における光の強度を低減することができる。したがって、簡易的な構造でクロストークを抑制することが可能になる。

そして、この固体撮像素子１では、基板１０上の構造（マイクロレンズ２７、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ、位相シフト層２４など）による分光性能が高いものとなる。そのため、図４に示すように、赤及び緑の間の波長の光や、緑及び青の間の波長の光を光電変換部１１で検出され難くすることができるため、色再現性を向上することが可能になる。

なお、カラーフィルタ２５Ｒの中央部を透過して半透明膜２４２を透過しない光に対して、カラーフィルタ２５Ｒの周縁部及び半透明膜２４２を透過する光の位相が１８０°ずれるように、透明膜２４１及び半透明膜２４２の透過率や膜厚等を設定すると、画素の境界付近において光が効率良く弱め合い、画素の境界付近における光の強度を効果的に低減することができるため、好ましい。

＜固体撮像素子の製造方法＞
次に、上述した固体撮像素子１の製造方法の一例について、図面を参照して説明する。図５〜１０は、図１の固体撮像素子の製造方法の一例について示す断面図である。

最初に、図５に示すように、光電変換部１１、転送部１２及びチャネルストップ部１３を、基板１０内にそれぞれ形成する。また、ゲート絶縁膜２０、ゲート電極２１、遮光膜２２及び層間絶縁膜２３を、基板１０上にそれぞれ形成する。

例えば、まず、基板１０の上面側（図中上側）から、ｐ型不純物（例えば、ホウ素）やｎ型不純物（例えば、リンやヒ素）を順次イオン注入することで、光電変換部１１、転送部１２及びチャネルストップ部１３を、基板１０中にそれぞれ形成する。

次に、熱酸化により、酸化シリコン膜を基板１０の上面に形成する。さらに、熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）により、ポリシリコン膜を酸化シリコン膜上に形成する。そして、この酸化シリコン膜及びポリシリコン膜に対して、フォトリソグラフィ及びエッチングを行うことで、転送部１２の直上に形成された部分を残し、他の部分を除去する。これにより、ゲート絶縁膜２０及びゲート電極２１が形成される。

次に、スパッタにより、例えばアルミニウムから成る膜を、基板１０上に対して全面的に形成する。そして、この膜に対して、フォトリソグラフィ及びエッチングを行うことで、光電変換部１１の上方に形成された部分を除去する。これにより、遮光膜２２が形成される。

次に、プラズマＣＶＤにより、例えばＢＰＳＧから成る膜を、基板１０上を埋め尽くすように形成する。そして、この膜を形成した後に、加熱よるリフローやＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）等の平坦化処理を行う。これにより、層間絶縁膜２３が形成される。以上の工程により、図５に示す構造が得られる。

次に、図６に示すように、スピンコートにより、酸化シリコンや窒化シリコンを溶剤に溶かして成るＳＯＧ（Spin On Glass）を、層間絶縁膜２３の上面に対して全面的に形成する。これにより、透明膜２４１１が形成される。

次に、図７に示すように、フォトリソグラフィによって、透明膜２４１１の上面に対してフォトレジストＰを形成する。具体的に例えば、まず、スピンコートにより、透明膜２４１１の上面に対して全面的にポジ型のフォトレジストを形成する。次に、半透明膜２４２を形成する予定の位置（図１及び図２参照）に対して紫外光を照射して、フォトレジストを感光させる。そして、フォトレジストを現像液に浸すことにより感光部分を除去する。これにより、フォトレジストＰが形成される。

次に、図８に示すように、フォトレジストＰを用いたドライエッチングにより、半透明膜２４２を形成する予定の位置（図１及び図２参照）を掘り込み、フォトレジストＰを除去する。これにより、当該位置が凹部Ｄとなった透明膜２４１が形成される。

次に、図９に示すように、スピンコートにより、例えば顔料を含有したアクリル樹脂などから成る半透明膜２４２１を、透明膜２４１の上面に対して全面的に形成する。そして、図１０に示すように、ドライエッチングによるエッチバック（またはＣＭＰ）により、透明膜２４１が露出するまで半透明膜２４２１を全体的に除去する。これにより、透明膜２４１の上部に半透明膜２４２が埋め込まれた位相シフト層２４が形成される。このとき、上述のように、透明膜２４１が無機材料から成り、半透明膜２４２が有機材料から成っていると、それぞれの材料の特性の差を利用することで、容易に透明膜２４１が露出した時点で平坦化処理を終了させることができるため、好ましい。

さらにこの後、位相シフト層２４の上方に、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ、コート膜２６及びマイクロレンズ２７を形成することで、図１に示した固体撮像素子１が得られる。

例えば、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂは、位相シフト層２４の上面に対して、１種類（１色）ずつ順番に形成される。具体的には、スピンコートによる顔料を含んだネガ型の感光性材料の形成、カラーフィルタを形成すべき部分に対する露光、現像液による非感光部分の除去、という一連の工程を３回繰り返す。これにより、３種類（３色）のカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂが形成される。

次に、スピンコートにより、例えばアクリル樹脂などの透明な有機材料を、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの上面に対して全面的に形成する。これにより、コート膜２６が形成される。

次に、スピンコートにより、透明でポジ型の感光性材料をコート膜２６の上面に形成し、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの境界の上方となる部分を感光させた上で、現像液に浸すことで感光部分を除去する。そして、ホットプレートを用いて、例えば１３０℃以上２００℃以下の温度で数分間の熱処理を行うことにより、残った感光性材料を軟化させて半球型に変形させる。これにより、マイクロレンズ２７が形成される。

以上より、本発明の実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法では、透明膜２４１に凹部Ｄを形成し、当該凹部Ｄに半透明膜２４２を埋め込むだけで、位相シフト層２４が形成される。そのため、従来の固体撮像素子１００（図１１参照）の製造方法に対して簡易な工程をいくつか追加するだけで、クロストークを抑制した固体撮像素子１を製造することが可能になる。

＜変形等＞
［１］ 上述の実施形態では、ベイヤ配列となる原色系のカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂを備える固体撮像素子１について例示しているが、これ以外のカラーフィルタを備える固体撮像素子にも本発明は適用可能である。例えば、ハニカム配列のカラーフィルタや、補色系のカラーフィルタ（シアン、マゼンタ、黄、緑のそれぞれを選択的に透過するカラーフィルタ）などを備えた固体撮像素子も、上述したベイヤ配列となる原色系のカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂを備えた固体撮像素子１と同様にクロストークが生じ得る。そのため、これらの固体撮像素子にも本発明を適用して、クロストークを抑制することが可能である。

［２］ 上述の実施形態では、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの周縁部の下方となる位置に半透明膜２４２が形成された構造の位相シフト層２４について例示しているが、層内の位置に応じて透過する光の位相を異ならせることでカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの周縁部の下方で光を干渉させて弱める構造であれば、これ以外の構造であってもよい。

例えば、位相シフト層が、隣接する２つの画素の一方（例えば、赤画素及び青画素）を透過する光と、他方（例えば、緑画素）を透過する光と、の位相を異ならせる構造であってもよい。具体的に例えば、位相シフト層が、一方の画素と他方の画素とで膜厚が異なる構造や、一方（または双方）の画素に半透明膜などの位相をシフトさせる膜を設けた構造などであってもよい。この場合、隣接する２つの画素内を進行するそれぞれの光の位相が異なるため、当該画素の境界付近（カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの周縁部の下方）で光を干渉させて弱めることができる。

ただし、上記の構造では、画素毎に位相シフト層の構造（透過率）が異なることによって、光電変換部１１に到達する光の強度が画素毎（色毎）に異なる場合がある。この場合、画像データの生成時に、画素毎（色毎）に輝度等の補正が必要になり得る。

この点、上述した実施形態のように、位相シフト層２４が、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの中央部を透過する光と、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの周縁部を透過する光と、の位相を異ならせるものであると、画素毎の位相シフト層２４の構造（透過率）を同じものとすることができる。そのため、光電変換部１１に到達する光の強度が画素毎（色毎）に異なることを、抑制することができる。

［３］ 固体撮像素子１として、ＣＣＤイメージセンサを例示して説明したが、ＣＭＯＳイメージセンサなどの他の固体撮像素子にも、本発明は適用可能である。

＜まとめ＞
本発明の実施形態に係る固体撮像素子１及び当該固体撮像素子１の製造方法は、例えば以下のように把握され得る。

本発明の実施形態に固体撮像素子１は、入射する光を光電変換して電荷を生成する複数の光電変換部１１が形成された基板１０と、それぞれの前記光電変換部１１の上方に設けられ、所定の色の光を選択的に透過させて下方の前記光電変換部１１に入射させる複数のカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂと、前記基板１０と前記カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂとの間に設けられた層であり、層内の位置に応じて透過する光の位相を異ならせることで、前記カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの周縁部の下方で光を干渉させて弱める位相シフト層２４と、を備える。

この固体撮像素子１では、位相シフト層２４を備えることで、画素の中央部における光の強度を維持しながら、画素の境界付近における光の強度を低減することができる。

さらに、上記の固体撮像素子１において、前記位相シフト層２４が、前記カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの中央部を透過した光と、前記カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの前記周縁部を透過した光と、の位相を異ならせるものである。

特に、上記の固体撮像素子１において、前記位相シフト層２４が、透明膜２４１と、前記透明膜２４１中の、前記カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの前記周縁部の下方となる位置に形成されて、前記透明膜２４１よりも透過率が低い半透明膜２４２と、を備える。

この固体撮像素子１では、画素毎の位相シフト層２４の構造が同様となる。そのため、光電変換部１１に到達する光の強度が画素毎に異なることを、抑制することができる。

さらに、上記の固体撮像素子１において、前記透明膜２４１の透過率が９０％以上であり、前記半透明膜２４２の透過率が５％以上２０％以下である。

この固体撮像素子１では、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの中央部を透過した光と、カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの周縁部を透過した光と、の位相を効果的に異ならせることが可能となる。

さらに、上記の固体撮像素子１において、前記半透明膜２４１が、隣接する前記カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの、隣接する前記周縁部の下方にまたがって形成される。

この固体撮像素子１では、画素の境界付近の全体に半透明膜２４１が形成されるため、画素の境界付近における光の強度を効果的に低減することが可能となる。

さらに、上記の固体撮像素子１において、前記位相シフト層２４は、前記カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの前記中央部を透過した光と、前記カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの前記周縁部を透過した光と、の位相を１８０°異ならせるものである。

この固体撮像素子１では、画素の境界付近において光が効率良く弱め合うため、画素の境界付近における光の強度を効果的に低減することができる。

また、本発明の実施形態に係る固体撮像素子１の製造方法は、入射する光を光電変換して電荷を生成する複数の光電変換部１１が形成された基板１０の上方に、透明膜２４１１を形成する透明膜形成ステップと、前記透明膜２４１１の上面の所定の位置に複数の凹部Ｄを設ける凹部形成ステップと、前記透明膜２４１よりも透過率が低い半透明膜２４２１を、前記凹部Ｄを埋め尽くすように形成する半透明膜形成ステップと、前記透明膜２４１が露出するまで前記半透明膜２４２１を除去する半透明膜除去ステップと、前記透明膜２４１及び前記半透明膜２４２の上方でありそれぞれの前記光電変換部１１の上方となる位置に、所定の色の光を選択的に透過させて下方の前記光電変換部１１に入射させる複数のカラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂを形成するカラーフィルタ形成ステップと、を備え、前記凹部形成ステップは、前記カラーフィルタ２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂの周縁部の下方となる位置に前記凹部を形成するものである。

この固体撮像素子１の製造方法では、透明膜２４１に凹部Ｄを形成し、当該凹部Ｄに半透明膜２４２を埋め込むことによって、位相シフト層２４が形成される。そのため、従来の固体撮像素子１００の製造方法に対して、簡易な工程をいくつか追加するだけで、クロストークを抑制した固体撮像素子１を製造することが可能になる。

本発明は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子に、好適に利用され得る。

１ ： 固体撮像素子
１０ ： 基板
１１ ： 光電変換部
１２ ： 転送部
１３ ： チャネルストップ部
２０ ： ゲート絶縁膜
２１ ： ゲート電極
２２ ： 遮光膜
２３ ： 層間絶縁膜
２４ ： 位相シフト層
２４１，２４１１ ： 透明膜
２４２，２４２１ ： 半透明膜
２５Ｒ，２５Ｇ，２５Ｂ ： カラーフィルタ
２６ ： コート膜
２７ ： マイクロレンズ
Ｄ ： 凹部

Claims (5)

1. 入射する光を光電変換して電荷を生成する複数の光電変換部が形成された基板と、
   それぞれの前記光電変換部の上方に設けられ、所定の色の光を選択的に透過させて下方の前記光電変換部に入射させる複数のカラーフィルタと、
   前記基板と前記カラーフィルタとの間に設けられた層であり、層内の位置に応じて透過する光の位相を異ならせることで、前記カラーフィルタの周縁部の下方で光を干渉させて弱める位相シフト層と、
   を備えることを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記位相シフト層が、前記カラーフィルタの中央部を透過した光と、前記カラーフィルタの前記周縁部を透過した光と、の位相を異ならせるものであることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 前記位相シフト層が、
   透明膜と、
   前記透明膜中の、前記カラーフィルタの前記周縁部の下方となる位置に形成されて、前記透明膜よりも透過率が低い半透明膜と、
   を備えることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
4. 前記透明膜の透過率が９０％以上であり、前記半透明膜の透過率が５％以上２０％以下であることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。
5. 入射する光を光電変換して電荷を生成する複数の光電変換部が形成された基板の上方に、透明膜を形成する透明膜形成ステップと、
   前記透明膜の上面の所定の位置に複数の凹部を設ける凹部形成ステップと、
   前記透明膜よりも透過率が低い半透明膜を、前記凹部を埋め尽くすように形成する半透明膜形成ステップと、
   前記透明膜が露出するまで前記半透明膜を除去する半透明膜除去ステップと、
   前記透明膜及び前記半透明膜の上方でありそれぞれの前記光電変換部の上方となる位置に、所定の色の光を選択的に透過させて下方の前記光電変換部に入射させる複数のカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成ステップと、を備え、
   前記凹部形成ステップは、前記カラーフィルタの周縁部の下方となる位置に前記凹部を形成するものであることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。

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