JP4872024B1 - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】隔壁を通過して受光部に光が達するのを抑制することができる画像撮像装置を提供する。
【解決手段】固体撮像装置１は、複数の受光部（ＰＤ）が形成された半導体基板３と、前記半導体基板３上に形成された配線層５と、前記配線層５上であって半導体基板３の各受光部（ＰＤ）に対応してそれぞれ形成されたカラーフィルタ７と、前記各カラーフィルタ７間に形成された隔壁９とを備え、前記隔壁９は、下層部２９と上層部３１とを有し、下層部２９の上面が改質された改質層となっており、改質層と上層部３１との間に、外部からの侵入光の反射を促進させる界面２７が構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関し、特にカラーフィルタ間に隔壁を用いた固体撮像装置およびその製造方法に関する。

半導体基板に複数形成された受光部のそれぞれに対応してカラーフィルタが形成されてなる固体撮像装置において、カラーフィルタに対して斜めに入射した光が、隣接する他のカラーフィルタや受光部に入射するのを防止する技術として、カラーフィルタ間に隔壁を用いた固体撮像装置が提案されている（例えば、特許文献１である。）。

図８は、特許文献１に記載の固体撮像装置の断面図である。
特許文献１に記載の固体撮像装置９００は、受光部９０１上に平坦化層９０３が形成され、受光部９０１の上方に形成されたフィルタ９０７〜９１０が有機ケイ素材料層９０４によって分割された構成を有する。つまり、各受光部９０１に対応したフィルタ９０７〜９１０間に有機ケイ素材料層９０４である隔壁が配されている。

この構成により、フィルタ９０７〜９１０に対して斜めから入射した光が、隔壁（９０４）により反射したり、隔壁（９０４）の内部に入射して吸収されたりして、隣のフィルタ９０７〜９１０や受光部９０１に達するのを防止している。

特開平３−２８２４０３号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の固体撮像装置９００では、隔壁９０４を例えば斜めに通過した侵入光が隣のフィルタ９０７〜９１０や受光部９０１に入射してしまうことがある。なお、受光部９０１に侵入光が入射してしまうと、本来検出されるべきでない光の信号を生成することになる。

本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、隔壁を通過して受光部に光が達するのを抑制することができる画像撮像装置およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明に係る固体撮像装置は、複数の受光部が形成された半導体基板と、前記半導体基板の各受光部上にそれぞれ形成されたカラーフィルタと、前記各カラーフィルタ間に形成された隔壁とを備え、前記隔壁は、少なくとも２層からなり、外部からの侵入光の反射を促進させる界面を層間に有することを特徴とする。

また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、複数の受光部が形成された半導体基板における受光部上にそれぞれカラーフィルタを形成するフィルタ形成工程と、前記半導体基板上であって前記受光部間に隔壁を形成する隔壁形成工程とを含み、前記隔壁形成工程では、少なくとも２層の積層膜を形成することを特徴としている。

本発明に係る固体撮像装置は、隔壁内を進行する、外部からの侵入光の反射が界面によって促進されるので、隔壁を通過して隣の受光部に達するのを防止でき、混色の発生を抑制することができる。

また、前記界面の上部側に隣接する層の屈折率は、当該界面の下部側に接する層の屈折率よりも高いことを特徴とする。あるいは、前記界面の上部側に隣接する層の材料と、当該界面の下部側に接する層の材料とが異なることを特徴とする。さらには、前記界面の下部側に接する層は、当該界面の上部側に接する層と同じ材料の層を改質してなることを特徴とする。

また、前記界面は、前記半導体基板の主面に沿って延伸していることを特徴とする。あるいは、前記隔壁は、半導体基板から垂直方向に離れるに従って幅が小さくなる断面形状を有することを特徴とする。

また、前記半導体基板における前記複数の受光部が形成された側の主面には、配線層が形成され、前記配線層における前記複数の受光部が形成されている画素領域上には、前記隔壁および前記カラーフィルタが形成され、前記配線層における前記受光部の外周側には、絶縁膜と周辺回路用配線と保護膜とがこの順で形成され、前記隔壁の少なくとも２層は、前記絶縁膜と保護膜と同じ材料であることを特徴とする。

一方、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、隔壁が少なくとも２層の積層膜で構成されるため、積層膜間に界面を有することとなり、隔壁内を進行する、外部からの侵入光の反射が界面によって促進されるので、隔壁を通過して隣の受光部に達するのを防止でき、混色の発生を抑制することができる。

また、前記隔壁形成工程では、前記２層の内の下層の膜を形成した後に、当該膜の表面を改質し、その後に上層の膜を形成することを特徴とする。或いは、前記隔壁形成工程では、上層の膜は下層の膜の屈折率よりも高い材料で形成されることを特徴とする。

第１の実施の形態に係る固体撮像装置の断面図である。 本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する断面図である。 本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する断面図である。 本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明する断面図である。 第２の実施の形態に係る固体撮像装置の断面図である。 第３の実施の形態に係る固体撮像装置の１画素部を拡大した図である。 第４の実施の形態に係る固体撮像装置の１画素部を拡大した図である。 特許文献１に記載の固体撮像装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置およびその製造方法について図面を参照しながら説明する。なお、実施の形態では、本発明で使用している、材料、数値は好ましい例を例示しているだけであり、この形態に限定されることはない。また、本発明の技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。また、他の実施の形態との組み合わせは、矛盾が生じない範囲で可能である。

＜第１の実施の形態＞
１．全体構成
図１は、第１の実施の形態に係る固体撮像装置１の断面図である。

固体撮像装置１は、図１に示すように、画素領域と周辺回路領域とを有する。画素領域には複数の画素部が２次元状に形成されている。周辺回路領域は、画素領域からの画素信号を外部装置に出力したり、各画素部に給電したりするための回路を備える。

ここでは、複数の画素部は行列状に形成されている。また、周辺回路領域は、画素領域の周辺の一部の範囲又は全部の範囲に設けられている。
半導体基板３は、画素領域の各画素部に対応して受光部を２次元状に有している。半導体基板３上には配線層５が形成されている。配線層５は、後述するが、多層構造をしている。

配線層５上の画像領域においては、各画素部に対応して複数のカラーフィルタ７が形成され、各画素部間に対応して隔壁９が形成されている。カラーフィルタ７と隔壁９上には、各画素部に対応してマイクロレンズ１１が形成されている。

配線層５上の周辺回路領域においては、層間絶縁膜１３が形成されている。層間絶縁膜１３上には、周辺回路の構成要素が形成され、この構成要素を覆う保護膜１７が形成されている。ここでは、構成要素はパッド配線１５である。
２．各構成
（１）半導体基板
半導体基板３は、例えばシリコン基板が利用され、各画素部に対応して受光部であるフォトダイオードＰＤが形成されている。固体撮像装置１が所謂ＣＭＯＳタイプである場合、さらに、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ等を有する。

なお、画素部が所謂ｎ画素１セル構造（ｎは、自然数である。）である場合、各画素部は、ｎ個のフォトダイオードＰＤと、ｎ個の転送トランジスタと、１個のリセットトランジスタと、１個の増幅トランジスタを有する。

フォトダイオードＰＤは受けた光に応じて光電変換により電荷を蓄積する。転送トランジスタはフォトダイオードＰＤに蓄えられた電荷を転送制御信号に応じて電荷蓄積部（フローティングディフュージョン）に転送する。リセットトランジスタはリセット信号に応じて電荷蓄積部を初期化する。増幅トランジスタは電荷蓄積部に蓄積された電荷のレベルに応じた信号を出力する。
（２）配線層
配線層５は、各画素部と周辺回路とを電気的に接続する配線を有する。画像領域の配線層５は第１層５ａと第２層５ｂとの２層構造であり、周辺回路領域の配線層５は第１層５ａと第２層５ｂと第３層５ｃとの３層構造である。なお、半導体基板３に近い層が第１層５ａである。また、言うまでもなく、配線層は１層でも良く、また、画素領域と周辺回路領域とで同じ層数であっても良い。

各層５ａ，５ｂ，５ｃは、例えば、絶縁膜２１と、絶縁膜２１内の配線２３とを備え、必要がある場合には配線２３用の拡散防止膜２５を備える。なお、配線２３は金属配線である。このため、配線は、フォトダイオードへの入射光を遮断しないように、隣接するフォトダイオードＰＤ間に形成されている。
（３）カラーフィルタ
カラーフィルタ７は、フォトダイオードＰＤへの入射光を波長により選択する。カラーフィルタ７は、島状（各画素部に対応して個別に形成された状態である。）に形成されている。つまり、カラーフィルタ７は、隣接するカラーフィルタ７同士が離間した独立状態となっている。

カラーフィルタ７は、その断面において、半導体基板３側が狭く、マイクロレンズ１１側が広く形成されている。つまり、図１に示す断面図において、半導体基板３側に近づくに従って、カラーフィルタ７の幅が小さくなっている。

このようにカラーフィルタ７の断面形状は、逆台形形状をしている。つまり、半導体基板３側の底辺が、マイクロレンズ１１側の上辺より幅の小さな台形状をしている。
（４）隔壁
隔壁９は、マイクロレンズ１１やカラーフィルタ７から入射した光が、隣の画素部に入射するのを防止する。

隔壁９は、平面視において、カラーフィルタ７に相当する部分が開口する格子状（網の目状）をしている。なお、図１の断面図では、各隔壁９は独立したように見える。
隔壁９の断面形状は、ここでは、全体として台形状をしている。ここでの台形状は、半導体基板３側の底辺がマイクロレンズ１１側の上辺より長い形状である。つまり、半導体基板３から離れるに従って幅が細くなる形状をしている。

隔壁９は、カラーフィルタ７を構成する材料よりも屈折率が低い材料で構成されている。このため、カラーフィルタ７内を斜め方向に進行する光は、隔壁９の表面に達した際に反射する。この際、隔壁９は半導体基板３から離れるに従って幅が細くなる形状をしているため、反射した光がフォトダイオードＰＤ側へと向かう。

隔壁９は、３層からなり、導体基板３の主面と平行な界面２７を内部に有している。つまり、隔壁９は、界面２７を介して下層部２９と上層部３１との積層構造を有する。これにより、隔壁９内に入射する光の方向に関係なく均一な反射特性を得ることができる。つまり、隔壁９の左右両側に隣接するカラーフィルタ７側から界面に対して同じ角度で入射した侵入光は、同じ反射角でマイクロレンズ側に向けて反射される。

界面２７は、隔壁９の高さ（厚さ）の略半分の位置に形成され、下層部２９および上層部３１も、同様に、台形状をし、半導体基板３から離れるに従って幅が細くなる形状をしている。

界面２７は、隔壁９の製造方法等は後述するが、例えば、下層部２９の上面の膜改質により得ることができる。この膜改質は、光学的特性における改質であり、改質された部分を１つの層としている。つまり、下部層２９は、改質された改質層と、改質されずに残る残存層とからなり、界面２７は、改質層と上部層３１との間に存在する。

この改質により、上層部３１内を下層部２９に向かって進行する侵入光が界面２７に達した際に反射して、その後マイクロレンズ１１側に向かう。
このように、隔壁９に入射して隣接画素へと漏れ込もうとする侵入光は界面２７で反射されるため、隔壁９内を進行する侵入光の透過を抑制することができ、結果的に混色を低減することできる。
（５）マイクロレンズ
マイクロレンズ１１は、上方から入射する光を対応する画素部のフォトダイオードＰＤに集光させるものである。

マイクロレンズ１１は、ここでは、半導体基板３から離れる方向に突出する凸レンズである。ここでは、マイクロレンズ１１は、フォトダイオードＰＤ上に配されたレンズ部と、各レンズ部を隔壁９上で連結する連結部とを有する一体品となっている。なお、マイクロレンズは、少なくとも、集光機能を有する部分（レンズ部）がカラーフィルタ７上あるいは画素部上に形成されていれば良く、レンズ部が孤立した構成であっても良い。
３．実施例
（１）半導体基板および配線層
半導体基板３および配線層５は従来と同じ構成であり、簡単に説明する。

半導体基板３には、例えばシリコン基板が利用されている。配線層５は、絶縁膜２１として、例えば絶縁材料である酸化シリコンを利用することができる。配線２３として、例えば銅線を利用することができる。拡散防止膜２５としては、例えば、銅線を利用した配線２３から銅原子が絶縁膜２１に拡散するのを防止するために炭化シリコンを利用することができる。

なお、半導体基板３に形成されている複数のフォトダイオードＰＤは、その間隔が１．８［μｍ］以下であり、セルサイズが１．４［μｍ］である。
（２）層間絶縁膜、パッド配線、保護膜
層間絶縁膜１３は、例えばシリコン酸化膜であり、その膜厚は、２００［ｎｍ］〜４００［ｎｍ］である。パッド配線１５は、例えばアルミニウムであり、その膜厚は、３００［ｎｍ］〜８００［ｎｍ］である。保護膜１７は、例えばシリコン酸化膜であり、その膜厚は３００［ｎｍ］〜５００［ｎｍ］である。
（３）カラーフィルタ
カラーフィルタ７は、ここでは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３種類あり、例えば、ベイヤー配列されている。各色用のカラーフィルタ７は、例えば各色用の顔料が有機材料（例えば、アクリル樹脂である。）に混入されてなる。この場合のカラーフィルタ７の屈折率は、１．５〜１．７である。また、カラーフィルタ７の膜厚は３００［ｎｍ］〜７００［ｎｍ］である。
（４）隔壁
隔壁９は、ここでは、シリコン酸化膜の２層構造をしている。つまり、下層部２９および上層部３１はシリコン酸化膜であり、隔壁９としての高さは５００［ｎｍ］〜７００［ｎｍ］で、幅は５０［ｎｍ］〜２００［ｎｍ］である。なお、隔壁９は、断面形状において、台形状をし、底辺（半導体基板３側）が１００［ｎｍ］〜３５０［ｎｍ］、上辺（マイクロレンズ１１側）が５０［ｎｍ］〜２００［ｎｍ］である。

界面２７は隔壁９の高さ方向の中央付近に形成されている。例えば、隔壁９の高さが上述のように５００［ｎｍ］〜７００［ｎｍ］であり、上面を基準にすると、上面から２００［ｎｍ］〜５００［ｎｍ］の位置に設けることが望ましい。

これは、マイクロレンズ１１によって一旦各カラーフィルタ７に向けて光は集光されるため、隔壁９の上面に近い部分を透過する光成分は小さく、隔壁９の上部側に界面２７を設けても効果は小さい。逆に、隔壁９の底面に近い部分を透過した光成分は隔壁９の下方に形成された配線層５によって一部遮光されるため、隔壁９の下部側に界面を設けても効果は小さい。このような理由により、界面２７は隔壁９の高さ方向の中央付近に設けることが望ましい。
４．製造方法
図２〜図４は、本実施の形態に係る固体撮像装置１の製造方法を説明する断面図である。なお、ここでの説明は、上記の実施例で説明した固体撮像装置１の製造方法に関するものであり、本発明の製造方法の一例である。
（ａ）図２の（ａ）に示すように、シリコン基板等に複数のフォトダイオード等を形成してなる半導体基板３の上面に配線層５を積層（形成）する。
（ｂ）図２の（ｂ）に示すように、配線層５上の略全面に層間絶縁膜５３を形成する。

具体的には、ＴＥＯＳ（テオス：Ｔｅｔｒａ Ｅｔｈｙｌ Ｏｒｔｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ）を原料としたプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法にてシリコン酸化膜（ＴＥＯＳ膜）を堆積する。層間絶縁膜５３は、配線層５とパッド配線１５との間の耐圧を考慮して、例えば２００［ｎｍ］〜４００［ｎｍ］の膜厚とする。この層間絶縁膜５３は隔壁９を形成する下層部２９に相当する。
（ｃ）図２の（ｃ）に示すように、層間絶縁膜５３上であって周辺回路領域に相当する所定部分にパッド配線１５用の金属膜５５を形成する。

具体的には、アルミニウム等を含む金属を例えばスパッタリング法にて層間絶縁膜５３の上面に膜状に形成する。そして、形成された金属膜５５上にリソグラフィ技術にてパッド配線１５に対応したレジストパターンを形成し、例えばプラズマエッチングなどの異方性エッチングにより金属膜５５を所定形状とし、これによりパッド配線１５が形成される。

この際に、パッド配線１５を形成しない領域（つまり画素領域である。）の層間絶縁膜５３の上面部分は、プラズマ処理により変質し、屈折率の異なる層（下部層２９の改質層である。）が形成される。この表面は、その後、隔壁９の上部層３１との界面２７となる。
（ｄ）図３の（ａ）に示すように、パッド配線１５を保護する保護膜５７を形成する。

具体的には、ＴＥＯＳを原料とするプラズマＣＶＤ法にてシリコン酸化膜（ＴＥＯＳ膜）を堆積する。
ここでは、保護膜５７の膜厚は３００［ｎｍ］〜５００［ｎｍ］である。パッド配線１５の上に保護膜５７を形成することにより、パッド配線１５での表面リークを防止できる。この保護膜５７は隔壁９を形成する上層部３１に相当する。
（ｅ）画素部上の層間絶縁膜５３と保護膜５７の除去を行う。

具体的には、図３の（ｂ）に示すように、画素部の上方部分が開口したレジスト５９のパターンを保護膜５７上に形成する。続いて、図３の（ｃ）に示すように、前記レジスト５９をマスクとして、層間絶縁膜５３と保護膜５７とをエッチングし、画素部上の層間絶縁膜（５３）と保護膜（５７）とを取り除く。そして、最後にレジスト５９を除去する。これにより、画像部間上に隔壁９が形成される。これに伴って、層間絶縁膜１３、パッド配線１５、保護膜１７が形成される。
（ｆ）図４の（ａ）に示すように、隔壁９にて区画された領域に所定の原色を有するカラーフィルタ７を形成する、具体的には、顔料を含んだアクリル樹脂を、隔壁９にて区画された凹みに充填する。
（ｇ）図４の（ｂ）に示すように、最後に、カラーフィルタ７および隔壁９の上面にマイクロレンズ１１を形成する。これにより、上記実施例で説明した固体撮像装置１を製造することができる。

上記の製造方法によれば、隔壁９を構成する部材として、半導体基板３上であって周辺回路領域上に形成される層間絶縁膜１３（５３）、保護膜１７（５７）を利用しているため、隔壁９の形成を層間絶縁膜１３と保護膜１７の成形と同一工程で行うことができる。したがって、隔壁９をわざわざ形成する工程を必要とせず、工程の簡略化をすることができる。

また、層間絶縁膜１３と保護膜１７とを同じ材料で形成した場合でも、層間絶縁膜１３上にパッド配線１５用の金属膜５５を成形した後に、パッド配線１５を形成するためにエッチングを金属膜５５に対して行うことで、画素領域上に位置する層間絶縁膜５３の表面が改質される。このように隔壁９の界面２７の形成とパッド配線１５の形成とを同一の工程で行うことができる。したがって、界面２７をわざわざ形成する工程を必要とせず、工程の簡略化をすることができる。
＜第２の実施の形態＞
第１の実施の形態では、半導体基板３のフォトダイオードＰＤの上方には配線層５が配されていたが、マイクロレンズに入射した光のフォトダイオードへの光伝播効率を高めるために、配線層におけるフォトダイオードの上方に位置する部分に、配線層の層間絶縁膜よりも高屈折率の材料からなるコア部を持つ光導波路を備えた構成としても良い。

以下、光導波路１１９を備えた固体撮像装置１０１を第２の実施の形態として説明する。
図５は、第２の実施の形態に係る固体撮像装置１０１の断面図である。

固体撮像装置１０１は、同図に示すように、半導体基板３、配線層１０３、絶縁膜１０５、カラーフィルタ７、隔壁１０７、マイクロレンズ１１、層間絶縁膜１３、パッド配線１５、保護膜１０９等を備える。

ここで、半導体基板、カラーフィルタ、層間絶縁膜およびパッド配線は、第１の実施の形態で説明した半導体基板３、カラーフィルタ７、層間絶縁膜１３およびパッド配線１５と同じ構成であり、その説明は省略する。また、絶縁膜１０５は、後述の配線層１０３の絶縁膜１１１と区別するために、高屈折絶縁膜１０５とする。

配線層１０３は、第１の実施の形態と同様に、画素領域では第１層１０３ａと第２層１０３ｂとを有する２層構造であり、周辺回路領域では第１層１０３ａと第２層１０３ｂと第３層１０３ｃとを有する３層構造である。

なお、各層１０３ａ，１０３ｂ，１０３ｃは、第１の実施の形態と同様に、絶縁膜１１１と、絶縁膜１１１内の配線１１３と、配線１１３用の拡散防止膜１１５とを含む。
半導体基板３における画素領域上に位置する配線層１０３は、フォトダイオードＰＤに対応した凹部１１７を有し、この凹部１１７内に高屈折絶縁膜１０５である絶縁材料が充填されている。

配線層１０３の表面上には、第１の実施の形成では有していなかった高屈折絶縁膜１０５が形成されている。つまり、高屈折絶縁膜１０５が配線層１０３の上面と凹部１１７内に形成されている。この高屈折絶縁膜１０５の上面（カラーフィルタ側である。）は平坦化されている。

この高屈折絶縁膜１０５は、配線層１０３を構成する絶縁膜（絶縁材料）１１１よりも高い屈折率を有している。
ここでは、例えば、配線層１０３の絶縁膜１１１は酸化シリコンにより構成され、高屈折絶縁膜１０５は酸窒化シリコンや窒化シリコン等により構成されている。屈折率は、酸化シリコンが１．４〜１．５であり、酸窒化シリコンが１．６〜１．８であり、窒化シリコン１．９〜２．０である。

上記のように、配線層１０３の屈折率よりも高い高屈折絶縁膜１０５を用いることで、カラーフィルタ７を通過した光をフォトダイオードＰＤに導く光導波路１１９としての機能を有することとなる。

高屈折絶縁膜１０５の上面であってフォトダイオードＰＤ上のそれぞれには、カラーフィルタ７が設けられており、隣接するカラーフィルタ７間には隔壁１０７が形成されている。なお、周辺回路領域上には、第１の実施の形態と同様に、層間絶縁膜１３、パッド配線１５、保護膜１０９が形成されている。

隔壁１０７は、下層部１２１と上層部１２３との２層構造を有する。ここでは、下層部１２１と上層部１２３とが異なる材料により構成されており、これにより下層部１２１と上層部１２３との間に材料の相違による界面１２５が形成される。

下層部１２１は、例えば、層間絶縁膜１３の成形を利用することで得られ、層間絶縁膜１３と同じシリコン酸化膜により構成されている。上層部１２３は、例えば、保護膜１０９の成形を利用することで得られ、シリコン酸窒化膜により構成されている。

下層部１２１および上層部１２３はそれぞれ材料が異なり、屈折率は上述したように、上層部１２３であるシリコン酸窒化膜の方がシリコン酸化膜よりも高くなっている。これにより、上層部１２３内を下層部１２１に向かって進行する侵入光を界面１２５でマイクロレンズ１１側へと反射させることができ、混色を防止することができる。

なお、第２の実施の形態においても、カラーフィルタ７と隔壁１０７の上面には各画素部に対応してマイクロレンズ１１が形成されている。
第２の実施の形態における固体撮像装置１０１の製造方法について、その一例を説明する。

固体撮像装置１０１は、半導体基板３を形成する基板形成工程と、半導体基板３上に配線層（凹部１１７が形成された配線層である。）１０３を形成する配線層形成工程と、配線層１０３上に高屈折絶縁膜１０５を形成する高屈折絶縁膜形成工程と、層間絶縁膜１３用の酸化膜（ここではシリコン酸化膜である。）を高屈折絶縁膜１０５上に形成する第１の酸化膜形成工程と、パッド配線１５用の金属膜を第１の酸化膜形成工程で形成されたシリコン酸化膜上に形成する金属膜形成工程と、金属膜におけるパッド配線１５に対応する部分以外を除去する第１の除去工程と、第１の除去工程で不要な金属膜が除去された領域と金属膜が存在する領域上に保護膜１０９用のシリコン酸化膜を形成する第２の酸化膜形成工程と、第２の酸化膜形成工程で形成されたシリコン酸化膜のうち画素領域上に相当する部分を除去する第２の除去工程と、隔壁１０７の上層部１２３用のシリコン酸窒化膜を形成する酸窒化膜形成工程と、シリコン酸窒化膜のうち上層部に相当する部分以外を除去する第３の除去工程と、隔壁により形成される凹内にカラーフィルタ７を形成するカラーフィルタ形成工程と、隔壁１０７およびカラーフィルタ７上にマイクロレンズ１１を形成するレンズ形成工程とを経て製造される。

本実施の形態では、例えば、２層構造の隔壁１０７の下層部１２１は層間絶縁膜１３と、上層部１２３は保護膜１０９とそれぞれ同じ材料であり、層間絶縁膜１３と保護膜１０９との成形を利用して簡易に成形することができる。

また、上部層１２３と下部層１２１との異なる材料で構成することで、界面１２５を容易に形成することができる。
＜第３の実施の形態＞
第１の実施の形態および第２の実施の形態では、隔壁９，１０７とカラーフィルタ７とが密着していたが、隔壁とカラーフィルタとの間に密着層を配する構成であっても良いし、第１の実施の形態と異なる形状のカラーフィルタを用いても良い。

図６は、第３の実施の形態に係る固体撮像装置２０１の１画素部を拡大した図である。
固体撮像装置２０１は、半導体基板３上に配線層２０３を有する。配線層２０３は、第１層２０３ａと第２層２０３ｂとを有する２層構造を有し、各層２０３ａ，２０３ｂは、絶縁膜２０５、配線２０７、拡散防止膜２０９を備える。配線層２０３におけるフォトダイオードＰＤ上には光導波路用の凹部２１１が形成されている。

なお、配線層２０３は、凹部２１１の底に相当する部分に凹部２１１の形成時の基準となる膜（２１３）が形成されている。具体的には、凹部２１１をエッチングにより形成する際のエッチングを規制するエッチングストップ膜２１３が形成されている。エッチングストップ膜として例えば炭化シリコン膜や窒化シリコン膜を利用することができる。

配線層２０３の凹部２１１内には、絶縁層２１５が形成されている。絶縁層２１５は、複数層からなる層構造を有している。具体的には、配線層２０３の表面および凹部２１１を構成する底面と側面を覆うように形成された第１絶縁膜２１７と、凹部２１１内の第１絶縁膜２１７の上面に形成された第２絶縁膜２１９と、第１および第２絶縁膜２１７，２１９が形成された凹部２１１内に配された第３絶縁部２２１とを有する。

第１絶縁膜２１７、第２絶縁膜２１９および第３絶縁部２２１における屈折率は、第１絶縁膜２１７よりも第２絶縁膜２１９の方が低く、第２絶縁膜２１９よりも第３絶縁部２２１の方が高くなっている。

これにより、第３絶縁部２２１から第２絶縁膜２１９に入射した光は、第１絶縁膜２１７と第２絶縁膜２１９の屈折率の関係で、第１絶縁膜２１７内を伝わり、フォトダイオードＰＤ側で出射される。

フォトダイオードＰＤ上に配されたカラーフィルタ２２５は、上面２２７が半導体基板３側に凹入し、下面２２９がマイクロレンズ２３１側に凹入している。つまり、カラーフィルタ２２５が凹レンズ状をしている。これにより、マイクロレンズ２３１により屈折された光がよりフォトダイオードＰＤに向かって進行するように、カラーフィルタ２２５で屈折される。

なお、第３絶縁部２２１はカラーフィルタ２２５の下面２２９の凸状に沿って、マイクロレンズ２３１側に突出する形状をしている。また、カラーフィルタ２２５の上面２２７には平坦化を目的とする平坦化膜２３３が形成されている。

隔壁２３５とカラーフィルタ２２５、絶縁層２１５の第３絶縁部２２１とカラーフィルタ２２５との間には、両者の密着性を向上させるための密着層２３７が形成されている。特に、隔壁２３５と絶縁層２１５（特に第３絶縁部２２１）とが無機材料で構成され、カラーフィルタ２２５を無機材料との結合力が低い有機材料で構成した場合、無機材料と有機材料との結合力が低く、酷いときにはカラーフィルタ２２５が隔壁２３５から剥がれるおそれがある。しかしながら、無機材料との結合力が高い有機材料を密着層として用いることで、隔壁２３５とカラーフィルタ２２５や絶縁層２１５とカラーフィルタ２２５との結合力を高めることかできる。密着層２３７は、具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等がある。

また、カラーフィルタ２２５は、隔壁２３５の上面において、隣接する他のカラーフィルタ（２２５）と間隔をおいた状態で、隔壁２３５の上面にまで張り出しており（張出部２３９）、カラーフィルタ２２５と隔壁２３５との結合面積を広くしている。
＜第４の実施の形態＞
第１から第３の実施の形態では、所謂、表面照射型（ＦＳＩ：Ｆｒｏｎｔ Ｓｉｄｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）の固体撮像装置であったが、本発明に係る固体撮像装置は、所謂、裏面照射型（ＢＳＩ：Ｂａｃｋ Ｓｉｄｅ Ｉｌｌｕｍｉｎａｔｉｏｎ）であっても良い。なお、固体撮像装置に対して光が入射する側を表側とする。

図７は、第４の実施の形態に係る固体撮像装置３０１の１画素部を拡大した図である。
固体撮像装置３０１は、配線層３０３、半導体層（半導体基板）３０５、絶縁層３０７を備える他、第３の実施の形態で説明した、カラーフィルタ２２５、マイクロレンズ２３１、平坦化膜２３３、隔壁２３５、密着層２３７を備える。

配線層３０３は、同図に示すように、半導体層３０５の裏面側に形成されており、多層構造（ここでは２層構造である。）を有し、各層３０３ａ，３０３ｂは、絶縁膜３０９、配線３１１を備える。

半導体層３０５は、例えばシリコン層（シリコン基板）に各画素部に対応した画素区分領域３１３を有し、画素区分領域３１３により区分された領域内であって配線層３０３側にフォトダイオードＰＤが形成されている。つまり、Ｐ領域ｎ型ウェル領域３１５とＰ^＋領域３１７とが形成されている。

フォトダイオードＰＤの裏面側にはゲート絶縁膜３１９が形成され、また、半導体層３０５の表側には白キズ防止用のＰ^＋領域３２１が形成されている。
なお、配線層３０３におけるフォトダイオードＰＤの裏側に相当する領域には、フォトダイオードＰＤを通過した光を再びフォトダイオードＰＤ側に反射させる反射膜３１８が形成されている。反射膜３１８は、配線３１１と同じ材料で構成しても良いし、他の材料で構成しても良い。

絶縁層３０７は、多層構造（ここでは、２層構造である。）を有し、例えば、半導体層３０５側に位置する第１絶縁膜３２３は熱酸化により形成されたシリコン酸化膜により、カラーフィルタ２２５側に位置する第２絶縁膜３２５はＣＶＤにより形成されたシリコン酸化膜によりそれぞれ構成されている。

第１絶縁膜３２３の表面であって画素区分領域３１３の上方もしくは隔壁２３５の下方には遮光膜３２７が設けられている。遮光膜３２７は、平面視において、例えばフォトダイオードＰＤ上が開口した格子状をし、例えば金属膜により構成される。

なお、本第４の実施の形態においても、カラーフィルタ２２５の裏面の凹形状に合わせて、第２絶縁膜層３２５の表面が凸状をしている。
＜変形例＞
上記第１〜第４の実施の形態では、代表的な形態について説明したが、本発明は上記構成に限定されることはなく、例えば以下のような形態でもあっても良い。
１．配線層
実施の形態における配線層は、画素領域では２層であり、周辺回路領域では３層であったが、半導体基板のサイズ、１画素のサイズ等により適宜決定しても良い。つまり、配線するスペースに余裕がある場合は、画素領域および周辺回路領域を２層構造にしても良い。１画素のサイズが小さく画素間に配線スペースがない場合は、画素領域を３層以上の多層構造としても良い。さらに、周辺回路領域についても同様に、配線スペースに余裕がある場合は、この領域だけ単層構造にしても良い。

なお、配線層の構造は、例えば、材料等は、第１および第２の実施の形態で説明した配線層の材料以外の材料を用いても良い。
２．隔壁
（１）材料
第１の実施の形態では隔壁は３層構造をし、下層部と上層部とが、第１の実施の形態では同じ材料で構成され、第２の実施の形態では隔壁は異なる材料の２層構造をしている。

隔壁は、隔壁内の侵入光が隔壁を通過して隣の画素に入る前に界面で反射させることができれば良く、その材料等を特に限定するものでない。
但し、カラーフィルタ側からの光を受光部側に反射させる本来の機能を有する必要があり、カラーフィルタの屈折率よりも低い材料を用いることが好ましい。

隔壁の材料としては、実施の形態で説明した材料以外に、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂等の樹脂、さらには、酸化シリカ等を含んだ樹脂であっても良い。
（２）界面
第１の実施の形態では、下層部の上面（上層部側の面）をプラズマエッチング（プラズマ処理）による改質によって改質層を形成し、当該改質層と上層部との間に界面を構成している。第２の実施の形態では、下層部と上層部とを異なる材料で形成し、下層部と上層部との間に界面を構成している。

しかしながら、上述したように、隔壁内に入射した侵入光が隔壁を通過して隣の画素部に入る前に界面で反射させることができる界面であれば、他の方法で界面を構成しても良い。

他の方法としては、例えば、下層部の上面に反射層を形成しても良い。この場合、反射層の表面（反射面）が反射層と上層部との間の界面に相当することとなる。なお、反射面（反射層）としては、例えば、金属膜、高屈折膜、白色樹脂等により構成することができる。

実施の形態では、界面は半導体基板の主面と略平行に延伸していたが、隔壁内の侵入光を反射させることができれば、半導体基板の主面と平行でなくても良く、例えば、半導体基板の主面に対して±５（度）以内の範囲の角度で傾斜していても、侵入光をマイクロレンズ側に反射させることができる。

さらに、実施の形態では、断面における界面は、半導体基板の主面と平行に直線的に延伸していたが、例えば、途中で屈曲しても良いし、円弧状等の曲線であっても良いし、さらに、段差状であっても良い。
（３）層数
第１の実施の形態では、隔壁は、改質層と残存層とを備えた下層部と、上層部との３層構造であり、第２の実施の形態は下層部と上層部との２層構造であったが、４層以上の構成としても良い。

例えば、１層、２層、３層、４層とし、侵入光を反射させる界面を、１層と２層との間の界面、２層と３層との間の界面、３層と４層との界面の少なくとも１つで構成しても良く、侵入光を反射させる界面は２以上あっても良い。

また、隔壁を複数層（ｎ層：ｎは２以上の自然数である。）で構成し、下層から上層に移るに従って屈折率が高くなるようにしても良い。逆に、下層から上層に移るに従って屈折率が低くなるようにし、中間層で反射面（反射層）を設けるようにしても良い。
（４）形状
実施の形態では、隔壁の横断面形状が台形状をしていたが、他の形状であっても良い。他の断面形状としては、長方形状（正方形状も長方形状の概念的に含まれる）であっても良いし、半導体基板側に底辺を有する三角形状であっても良い。

つまり、他の断面形状であっても、隔壁内に入射した侵入光が隔壁を通過して隣の画素部に入射する前に反射させることができる界面を有することが必要となる。
さらに、隔壁を平面視したときに格子状をし、正方形状の開口にカラーフィルタが形成されていたが、開口は正方形状以外の形状、例えば、長方形状、円形状、楕円形状、多角形状等であっても良い。
（５）大きさ
実施の形態では、カラーフィルタ間に位置する各隔壁は、その横断面形状が台形状あり、大きさも同じであったが、大きさは同じでなくても良い。

例えば、台形状をしていても、上底と下底との寸法が異なる形状であっても良いし、台形の高さが異なる形状であっても良い。
さらに、カラーフィルタ間であっても、例えば、周辺回路領域に近づくに従って、隔壁の高さを低くしたり、隔壁の幅を細くしたりしても良い。

例えば、実施の形態では、隔壁の高さはカラーフィルタ高さと略同じ（第１および第２の実施の形態）又は低かった（第３の実施の形態）が、例えば、隔壁の高さは、カラーフィルタよりも高くしても良い。
（６）製造方法
実施の形態では、層間絶縁膜、パッド配線層や保護膜の形成を利用して隔壁を成形していたが、層間絶縁膜、パッド配線層や保護膜の形成と別に隔壁を成形するようにしても良い。
３．固体撮像装置
実施の形態では、所謂ＣＭＯＳタイプであったが、ＣＣＤタイプでも良いし、さらには、光電変換膜を上部・下部電極で挟むようにした受光部であっても良い。

本発明は、カラーフィルタ間に設けられた隔壁を有する固体撮像装置において、混色を防止するのに広く利用することができる。

１ 固体撮像装置
３ 半導体基板
５ 配線層
７ カラーフィルタ
９ 隔壁
１３ 層間絶縁膜
１５ パッド配線
１７ 保護膜
２７ 界面

Claims (10)

1. 複数の受光部が形成された半導体基板と、
   前記半導体基板の各受光部上にそれぞれ形成されたカラーフィルタと、
   前記各カラーフィルタ間に形成された隔壁とを備え、
   前記隔壁は、少なくとも２層からなり、外部からの侵入光の反射を促進させる界面を層間に有する
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記界面の上部側に接する層の屈折率は、当該界面の下部側に接する層の屈折率よりも高い
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記界面の上部側に接する層の材料と、当該界面の下部側に接する層の材料とが異なる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
4. 前記界面の下部側に接する層は、当該界面の上部側に接する層と同じ材料の層を改質して屈折率を異ならせたものである
   ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
5. 前記界面は、前記半導体基板の主面に沿って延伸している
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の固体撮像装置。
6. 前記隔壁は、半導体基板から垂直方向に離れるに従って幅が小さくなる断面形状を有する
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載に固体撮像装置。
7. 前記半導体基板における前記複数の受光部が形成された側の主面には、配線層が形成され、
   前記配線層における前記複数の受光部が形成されている画素領域上には、前記隔壁および前記カラーフィルタが形成され、前記配線層における前記受光部の外周側には、絶縁膜と周辺回路用配線と保護膜とがこの順で形成され、
   前記隔壁の少なくとも２層は、前記絶縁膜と保護膜と同じ材料である
   ことを特徴とする請求項３又は４に記載の固体撮像装置。
8. 複数の受光部が形成された半導体基板上における前記受光部間にそれぞれ隔壁を形成する隔壁形成工程と、前記隔壁の間の前記受光部上にそれぞれカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程とを含み、
   前記隔壁形成工程では、少なくとも２層の積層膜を、外部からの侵入光の反射を促進させる界面を層間に有するように形成する
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
9. 前記隔壁形成工程では、前記２層の内の下層の膜を形成した後に、当該膜の表面をプラズマ処理により改質してその屈折率を異ならせ、その後に前記下層の膜と同じ材料からなる上層の膜を形成する
   ことを特徴とする請求項８に記載の半導体撮像装置の製造方法。
10. 前記隔壁形成工程では、上層の膜は下層の膜よりも屈折率が高い材料で形成される
    ことを特徴とする請求項８に記載の半導体撮像装置の製造方法。

Images