JP4595405B2 - 固体撮像装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本実施の形態に係るCCD固体撮像素子1は、半導体基板、例えばシリコン半導体基板(例えば半導体基板上にエピタキシャル層を成長させた所謂エピタキシャル基板)2の撮像領域にマトリックス状に配列されるように画素となる複数の受光部3が形成されると共に、各受光部3列に対応して垂直転送レジスタ7が形成され、さらに撮像領域上に酸化シリコン層10、窒化シリコン層11を介して色フィルター12及びその上にアレイ状に配列したオンチップマイクロレンズ13を形成して構成される。この各マイクロレンズ13は、有効撮像領域に入射される光が各受光部に集光される位置に配列形成される。
図2に示すように、各RGBの波長において、固体撮像装置を構成するマイクロレンズとカラーフィルター間、またカラーフィルターと窒化シリコン間、さらに窒化シリコンと酸化シリコン間の媒質の違いにより屈折率差を生じている。
本例では、マイクロレンズとカラーフィルター間の屈折率差は、青色(B)波長400〜515nmのとき屈折率差−0.02、緑色(G)波長490〜590nmのとき屈折率差−0.06、赤色(R)波長570〜650nmのとき屈折率差−0.18である。
次に、カラーフィルターと窒化シリコン層間の屈折率差は、青色(B)波長400〜515nmのとき屈折率差−0.44、緑色(G)波長490〜590nmのとき屈折率差−0.37、赤色(R)波長570〜650nmのとき屈折率差−0.24である。
次に、窒化シリコン層と酸化シリコン層間の屈折率差は、青色(B)波長400〜515nmのとき屈折率差0.61、緑色(G)波長490〜590nmのとき屈折率差0.57、赤色(R)波長570〜650nmのとき屈折率差0.55である。
すなわち、本例のように、屈折率がマイクロレンズ<カラーフィルターの媒質境界例のような関係を持つ媒質境界では、境界面の凹形状レンズ21を通過した青色の光LBは焦点位置が下方にずれ、境界面の凸形状レンズ22を通過した赤色の光LRは焦点位置が上方にずれる。このとき、媒質間の屈折率差に応じて、境界面で形成されるレンズ曲率を調整することにより各色信号ごとに焦点位置の調整をすることができる。これによって、青色の光LB及び赤色の光LRの焦点位置は、緑色の光LGの焦点位置に揃えられる。
このようにして各媒質境界の屈折率の波長依存による色収差を画素毎に補正することによって、色信号毎のフォトセンサ3への集光位置のずれを無くすことができる。
3色の中で屈折率差の大きい青色の画素については、窒化シリコン層11の酸化シリコン層10の境界面との形状を凸型形状にして、3色の中で屈折率差の小さい赤色画素については、窒化シリコン層11の酸化シリコン層10の境界面との形状を凹型形状することにより、それぞれがレンズ効果を持ち、焦点位置のズレを無くすことができる。ここで、緑色画素は、図4と同様に、窒化シリコン層11と酸化シリコン層10との境界面の形状を平ら形状とする。屈折率が上側媒質>下側媒質の関係にあるとき、赤色画素の上記境界面に形成される凹型形状は、レンズ効果として見たときには凸形状レンズ27に相当し、青色画素の上記境界に形成される凸型形状は、レンズ効果として見たときには凸形状レンズ28に相当する。
参考例2に係る固体撮像装置は、赤、緑及び青の各色画素に対応する窒化シリコン層11と酸化シリコン層10の境界面の形状を全て凹型形状(レンズ効果として見たとき凸形状レンズ29,30,31)とし、その凹型形状(凸形状レンズ29,30,31)の曲率を青色<緑色<赤色の順に大きくなるようにする。窒化シリコン層11と酸化シリコン層10の境界面の凹型形状の曲率が、大きいほどレンズとしての効果が大きくなり、焦点位置が上方にずれる。この場合、境界面の凹型形状は、図7で説明したようにレンズ効果として見たときに凸形状レンズに相当し、赤色画素に対応する凸形状レンズ29、緑色画素に対応する凸形状レンズ30、青色画素に対応する凸形状レンズ31の順にその曲率が大きくなる。したがって、各色の光LR,LG及びLBの焦点位置のずれを無くすことができる。このようにして各媒質境界の屈折率の波長依存による色収差を画素毎に補正することによって、色信号毎のフォトセンサ3への集光位置のずれを無くすことができる。
である。
まず、図9(a)に示すように、撮像領域において各受光部のフォトセンサ3、垂直転送レジスタ7、遮光膜9、酸化シリコン層10、窒化シリコン層11を形成した後、窒化シリコン上の緑色画素に対応した部分に表面が平坦な緑色フィルター成分12Gを形成する。このとき、緑色フィルター成分12Gの膜厚は、後に形成する青色フィルター成分12Bよりも厚い膜厚に設定されている。ここで、各色フィルター成分は有機材料、例えば感光性樹脂に色素を含有した材料膜で形成することができる。緑色フィルター成分12Gは、緑色素を有したフォトレジスト膜を塗布し、フォトリソグラフィ法を用いて所定パターンに露光、現像して形成する。露光後、紫外線照射しながら、加熱を行って硬化する。
まず、図10(a)に示すように、各画素のフォトセンサ3、垂直転送レジスタ、遮光膜9、酸化シリコン層10を形成した後、酸化シリコン層10上の凸型形状を形成する青色画素に対応する部分に選択的にフォトレジストパターンをフォトリソグラフィの手法にて形成し、熱リフローにて表面凸型のレジストパターンを形成する。
Claims (4)
- 受光部となる各フォトセンサ上方にカラーフィルターを備える固体撮像素子であって、
フォトセンサ上方に形成される前記媒質の屈折率が上側媒質<下側媒質の場合、
各画素の色に相当する波長範囲における屈折率差が大きい画素の媒質境界形状は凸形状に形成し、
前記屈折率差が小さい画素の媒質境界形状は凹形状に形成する
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 受光部となる各フォトセンサ上方にカラーフィルターを備える固体撮像素子であって、
フォトセンサ上方に形成される媒質の屈折率が上側媒質>下側媒質の場合、
各画素の色に相当する波長範囲における屈折率差が大きい画素の媒質境界形状は凸形状に形成し、
前記屈折率差が小さい画素の媒質境界形状は凹形状に形成する
ことを特徴とする固体撮像装置。 - 各受光部のフォトセンサ上方の下側媒質層である複数の色フィルター成分からなる色フィルターを備える固体撮像装置の製造方法であって、
前記色フィルターのうち上面が平坦な第1の色フィルター成分を形成する工程と、
前記第1の色フィルター成分を含む全面に該第1の色フィルター成分以外の部分の上面が凹形状となるように、第2の色フィルター材料膜を形成する工程と、
前記第2の色フィルター材料膜をフォトリソグラフィ法によりパターニングして上面が凹形状の第2の色フィルター成分を形成する工程と、
第3の色フィルター材料膜を形成し、フォトリソグラフィ法によりパターニングして第3の色フィルターを形成する工程と、
前記第3の色フィルター成分の上面を熱リフロー処理して凸形状に形成する工程と、
前記各色フィルター上に上側媒質層であるマイクロレンズを形成する工程を有する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 各受光部のフォトセンサ上方に複数のフィルター成分からなる色フィルターを備える固体撮像装置の製造方法であって、
前記下側媒質層上の第1の画素となる部分に凸状部を形成する工程と、
前記下側媒質層の第2の画素となる部分に開口を有するレジスト層を形成する工程と、
前記開口を介して等方性エッチングし、下側媒質層に凹状部を形成する工程と、
前記レジスト層を除去した後、前記下側媒質層より屈折率が大きい上側媒質層を積層する工程と、
前記上側媒質層上に各色フィルター成分及びマイクロレンズを形成する工程を有する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
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