JP2015002340A - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明は、上述した固体撮像装置の製造方法を含む。
まず、本発明の第1の実施形態について説明を行う。
例えばカメラのレンズ3から入射した光は、固体撮像装置1に照射される。この際、固体撮像装置1における画素領域(ここでは、有効画素領域)の中央部(図1のA)には、主光線3Aを含む光が入射する。また、固体撮像装置1における有効画素領域の中央部に対してその周辺領域に位置する、固体撮像装置1における有効画素領域の周辺部(図1のB)には、主光線3Bを含む光が入射する。
図2に示すように、固体撮像装置1には、光電変換素子(受光素子)を有する、有効画素領域2が形成されている。例えば、有効画素領域2は、各光電変換素子を有する画素が、例えば2次元行列状に複数配設されて形成されている。この図2には、固体撮像装置1における有効画素領域2の中央部Aと、固体撮像装置1における有効画素領域2の周辺部Bが示されている。
第2のカラーフィルタ層14bは、第1の平坦化層13上に形成され、例えば緑色(G)の色素を含む樹脂で形成されている。
ここで、本実施形態においては、カラーフィルタ層の配列として、例えば、いわゆるベイヤー配列を適用することが可能である。この場合、例えば、図2に示すX−X'断面における画素行と上下に隣接する画素行では、例えば緑色(G)の色素を含む樹脂で形成されている第2のカラーフィルタ層14bにおける画素と、例えば青色(B)の色素を含む樹脂で形成されている第3のカラーフィルタ層(図3では不図示)における画素とが交互に配置される形態を採る。
なお、本例では、第1のカラーフィルタ層14aを赤色(R)のフィルター層、第2のカラーフィルタ層14bを緑色(G)のフィルター層とする例を示したが、逆であってもよい。即ち、第1のカラーフィルタ層14aを緑色(G)のフィルター層、第2のカラーフィルタ層14bを赤色(R)のフィルター層としてもよい。
本実施形態では、図3(b)に示す有効画素領域の周辺部(図1及び図2のB)における空隙18は、図3(a)に示す有効画素領域の中央部(図1及び図2のA)における空隙18よりも、大きな幅で形成されている。例えば、1.43umの画素サイズの固体撮像装置1において、図3(b)に示す空隙18の幅は0.4um、図3(a)に示す空隙18の幅は0.1umで形成される。
図4は、入射角度の大きな斜めからの入射光L1が、固体撮像装置1のある画素(図4に示す例では左から2番目の画素)に入射する場合を示している。
図4(a)に示す固体撮像装置1では、当該ある画素の第1のカラーフィルタ層14aで色分離された光が、当該第1のカラーフィルタ層14aの下を抜けて、当該ある画素の光電変換素子11bではなく、隣の画素の光電変換素子11aに入射する。この場合、光電変換素子11bの感度が低下するとともに、光電変換素子11aに混色が発生する。
これに対して、図4(b)に示す固体撮像装置1では、空隙18が大きな幅で形成されているため(換言すれば被空隙形成層の幅が小さく形成されているため)、入射光L1が、空隙18の下方で反射して当該ある画素の光電変換素子11bに入射する。この場合、光電変換素子11bの感度の低下や光電変換素子11aへの混色が防止できる。
以上のように、入射角度の大きな斜めからの入射光L1に対しては、図4(b)に示す空隙18の幅が大きい(広い)方が、感度や混色といった特性において有利に働く。
例えば、1.43umの画素サイズの固体撮像装置1において、入射角度が40°の光が入射すると、空隙18の幅が0.4umの場合は、空隙18の幅が0.1umの場合と比べて、感度が約15%高くなる。
図5は、入射角度の小さい(略0°)の入射光L2が、固体撮像装置1のある画素(図5に示す例では左から2番目の画素)に入射する場合を示している。
図5(a)に示す固体撮像装置1は、空隙18が小さな幅で形成されているため(換言すれば被空隙形成層の幅が大きく形成されているため)、入射光L2の空隙18での反射を最小限に抑えることができる。この場合、光電変換素子11bの感度が低下を最小限に抑えることができる。
これに対して、図5(b)に示す固体撮像装置1は、空隙18が大きな幅で形成されているため(換言すれば被空隙形成層の幅が小さく形成されているため)、図5(a)に示す固体撮像装置1と比較して、入射光L2の空隙18での反射の割合が大きくなる。この場合、光電変換素子11bの感度の低下が顕著になる。
以上のように、入射角度の小さい真上からの入射光L2に対しては、図5(a)に示す空隙18の幅が小さい(狭い)方が、感度の特性において有利に働く。
例えば、1.43umの画素サイズの固体撮像装置1において、真上から光が入射すると、空隙18の幅が0.1umの場合は、空隙18の幅が0.4umの場合と比べて、感度が約3%高くなる。
まず、周知の製造方法により、例えばシリコンからなる半導体基板10の一方の面に、各画素に、光電変換素子11を形成する。
その後、図3に示すように、素子分離9を形成し、半導体基板10の一方の面側に、ゲート電極8、層間絶縁層30及び配線層31を形成した後、支持基板32を貼り付けて反転させる。
次いで、半導体基板10における層間絶縁層30と接する面(一方の面)とは反対側の他方の面上に、例えばシリコン窒化物からなる保護層12を形成する。この保護層12は、例えば反射防止層としても機能する。
次いで、保護層12上に、例えば1層の有機絶縁物からなる第1の平坦化層13を形成する。なお、第1の平坦化層13は、その上面が平坦化処理により平坦化されていてもよい。ここで、本実施形態では、第1の平坦化層13は、1層の有機絶縁物からなる層で構成されているものとするが、例えば無機絶縁物からなる層や複数の層で構成することも可能である。この第1の平坦化層13は、例えばカラーフィルタ層14a,14bの下地層としても機能する。
次いで、第1の平坦化層13上であって赤色の画素となる所定の光電変換素子11の上方に、赤色(R)の色素を含む樹脂からなる第1のカラーフィルタ層14aを形成する。具体的には、第1の平坦化層13上に第1のカラーフィルタ層14aを構成する赤色(R)の色素を含む樹脂を全面に形成し、露光工程により赤色の画素の形成領域以外の当該樹脂をパターニングして除去し、赤色の画素の形成領域に第1のカラーフィルタ層14aを形成する。
次いで、第1の平坦化層13上であって緑色の画素となる所定の光電変換素子11の上方に、緑色(G)の色素を含む樹脂からなる第2のカラーフィルタ層14bを形成する。具体的には、第1の平坦化層13上に第2のカラーフィルタ層14bを構成する緑色(G)の色素を含む樹脂を全面に形成し、露光工程により緑色の画素の形成領域以外の当該樹脂をパターニングして除去し、緑色の画素の形成領域に第2のカラーフィルタ層14bを形成する。
その後、不図示であるが、第1のカラーフィルタ層14a及び第2のカラーフィルタ層14bと同様の製法により、第1の平坦化層13上であって青色の画素となる所定の光電変換素子11の上方に、青色(B)の色素を含む樹脂からなる第3のカラーフィルタ層を形成する。
次いで、各カラーフィルタ層上に、例えば樹脂からなり、上面が平坦化処理により平坦化された第2の平坦化層15を形成する。ここで、本実施形態では、第2の平坦化層15は、樹脂からなる層で構成されているものとするが、例えばシリコン酸化物などの無機絶縁物からなる層で構成することも可能である。
次いで、第2の平坦化層15上にフォトレジストを塗布した後、図6に示すマスク(レチクル)4を用いて露光・現像を行って、各カラーフィルタ層の境界部分(各画素の境界部分)の上方領域に開口部19を有するフォトレジストパターン20を形成する。図6に示すマスク4を用いることにより、フォトレジストパターン20の開口部19は、有効画素領域2の中央部Aよりも有効画素領域2の周辺部Bの方が、その幅が大きくなった(広がった)構造となる。詳細には、フォトレジストパターン20の開口部19は、図6に示すマスク4を用いた露光・現像により形成されるため、その開口部19の幅は、有効画素領域2の中央部Aから有効画素領域2の周辺部Bに向かうのにしたがって徐々に大きくなる。
なお、フォトレジストパターン20をマスクとしたドライエッチングでは、被エッチング層が有機材料の場合には例えばO3(オゾン)系ガスを用いたエッチングを行い、被エッチング層が無機材料の場合には例えばCF系ガスを用いたエッチングを行う。図7に示す例の場合、被空隙形成層には、有機材料の層と無機材料の層とが混在しているため、フォトレジストパターン20をマスクとしたドライエッチングでは、材料が切り替わるごとに、エッチングを途中で切り替えることになる。
また、図7(b)に示す例では、保護層12までエッチングを行っているが、保護性能向上のため、第1の平坦化層13までをエッチングにより除去し、保護層12はエッチングにより除去せずに残す形態であってもよい。即ち、空隙18の下端が保護層12の上面に位置してもよい。
その後、フォトレジストパターン20を除去する。
次いで、封止層16上に、各光電変換素子11に対応したマイクロレンズ17を形成する。このマイクロレンズ17は、無機系或いは有機系の透明の材料で形成されている。このマイクロレンズ17は、樹脂をパターニングした後に加熱しリフローで形成してもよいし、マスク形状のレジストパターンを用いて転写エッチングにより形成してもよい。
次に、本発明の第2の実施形態について説明を行う。
まず、周知の製造方法により、例えばシリコンからなる半導体基板10の一方の面に、各画素に、光電変換素子11を形成する。
次いで、半導体基板10における前記一方の面とは反対側の他方の面上に、例えばシリコン窒化物からなる保護層12を形成する。この保護層12は、例えば反射防止層としても機能する。
次いで、保護層12上に、例えば1層の有機絶縁物からなり、上面が平坦化処理により平坦化された第1の平坦化層13を形成する。ここで、本実施形態では、第1の平坦化層13は、1層の有機絶縁物からなる層で構成されているものとするが、例えば無機絶縁物からなる層や複数の層で構成することも可能である。
次いで、第1の平坦化層13上に、例えばシリコン酸化物からなる分離用層21aを形成する。ここで、本実施形態では、分離用層21aは、シリコン酸化物からなる層で構成されているものとするが、例えばシリコン窒化物などの無機物からなる層で構成することも可能である。
次いで、分離用層21a上にフォトレジストを塗布した後、図8に示すマスク(レチクル)5を用いて露光・現像を行って、各光電変換素子11の上方領域に開口部19を有するフォトレジストパターン20を形成する(画素の境界部分にフォトレジストパターン20を形成する)。図8に示すマスク5を用いることにより、フォトレジストパターン20は、有効画素領域2の中央部Aよりも有効画素領域2の周辺部Bの方が、その幅が大きくなった(広がった)構造となる。詳細には、フォトレジストパターン20は、図8に示すマスク5を用いた露光・現像により形成されるため、そのフォトレジストパターン20の幅は、有効画素領域2の中央部Aから有効画素領域2の周辺部Bに向かうのにしたがって徐々に大きくなる。
その後、フォトレジストパターン20を除去する。
次いで、第1の平坦化層13上であって緑色の画素となる所定の光電変換素子(受光素子)11の上方に、緑色(G)の色素を含む樹脂からなる第2のカラーフィルタ層14bを分離層21と接するように形成する。具体的には、第1の平坦化層13上に第2のカラーフィルタ層14bを構成する緑色(G)の色素を含む樹脂を全面に形成し、露光工程により緑色の画素の形成領域以外の当該樹脂をパターニングして除去し、緑色の画素の形成領域に第2のカラーフィルタ層14bを形成する。
その後、不図示であるが、第1のカラーフィルタ層14a及び第2のカラーフィルタ層14bと同様の製法により、第1の平坦化層13上であって青色の画素となる所定の光電変換素子11の上方に、青色(B)の色素を含む樹脂からなる第3のカラーフィルタ層を分離層21と接するように形成する。
次いで、各カラーフィルタ層上に、例えば有機絶縁体物等からなる封止用層16aを形成する。この際、封止用層16aには、例えばマスク5を使用して、格子状の溝を形成しておく。即ち、封止用層16aは、分離層21の上面の全部又は一部を露出するように形成されている。
なお、本工程におけるウェットエッチングには、例えばリン酸やフッ酸などが使われる。空隙18を形成した後、次いで、封止用層16aに対して熱をかけて軟化させ、空隙18の開口領域でオーバーハングさせる(図9(c)及び図9(d)の例では隣接する封止用層16a同士をつなげる)ことにより、空隙18を封止する封止層(キャップ層)16を形成する。
次に、本発明の第3の実施形態について説明を行う。
上述した第1及び第2の実施形態に係る固体撮像装置は、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置であったが、本発明においては、この形態に限定されるものではない。例えば、いわゆる表面照射型の固体撮像装置も、本発明に適用可能である。
次に、本発明の第4の実施形態について説明を行う。
次に、本発明の第5の実施形態について説明を行う。
上述した本発明の各実施形態に係る固体撮像装置では、平坦化層を形成する例について説明を行ったが、この平坦化層は、必要に応じて、適宜、省略することが可能である。また、上述した本発明の各実施形態に係る固体撮像装置は、表面に光が照射される場合にも適用可能である。
Claims (6)
- 複数の受光素子を有する画素領域を備えた固体撮像装置であって、
前記複数の受光素子が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられ、前記複数の受光素子における各受光素子に対応した複数の被空隙形成層と、
前記複数の被空隙形成層における各被空隙形成層の間に設けられた空隙と、
を有し、
前記画素領域の周辺部における前記空隙は、前記画素領域の中央部における前記空隙よりも、大きな幅であることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記画素領域の中央部における前記被空隙形成層は、前記画素領域の周辺部における前記被空隙形成層よりも、大きな幅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。
- 前記空隙の幅は、前記画素領域の中央部から前記画素領域の周辺部に向かうのにしたがって徐々に大きくな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。
- 前記被空隙形成層は、カラーフィルタ層を含む複数の層からなるものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記被空隙形成層は、カラーフィルタ層からなるものであることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 複数の受光素子を有する画素領域を備えた固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板に前記複数の受光素子を形成する工程と、
前記半導体基板の上方に、前記複数の受光素子における各受光素子に対応して、間に空隙を有する複数の被空隙形成層を形成する工程と、
を有し、
前記画素領域の周辺部における前記空隙を、前記画素領域の中央部における前記空隙よりも、大きな幅で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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