JP2016219566A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】カラーフィルタとして干渉フィルタを用いた場合に、各画素での焦点距離を均等化することができ、かつ干渉フィルタでの反射光が近傍の画素に入り込むことを低減させた固体撮像素子を提供する。【解決手段】実施形態によれば、固体撮像素子は、光電変換素子１１と、フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔと、吸収層３１と、を備える。フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔは、所定の波長の電磁波を透過させ、それ以外の波長の電磁波を反射させ、基板面に対して傾斜した状態で光電変換素子１１上に配置され、平板状を有する。吸収層３１は、画素の配置領域の外周部で、フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔの配置位置よりも受光面側に配置される。吸収層３１は、フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔでの反射電磁波を吸収する材料によって構成される。フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔの基板面に対する傾斜角は、画素の種類ごとに異なる。【選択図】図１
Description
本発明の実施形態は、固体撮像素子およびその製造方法に関する。
イメージセンサとして、近年では、通常のＲＧＢのイメージセンサだけではなく、多波長を使ったハイパースペクトラムのイメージセンサが提案されている。ハイパースペクトラムのイメージセンサで受光した電磁波を多波長に分離する方法として、干渉フィルタを用いる方法がある。干渉フィルタは、たとえば屈折率の異なる２種類の膜を複数層積層させた構造を有し、膜厚を変えることで多波長を分離する。そのため、干渉フィルタをカラーフィルタとして用いる場合には、各画素に配置される干渉フィルタの膜厚を調整して、画素ごとに受光する波長を異ならせる。
しかし、干渉フィルタの膜厚を画素ごとに異ならせる構造の場合には、画素ごとに焦点距離が変化する。そのため、波長ごとの分解能が劣化する虞がある。また、干渉フィルタの傾斜角を画素ごとに異ならせる構造の場合には、干渉フィルタでの反射光が迷光となり、近傍の画素に入り込む虞がある。
本発明の一つの実施形態は、カラーフィルタとして干渉フィルタを用いた場合に、各画素での焦点距離を均等化することができ、かつ干渉フィルタでの反射光が近傍の画素に入り込むことを低減させた固体撮像素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一つの実施形態によれば、異なる波長の電磁波を検出する複数種類の画素が２次元的に基板上に配置された固体撮像素子が提供される。固体撮像素子は、光電変換素子と、フィルタと、吸収層と、を備える。前記光電変換素子は、前記基板の前記画素の配置領域に設けられる。前記フィルタは、所定の波長の電磁波を透過させ、それ以外の波長の電磁波を反射させ、基板面に対して傾斜した状態で前記光電変換素子上に配置され、平板状を有する。前記吸収層は、前記画素の配置領域の外周部で、前記フィルタの配置位置よりも受光面側に配置される。前記吸収層は、前記フィルタでの反射電磁波を吸収する材料によって構成される。また、前記フィルタの前記基板面に対する傾斜角は、前記画素の種類ごとに異なる。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる固体撮像素子およびその製造方法を詳細に説明する。なお、これらの実施形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の実施形態で用いられる固体撮像素子の断面図は模式的なものであり、層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる場合がある。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による固体撮像素子の構造の一例を示す図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は上面図である。なお、図１（ｂ）では、マイクロレンズの図示は省略されている。固体撮像素子は、電磁波を検出する画素が２次元的に所定の規則で配置されたものである。固体撮像素子には、２種類以上の画素が設けられる。画素の種類は、検出する電磁波の波長によって分類される。以下に示す例では、固体撮像素子が３種類の第１画素ＰF、第２画素ＰSおよび第３画素ＰTを有する場合を例に挙げる。なお、ここで、画素が検出する電磁波は、可視光領域の光だけでなく、赤外線領域、紫外線領域、またはその他の領域の電磁波であってもよい。
図１は、第１の実施形態による固体撮像素子の構造の一例を示す図であり、（ａ）は断面図であり、（ｂ）は上面図である。なお、図１（ｂ）では、マイクロレンズの図示は省略されている。固体撮像素子は、電磁波を検出する画素が２次元的に所定の規則で配置されたものである。固体撮像素子には、２種類以上の画素が設けられる。画素の種類は、検出する電磁波の波長によって分類される。以下に示す例では、固体撮像素子が３種類の第１画素ＰF、第２画素ＰSおよび第３画素ＰTを有する場合を例に挙げる。なお、ここで、画素が検出する電磁波は、可視光領域の光だけでなく、赤外線領域、紫外線領域、またはその他の領域の電磁波であってもよい。
図１（ａ）に示されるように、各画素ＰF，ＰS，ＰTは、半導体基板１０に設けられる。各画素ＰF，ＰS，ＰTは、光電変換部１１が形成された半導体基板１０上に、透明絶縁膜２１と、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔと、平坦化膜２３と、透明絶縁膜２４と、マイクロレンズ２５と、が積層された構造を有する。
半導体基板１０として、第１導電型（たとえばＰ型）の不純物を含む単結晶シリコン基板などを用いることができる。光電変換部１１として、ｐｎ接合を有するフォトダイオードを例示することができる。フォトダイオードは、第１導電型の半導体基板１０の画素ＰF，ＰS，ＰTの配置領域内に第２導電型（たとえばＮ型）の不純物を含む半導体領域を設けることによって得られる。なお、図示していないが、半導体基板１０には、各画素ＰF，ＰS，ＰTの光電変換部１１で光電変換された電荷を読み出す素子なども設けられる。
透明絶縁膜２１は、半導体基板１０上に設けられる。また、透明絶縁膜２１には、光電変換部１１上の厚さが光電変換部１１以外の領域の厚さに比して厚い台座部２１Ｆ，２１Ｓ，２１Ｔが設けられている。台座部２１Ｆ，２１Ｓ，２１Ｔの上面は、平面状であるが、基板面に対して所定の角度で傾斜している。傾斜角度は、画素ＰF，ＰS，ＰTの種類に応じて設定されており、ここでは、第１画素ＰFの傾斜角度はθ１であり、第２画素ＰSの傾斜角度はθ２であり、第３画素ＰTの傾斜角度はθ３である。ただし、θ１＜θ２＜θ３であるとする。これらの傾斜角度は、後述する多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔへの電磁波の入射角と等しくなる。透明絶縁膜２１は、画素ＰF，ＰS，ＰTで検出される波長の電磁波に対して透明であればよい。この例では、透明絶縁膜２１として、シリコン酸化膜が用いられる。
多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔは、複数の波長を有する電磁波から所定の波長の電磁波を透過させ、その他の波長の電磁波を反射させる機能を有する。多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔは、たとえば、第１屈折率の第１絶縁膜と、第１屈折率よりも屈折率の低い第２屈折率の第２絶縁膜と、が交互に複数積層された誘電体多層膜によって構成される。たとえば、第１絶縁膜として屈折率が２以上のＴｉＯ2膜を用い、第２絶縁膜として屈折率が１．５以下のＳｉＯ2膜を用いることができる。以下では、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２ＴとしてＴｉＯ2／ＳｉＯ2の多層膜を用いる場合を例に挙げる。
図２は、ＴｉＯ2／ＳｉＯ2の誘電体多層膜の分光特性の一例を示す図である。この図において、横軸は波長［ｎｍ］を示し、縦軸は透過率を示している。この図２では、同じ誘電体多層膜に対して、光の入射角を１５°〜３５°に変化させた場合の誘電体多層膜の透過率の変化を示している。この図に示されるように、入射角が１５°の場合の透過率が最大となる波長は約５６０ｎｍである。入射角を増加させていくと徐々に透過率が最大となる波長は短波長側にシフトしていき、入射角が３５°の場合には約５２０ｎｍとなる。
このように、ＴｉＯ2／ＳｉＯ2の誘電体多層膜においては、同じ構造でも光の入射角を変化させることで、透過する光の波長を変えることができる。これは、複数種類の絶縁膜を交互に重ねることで構成される多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔについて一般的に当てはまるものである。そこで、第１の実施形態では、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔの基板面に対する傾斜角度を画素ＰF，ＰS，ＰTの種類によって変化させている。本実施形態では、各台座部２１Ｆ，２１Ｓ，２１Ｔの上面の傾斜角を変えることで、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔの基板面に対する角度を変えている。これによって、１種類の誘電体多層膜を多層干渉フィルタとして固体撮像素子に用いた場合でも、画素によって透過させる波長を異ならせることが可能になる。なお、この例では、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔのいずれも基板面に対して傾斜させているが、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔのいずれかを基板面に対して傾斜させずに形成してもよい。
多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔは、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔの平面の中心の高さが、各画素ＰF，ＰS，ＰTで略一定となるように、透明絶縁膜２１の台座部２１Ｆ，２１Ｓ，２１Ｔ上に配置される。なお、この例では、光電変換部１１が配置されていない領域には多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔは設けられていない。
平坦化膜２３は、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔ上を覆うように設けられ、上面（受光面）側が平坦化された絶縁膜である。平坦化膜２３は、画素ＰF，ＰS，ＰTで検出される波長の電磁波に対して透明であればよい。この例では、平坦化膜２３として、ポリシラザンなどの有機材料を用いてもよいし、シリコン酸化膜などの無機材料を用いてもよい。
透明絶縁膜２４は、平坦化膜２３とマイクロレンズ２５との間に設けられる絶縁膜である。透明絶縁膜２４は、画素ＰF，ＰS，ＰTで検出される波長の電磁波に対して透明であればよい。この例では、透明絶縁膜２４として、ポリシラザンなどの有機材料を用いてもよいし、シリコン酸化膜などの無機材料を用いてもよい。マイクロレンズ２５は、透明絶縁膜２４上に設けられ、各画素ＰF，ＰS，ＰT内に光を集光する。
また、第１の実施形態による固体撮像素子では、隣接する画素ＰF，ＰS，ＰT間の平坦化膜２３の上面側には、吸収層３１が設けられる。吸収層３１は、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔで反射された電磁波を吸収することができる位置に設けられる。第１の実施形態では、図１（ｂ）に示されるように、画素ＰF，ＰS，ＰTと画素ＰF，ＰS，ＰTの境界部分に、すなわち１つの画素ＰF，ＰS，ＰTの外周部に吸収層３１が配置される。基板面に対して垂直な方向における吸収層３１が設けられる位置は、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔの位置と入射光の角度に応じて見積もられる反射角度などから求められる。画素ＰF，ＰS，ＰTが複数種類ある場合には、半導体基板１０の上面に最も近い位置を通る多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔからの反射光を吸収することができるように、平坦化膜２３の厚さが定められる。
吸収層３１として、反射した電磁波の波長が可視光領域にある場合には、有機顔料などの有機材料、ポリシリコン、アモルファスシリコン、ポリシリコンゲルマニウムなどのＳｉ系，Ｇｅ系の材料などを用いることができる。
図１（ｂ）に示されるように、画素ＰF，ＰS，ＰTは、たとえばベイヤー配列によって半導体基板１０に配置される。ベイヤー配列では、２×２の４画素を１絵素として、２次元的に周期的に配置している。図１（ｂ）では、１絵素中に、１つの第１画素ＰFと、２つの第２画素ＰSと、１つの第３画素ＰTとが含まれる。なお、これは一例であり、他の配列であってもよい。また、図１（ｂ）に示されるベイヤー配列では、第１画素ＰF、第２画素ＰSおよび第３画素ＰTは一直線上には並ばないが、図１（ａ）では、説明の便宜上同じ断面上に各画素ＰF，ＰS，ＰTを並べて描いている。
ここで、このような構造の固体撮像素子の動作の概要について説明する。マイクロレンズ２５から入射した光は、各画素ＰF，ＰS，ＰTの多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔに到達する。多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔでは、第１絶縁膜および第２絶縁膜の厚さと、基板面に対する傾斜角と、によって定まる波長の光が透過し、他の波長の光は反射される。すなわち、第１画素ＰFでは、第１波長の光が選択され、第２画素ＰSでは、第２波長の光が選択され、第３画素ＰTでは、第３波長の光が選択される。選択された光は、各画素ＰF，ＰS，ＰTの光電変換部１１に入射し、光電変換され、信号電荷となるキャリアが蓄積される。信号電荷の蓄積は、図示しない読み出し用の素子によって制御され、図示しない周辺回路によって読み出される。
また、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔで反射された光は、平坦化膜２３を進み、吸収層３１で吸収される。吸収層３１によって、反射光が迷光となって他の画素ＰF，ＰS，ＰTに入り込むことが防止される。その結果、センシング不良の発生および画質の劣化を抑制することができる。
つぎに、このような構造の固体撮像素子の製造方法について説明する。図３−１〜図３−４は、第１の実施形態による固体撮像素子の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。
まず、図３−１（ａ）に示されるように、半導体基板１０の各画素配置領域ＲF，ＲS，ＲTに光電変換部１１を形成する。半導体基板１０として、第１導電型（たとえばＰ型）の不純物を含む単結晶シリコン基板などを用いることができる。第１導電型の半導体基板１０に、第２導電型（たとえばＮ型）の不純物を含む半導体領域をイオン注入法などの方法で形成する。第２導電型の不純物を含む半導体領域は、画素配置領域ＲF，ＲS，ＲTのそれぞれに形成される。これによって、各画素配置領域ＲF，ＲS，ＲTには、光電変換部１１として、ｐｎ接合を有するフォトダイオードが形成される。画素配置領域ＲF，ＲS，ＲTは、上記したように図１（ｂ）に示されるベイヤー配列などで半導体基板１０上に配置される。また、このとき、図示しないが光電変換部１１で光電変換された電荷を転送したり、増幅したりするトランジスタなどの素子が半導体基板１０に形成される。
ついで、透明絶縁膜２１を半導体基板１０上に形成する。ここでは、透明絶縁膜２１として、シリコン酸化膜をＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの成膜法で形成する。透明絶縁膜２１は、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔの土台となる。
その後、図３−１（ｂ）に示されるように、透明絶縁膜２１上にレジストを塗布し、リソグラフィ処理と現像処理によって、画素配置領域ＲF，ＲS，ＲTに上面が所定の角度で傾斜した形状のレジストパターン４１を形成する。このような上面が傾斜形状を有するパターンは、グレーティングドットマスクを用いることで形成することができる。グレーティングドットマスクは、露光量の分布が傾斜形状となるように調整されたマスクである。また、グレーティングドットマスクを用いることで、傾斜角度が異なる複数種類（この例の場合には３種類）の上面が傾斜形状を有するパターンを一度のリソグラフィ処理によって形成することができる。たとえば、第１画素配置領域ＲFには、傾斜角度θ１のパターンが形成され、第２画素配置領域ＲSには、傾斜角度θ２のパターンが形成され、第３画素配置領域ＲTには、傾斜角度θ３のパターンが形成される。
その後、図３−２（ａ）に示されるように、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などの異方性エッチングによって、レジストパターン４１をマスクとして、透明絶縁膜２１をエッチングする。これによって、レジストパターン４１に形成されたパターンが透明絶縁膜２１に転写される。すなわち、第１画素配置領域ＲFには傾斜角度がθ１の上面を有する台座部２１Ｆが形成され、第２画素配置領域ＲSには傾斜角度がθ２の上面を有する台座部２１Ｓが形成され、第３画素配置領域ＲTには傾斜角度がθ３の上面を有する台座部２１Ｔが形成される。
ついで、図３−２（ｂ）に示されるように、透明絶縁膜２１上の全面に、誘電体多層膜２２ａを形成する。誘電体多層膜２２ａは、たとえば高屈折率材料であるＴｉＯ2と低屈折率材料であるＳｉＯ2とを交互に成膜することを繰り返すことによって形成される。このとき誘電体多層膜２２ａは、下地の透明絶縁膜２１上にコンフォーマルに形成される。その結果、第１画素配置領域ＲFの誘電体多層膜２２ａの傾斜角度はθ１となり、第２画素配置領域ＲSの誘電体多層膜２２ａの傾斜角度はθ２となり、第３画素配置領域ＲTの誘電体多層膜２２ａの傾斜角度はθ３となる。
その後、図３−３（ａ）に示されるように、誘電体多層膜２２ａ上にレジストを塗布する。そして、リソグラフィ処理と現像処理とを行って、各画素配置領域ＲF，ＲS，ＲTで、台座部２１Ｆ，２１Ｓ，２１Ｔの形成領域がマスクされるようにパターニングを行って、レジストパターン４２を形成する。
ついで、図３−３（ｂ）に示されるように、ＲＩＥ法などの異方性エッチングによって、レジストパターン４２をマスクとして、誘電体多層膜２２ａをエッチングする。これによって、誘電体多層膜２２ａは、それぞれの画素配置領域ＲF，ＲS，ＲT内の台座部２１Ｆ，２１Ｓ，２１Ｔ上に残され、基板面に対して傾斜した多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔとなる。
その後、図３−４（ａ）に示されるように、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔを形成した透明絶縁膜２１上に平坦化膜２３を形成する。平坦化膜２３は、有機材料を塗布することによって形成してもよいし、無機材料を形成した後、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）法によって上面を平坦化してもよい。光電変換部１１で可視光領域の電磁波を検出する場合には、平坦化膜２３としてたとえばポリシラザン、シリコン酸化膜などを用いることができる。
また、平坦化膜２３上の全面に吸収層３１を形成する。光電変換部１１で可視光領域の電磁波を検出する場合には、吸収層３１として、有機顔料、ポリシリコン、アモルファスシリコンまたはポリシリコンゲルマニウムなどを用いることができる。
さらに、吸収層３１上の全面にレジストを塗布する。そして、リソグラフィ処理と現像処理とを行って、各画素配置領域ＲF，ＲS，ＲTが開口するように、すなわち画素ＰF，ＰS，ＰT間の境界にパターンが残るように、レジストパターン４３を形成する。
ついで、図３−４（ｂ）に示されるように、ＲＩＥ法などの異方性エッチングによって、レジストパターン４３をマスクとして、吸収層３１をエッチングする。なお、吸収層３１が形成された位置における平坦化膜２３の厚さは、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔで反射した光が吸収層３１に入射することができる厚さに設定される。
その後、吸収層３１を形成した平坦化膜２３上に透明絶縁膜２４を形成する。その後、吸収層３１の上面よりも上の透明絶縁膜２４をＣＭＰ法などの方法で除去する。そして、各画素配置領域ＲF，ＲS，ＲT上にマイクロレンズ２５を形成する。以上によって、図１に示される固体撮像素子が得られる。
第１の実施形態では、基板面に対して異なる角度で傾斜した多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔを有する複数種類の画素ＰF，ＰS，ＰTを半導体基板１０に配置し、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔを覆う平坦化膜２３上の隣接する画素ＰF，ＰS，ＰT間の境界に多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔで反射した電磁波を吸収する吸収層３１を設けた。これによって、入射した電磁波を各画素ＰF，ＰS，ＰTで分解能よく分光することができ、かつ多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔで反射された電磁波が吸収層３１で吸収されるため、反射した電磁波による迷光が減少する。その結果、画素ＰF，ＰS，ＰTごとに、所定の波長の電磁波を精度よく検出することができるという効果を有する。また、複数の画素ＰF，ＰS，ＰTで同じ材料からなる多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔを用いながら、各画素ＰF，ＰS，ＰTで異なる波長を分離することができるという効果も有する。
さらに、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔの平面の中心の高さを各画素ＰF，ＰS，ＰTで略一定としたので、各画素ＰF，ＰS，ＰTにおける光の焦点距離を均等化することができる。その結果、多波長スペクトルの分解能を劣化させることがない。
また、画素配置領域ＲF，ＲS，ＲTごとに上面の傾斜角度が異なる透明絶縁膜２１が、１回のリソグラフィ工程とエッチング工程とで形成される。そのため、傾斜角度が同じ画素配置領域ごとに加工を行う場合に比して、リソグラフィ工程とエッチング工程の回数を削減することができる。その結果、プロセスコストを低下させることができるという効果を有する。
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、吸収層を平坦化膜上に配置する場合を示した。第２の実施形態では、吸収層の一部を平坦化膜に埋め込む場合について説明する。
第１の実施形態では、吸収層を平坦化膜上に配置する場合を示した。第２の実施形態では、吸収層の一部を平坦化膜に埋め込む場合について説明する。
図４は、第２の実施形態による固体撮像素子の構成の一例を模式的に示す断面図である。第２の実施形態による固体撮像素子では、画素と画素との境界の領域に、平坦化膜２３の上面から所定の深さに至るトレンチ２３ａが設けられ、このトレンチ２３ａ内と、トレンチ２３ａ外の平坦化膜２３上と、に吸収層３１が設けられる。このように吸収層３１の下端の位置をより半導体基板１０側に位置させることで、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔで反射された電磁波をより多く吸収することができる。なお、第１の実施形態と同一の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
このような固体撮像素子の製造方法について説明する。図５−１〜図５−２は、第２の実施形態による固体撮像素子の製造方法の手順の一例を模式的に示す断面図である。なお、途中までは、第１の実施形態の図３−３（ｂ）と同じであるので、その説明を省略し、異なる部分について説明する。
図５−１（ａ）に示されるように、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔを形成した透明絶縁膜２１上に平坦化膜２３を形成し、さらに、平坦化膜２３上の全面にレジストを塗布する。そして、リソグラフィ処理と現像処理とを行って、画素ＰF，ＰS，ＰTの外周部すなわち画素ＰF，ＰS，ＰT間の境界が開口するようにレジストパターン４４を形成する。
ついで、ＲＩＥ法などの異方性エッチングによって、レジストパターン４４をマスクとして、平坦化膜２３を所定の深さまでエッチングする。これによって、平坦化膜２３の画素ＰF，ＰS，ＰT間の境界には、所定の深さのトレンチ２３ａが形成される。
レジストパターン４４を除去した後、図５−１（ｂ）に示されるように、トレンチ２３ａが形成された平坦化膜２３上に吸収層３１を形成する。吸収層３１は、トレンチ２３ａを埋め込むとともに、平坦化膜２３上の厚さが所定値となるように形成される。用いられる吸収層３１の材料は、第１の実施形態で説明したものと同様である。
また、吸収層３１上の全面にレジストを塗布する。そして、リソグラフィ処理と現像処理とを行って、各画素配置領域ＲF，ＲS，ＲTが開口するように、すなわち画素ＰF，ＰS，ＰT間の境界にパターンが残るように、レジストパターン４５を形成する。このとき、トレンチ２３ａの延在方向に垂直な縦断面において、トレンチ２３ａの幅に比して、平坦化膜２３上のレジストパターン４５の幅の方が広くなるように、パターニングが行われる。
ついで、図５−２に示されるように、ＲＩＥ法などの異方性エッチングによって、レジストパターン４５をマスクとして、平坦化膜２３上の吸収層３１をエッチングする。
その後、吸収層３１を形成した平坦化膜２３上に透明絶縁膜２４を形成する。さらに、吸収層３１の上面よりも上の透明絶縁膜２４をＣＭＰ法などの方法で除去する。そして、各画素配置領域ＲF，ＲS，ＲT上にマイクロレンズ２５を形成する。以上によって、図４に示される固体撮像素子が得られる。
第２の実施形態によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
（第３の実施形態）
第１と第２の実施形態では、吸収層を画素の外周部全体に設ける場合を説明した。第３の実施形態では、吸収層を画素の外周部の一部に設ける場合を説明する。
第１と第２の実施形態では、吸収層を画素の外周部全体に設ける場合を説明した。第３の実施形態では、吸収層を画素の外周部の一部に設ける場合を説明する。
図６は、第３の実施形態による固体撮像素子の構造の一例を模式的に示す上面図である。なお、この図において、マイクロレンズの図示は省略している。また、この図において、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔの傾斜面（たとえば上面）と基板面とに平行な面との交線の方向を走向とし、各画素内に直線で表している。そして、この走向に垂直な方向に表した矢印が傾斜面の傾斜方向を示している。すなわち、矢印の始点から終点に向かって傾斜面の高さが低くなることを示している。
図６では、Ｘ１列、Ｘ３列、Ｘ５列、・・・に配置される画素Ｐは、走向がＹ方向であり、Ｘ正方向に向かって高さが低くなるように多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔの傾斜面が形成されている。このような多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔでは、ＸＹ面に垂直なＺ方向から入射した電磁波はＸ正方向側に反射される。
また、Ｘ２列、Ｘ４列、Ｘ６列、・・・に配置される画素Ｐは、走向がＹ方向であり、Ｘ負方向に向かって高さが低くなるように多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔの傾斜面が形成されている。このような多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔでは、ＸＹ面に垂直なＺ方向から入射した電磁波はＸ負方向側に反射される。
そこで、Ｘ１列の画素とＸ２列の画素との境界部分、Ｘ３列の画素とＸ４列の画素との境界部分、Ｘ５列の画素とＸ６列の画素との境界部分、・・・に少なくとも吸収層３１が配置されていれば、各画素Ｐで反射された電磁波を吸収することができる。つまり、反射された電磁波が届かない領域には、吸収層３１を設けなくてもよい。図６の場合には、Ｘ２列の画素とＸ３列の画素との境界部分、Ｘ４列の画素とＸ５列の画素との境界部分、・・・には吸収層３１は設けられていない。また、Ｙ方向に隣接する画素Ｐ間の境界部分にも吸収層３１は設けられていない。これによって、使用する吸収層３１の量を低減させることができる。
図６では、隣接する画素Ｐで吸収層３１を共用する場合を示したが、１つの画素Ｐで電磁波の反射方向にのみ吸収層３１を設けることでも、使用する吸収層３１の量を低減させることができる。なお、各画素Ｐの多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔの傾斜面の傾斜方向は、任意の方向に設定することができ、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔの傾斜面の傾斜方向に合わせて吸収層３１の配置位置が決定される。
このような構造の固体撮像素子の製造方法は、基本的に第１および第２の実施形態で説明した手順と同様である。ただし、透明絶縁膜２１の台座部２１Ｆ，２１Ｓ，２１Ｔの傾斜方向が画素Ｐの場所によって異なる点と、吸収層３１を各画素Ｐの外周部全体ではなく多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔにおける電磁波の反射方向に局所的に設ける点と、が異なる。
第３の実施形態によれば、多層干渉フィルタ２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔにおける電磁波の反射方向に吸収層３１を局所的に設けるようにした。これによって、画素Ｐの外周部全体に吸収層３１を設ける場合に比して、吸収層３１の使用量を抑えることができる。その結果、固体撮像素子の製造コストを第１および第２の実施形態の場合に比して低減することができるという効果を有する。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１０ 半導体基板、１１ 光電変換部、２１，２４ 透明絶縁膜、２１Ｆ，２１Ｓ，２１Ｔ 台座部、２２Ｆ，２２Ｓ，２２Ｔ 多層干渉フィルタ、２２ａ 誘電体多層膜、２３ 平坦化膜、２３ａ トレンチ、２５ マイクロレンズ、３１ 吸収層、４１〜４５ レジストパターン、Ｐ，ＰF，ＰS，ＰT 画素、ＲF，ＲS，ＲT 画素配置領域。
Claims (5)
- 異なる波長の電磁波を検出する複数種類の画素が２次元的に基板上に配置された固体撮像素子であって、
前記基板の前記画素の配置領域に設けられる光電変換素子と、
所定の波長の電磁波を透過させ、それ以外の波長の電磁波を反射させ、基板面に対して傾斜した状態で前記光電変換素子上に配置される平板状のフィルタと、
前記画素の配置領域の外周部で、前記フィルタの配置位置よりも受光面側に配置される吸収層と、
を備え、
前記吸収層は、前記フィルタでの反射電磁波を吸収する材料によって構成され、
前記フィルタの前記基板面に対する傾斜角は、前記画素の種類ごとに異なることを特徴とする固体撮像素子。 - 前記基板の前記画素の配置側の面を基準とした前記フィルタの平面の中心の位置は、前記画素の種類によらず略同じ位置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。
- 前記フィルタ上に配置される平坦化膜をさらに備え、
前記吸収層は、前記平坦化膜上の前記画素の配置領域の外周部に設けられ、
前記吸収層は、前記平坦化膜の受光面側から所定の深さまで設けられることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。 - 前記吸収層は、前記画素の配置領域の外周部の一部に局所的に設けられることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
- 光電変換素子が画素配置領域に配置された基板上に、第１透明絶縁膜を形成し、
前記光電変換素子の形成位置に対応する位置で基板面に対して上面が傾斜したパターンを含む第１レジストパターンを、前記第１透明絶縁膜上に形成し、
前記第１レジストパターンをマスクとして前記第１透明絶縁膜をエッチングして、前記画素配置領域に前記第１透明絶縁膜からなる上面が傾斜した台座部を形成し、
前記台座部上にフィルタを形成し、
前記フィルタが形成された前記第１透明絶縁膜上に、平坦化膜を形成し、
前記画素配置領域の外周部に対応する前記平坦化膜上に吸収層を形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
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