JP4997907B2

JP4997907B2 - 固体撮像装置及びその製造方法並びにカメラ

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Inventors: 兼作前田
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Publication date: 2012-08-15
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Also published as: JP2008098345A

Description

本発明は固体撮像装置及びその製造方法並びにカメラに関し、特に、撮像素子上にカラーフィルタを備えた固体撮像装置及びその製造方法と、当該固体撮像装置を備えたカメラに関する。

例えば、ＣＣＤ素子などを用いた固体撮像装置では、半導体基板の表面に形成されたフォトダイオード（光電変換部）に光を入射させ、そのフォトダイオードで発生した信号電荷によって映像信号を得る構成となっている。
カラー画像を得るためには、例えばフォトダイオードが設けられている撮像面において、画素ごとにＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）などの２あるいは３色のカラーフィルタを設けて、各色成分光による映像信号を得る構成とすることが一般的である。

図１２は、従来例に係る固体撮像装置の一例を示す模式構成を示す断面図である。
例えば、ｎ型のシリコン基板（基板上に形成されたｎ型領域）にｐウェル領域１００が形成され、このｐウェル領域１００には画素ごとにｎ領域１０１が形成されており、ｐｎ接合によりフォトダイオードが構成されている。また、さらに各画素のフォトダイオードで生成された信号電荷を転送する垂直ＣＣＤ部１０２が形成されている。

また、ＣＣＤ領域においては、基板上にゲート絶縁膜１０３を介して転送ゲート１０４が形成されている。フォトダイオード１０１の受光部を除く領域において、転送ゲート１０４を被覆して遮蔽膜１０５が形成されている。

遮蔽膜１０５の上層に、ホウ素及びリンを含む酸化シリコン（ＢＰＳＧ）膜などからなる中間膜１０６が形成されており、その上層に、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色のカラーフィルタ（１０７，１０８，１０９）が画素ごとに形成されている。
カラーフィルタ（１０７，１０８，１０９）の上層に平坦化膜１１０が形成され、その上層に画素ごとにマイクロレンズ１１１が形成されている。

上記の構成の固体撮像装置において、カラーフィルタ（１０７，１０８，１０９）は各画素のフォトダイオードに対応して設けられている。カラーフィルタの形成方法としては、例えば、染料や顔料を添加したレジストであるカラーフィルタ材料を塗布し、フォトリソグラフィ法によりパターニングする。
例えば、緑のカラーフィルタ１０７、赤のカラーフィルタ１０８、青のカラーフィルタ１０９の順に、各カラーフィルタ材料の塗布及びパターニングを行う。

上記のようにしてカラーフィルタを形成すると、図１２の破線の円Ｘ内に示すように、２色目以降のカラーフィルタ（１０８，１０９）の角形状が凸状に突出した形状になってしまう。これは主に２色目以降のカラーレジストの塗布性（埋め込み）の問題によるものである。

また、図１２においてマイクロレンズ１１１により集光された光の入射経路を長破線Ｃで示す。上記のようにカラーフィルタ（１０８，１０９）の角形状が凸状に突出した形状になった結果として、本来緑の画素のフォトダイオードに入るべき入射光が、隣接する赤もしくは青のカラーフィルタの一部を通過して入射することになり、色シェーディング特性悪化や混色による分光特性悪化など、色再現性の悪化を招くおそれがある。
また、マイクロレンズの位置合わせズレ等の上記特性に関する製造マージンが少なく、歩留まり低下を招く要因となる。

さらに、上記のようなカラーフィルタの形状のために、カラーフィルタ（１０７，１０８，１０９）の膜厚及びマイクロレンズ１１１の高さも制約され、マイクロレンズ１１１が高くなってしまう。
このように集光構造として層厚が厚い場合、入射光の吸収や拡散による光利用率のロスが発生し、結果としてフォトダイオードに入射する光、特に斜めに入射する光の強度の低下により撮像素子の感度低下を引き起こすおそれがある。
さらにフォトダイオードの周縁部から垂直シフトレジスタへ斜めに入射する光が多くなって、スミアが増大するおそれがある。

特許文献１には、カラーフィルタの形成後に透明樹脂層を形成し、エッチングすることで上層構造の層厚を薄くすることが開示されている。

また、特許文献２には、フォトリソグラフィ法により１色目のカラーフィルタ（赤）を覆って、２色目のカラーフィルタ（緑）を形成し、さらに２色目のカラーフィルタを覆って３色目のカラーフィルタ（青）を形成し、その後にそれらをＣＭＰ（化学機械研磨）により研磨してカラーフィルタを平坦にすることが開示されている。

また、特許文献３には、カラーフィルタを全面にエッチバックすることが開示されている。

また、特許文献４にはカラーフィルタの上層にカラーフィルタの膜厚を調整する調整層を設けることが開示されている。

また、特許文献５には、カラーフィルタの上層に保護層を形成することが開示されている。

また、特許文献６には、カラーフィルタを有する固体撮像装置が開示されている。
特開平５−１８３１４０号公報特開平１０−２０９４１０号公報特開２００３−２９８０３４号公報特開平１１−２８９０７３号公報特許第３７１１２１１号特開平０５−６７７６２号公報

しかしながら、特許文献１においては、透明樹脂層のみをエッチングするため、２色目以降のカラーフィルタを形成するときに角形状は凸に出っ張っている形状のままであり、分光特性の悪化のおそれを改善することができない。

また、特許文献２においては、エッチング量が多いためにエッチングプロセスにおける製造バラツキの影響を受けやすく、またエッチング層が透明樹脂層ではなくカラーフィルタ層であるため、混色などの分光特性の悪化を引き起こすおそれがある。

また、特許文献３においては、上記の中間膜に相当する膜に孔部を形成し、カラーフィルタとなる着色膜が埋め込まれている構成であり、カラーフィルタが厚膜となってしまって感度低下のおそれがあり、さらに製造工程が複雑であるという不利益がある。
また、特許文献４〜６においては、分光特性について改善はされない。

解決しようとする問題点は、カラーフィルタの角形状が凸に突出した形状となってしまうために、色シェーディング特性や分光特性の悪化を招き、また、上記のカラーフィルタ形状によりマイクロレンズの高さが高くなってしまい、上層集光構造の層厚が厚くなることから斜め入射光の集光率低下及び感度低下を招いていたという点である。

本発明の固体撮像装置は、複数の画素が集積されてなる固体撮像装置であって、半導体基板に前記画素ごとに区分して形成されたフォトダイオードと、前記半導体基板に形成され、前記フォトダイオードに生成する信号電荷を読み取る電荷読み取り部と、前記フォトダイオードの上方に形成されたカラーフィルタ部と、前記カラーフィルタ部の上層に形成された平坦化膜と、前記平坦化膜の上層において前記画素ごとに形成されたマイクロレンズとを有し、前記カラーフィルタ部は、第１の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第１の領域に形成された第１カラーフィルタと、第２の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第２の領域に形成され、前記第１カラーフィルタとの境界において前記平坦化膜側に突出した凸状の角形状を有する第２カラーフィルタとを少なくとも含み、前記凸状の角形状の頂部表面が前記平坦化膜の上面と同じ高さで平坦化された形状となっていることを特徴とする。

上記の本発明の固体撮像装置は、半導体基板に、画素ごとに区分してフォトダイオードとフォトダイオードに生成する信号電荷を読み取る電荷読み取り部が形成されており、フォトダイオードの上方にカラーフィルタ部が形成され、カラーフィルタ部の上層に平坦化膜が形成され、平坦化膜の上層において画素ごとにマイクロレンズが形成されている。
ここで、カラーフィルタ部は、第１の分光特性を有して画素に対応して区分された第１の領域に形成された第１カラーフィルタと、第２の分光特性を有して画素に対応して区分された第２の領域に形成され、第１カラーフィルタとの境界において平坦化膜側に突出した凸状の角形状を有する第２カラーフィルタとを少なくとも含む。また、凸状の角形状の頂部表面が平坦化膜の上面と同じ高さで平坦化された形状となっている。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、複数の画素が集積されてなる固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板に、前記画素ごとに区分してフォトダイオードを形成し、前記フォトダイオードに生成する信号電荷を読み取る電荷読み取り部を形成する工程と、前記フォトダイオードの上方においてカラーフィルタ部を形成する工程と、前記カラーフィルタ部の上層に平坦化膜を形成する工程と、前記平坦化膜の上面からエッチバックする工程とを有し、前記カラーフィルタ部を形成する工程が、第１の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第１の領域に第１カラーフィルタを形成する工程と、第２の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第２の領域に、前記第１カラーフィルタとの境界において上側に突出した凸状の角形状を有する第２カラーフィルタを形成する工程とを含み、前記エッチバックする工程において、前記平坦化膜の上面から少なくとも前記平坦化膜及び前記第２カラーフィルタの凸状の角形状の部分をエッチバックすることを特徴とする。

上記の本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板に、前記画素ごとに区分してフォトダイオードを形成し、フォトダイオードに生成する信号電荷を読み取る電荷読み取り部を形成する。次に、フォトダイオードの上方においてカラーフィルタ部を形成し、カラーフィルタ部の上層に平坦化膜を形成する。次に、平坦化膜の上面からエッチバックする。
ここで、カラーフィルタ部を形成する工程においては、第１の分光特性を有して画素に対応して区分された第１の領域に第１カラーフィルタを形成し、次に、第２の分光特性を有して画素に対応して区分された第２の領域に、第１カラーフィルタとの境界において上側に突出した凸状の角形状を有する第２カラーフィルタを形成する。また、エッチバックする工程においては、平坦化膜の上面から少なくとも平坦化膜及び第２カラーフィルタの凸状の角形状の部分をエッチバックする。

本発明のカメラは、複数の画素が集積されてなる固体撮像装置と、前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有し、前記固体撮像装置は、半導体基板に前記画素ごとに区分して形成されたフォトダイオードと、前記フォトダイオードに生成する信号電荷を読み取る電荷読み取り部と、前記フォトダイオードの上方に形成されたカラーフィルタ部と、前記カラーフィルタ部の上層に形成された平坦化膜と、前記平坦化膜の上層において前記画素ごとに形成されたマイクロレンズとを有し、前記カラーフィルタ部は、第１の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第１の領域に形成された第１カラーフィルタと、第２の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第２の領域に形成され、前記第１カラーフィルタとの境界において前記平坦化膜側に突出した凸状の角形状を有する第２カラーフィルタとを少なくとも含み、前記凸状の角形状の頂部表面が前記平坦化膜の上面と同じ高さで平坦化された形状となっていることを特徴とする。

上記の本発明のカメラは、複数の画素が集積されてなる固体撮像装置と、固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有する。
上記の固体撮像装置は、半導体基板に、画素ごとに区分してフォトダイオードとフォトダイオードに生成する信号電荷を読み取る電荷読み取り部が形成されており、フォトダイオードの上方にカラーフィルタ部が形成され、カラーフィルタ部の上層に平坦化膜が形成され、平坦化膜の上層において画素ごとにマイクロレンズが形成されており、カラーフィルタ部は、第１の分光特性を有して画素に対応して区分された第１の領域に形成された第１カラーフィルタと、第２の分光特性を有して画素に対応して区分された第２の領域に形成され、第１カラーフィルタとの境界において平坦化膜側に突出した凸状の角形状を有する第２カラーフィルタとを少なくとも含む。また、凸状の角形状の頂部表面が平坦化膜の上面と同じ高さで平坦化された形状となっている。

本発明の固体撮像装置は、カラーフィルタ部を構成する第２カラーフィルタについて、凸状の角形状の頂部表面が平坦化膜の上面と同じ高さで平坦化された形状となっているので、斜め入射光の集光率低下及び感度低下を招かずに、色シェーディング特性や分光特性を改善できる。

本発明の固体撮像装置の製造方法は、第１カラーフィルタ及び第２カラーフィルタを含むカラーフィルタ部を形成し、その上層に平坦化膜を形成し、平坦化膜の上面から少なくとも平坦化膜及び第２カラーフィルタの凸状の角形状の部分をエッチバックすることにより、斜め入射光の集光率低下及び感度低下を招かずに、色シェーディング特性や分光特性を改善した固体撮像装置を製造することができる。

本発明のカメラは、これを構成する固体撮像装置において、カラーフィルタ部を構成する第２カラーフィルタについて、凸状の角形状の頂部表面が平坦化膜の上面と同じ高さで平坦化された形状となっているので、斜め入射光の集光率低下及び感度低下を招かずに、色シェーディング特性や分光特性を改善できる。

以下に、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法と、当該固体撮像装置を備えたカメラの実施の形態について、図面を参照して説明する。

第１実施形態
図１は、複数の画素が集積されてなり、本実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤ撮像装置の断面図である。
例えば、ｎ型のシリコン基板（基板上に形成されたｎ型領域）にｐウェル領域１０が形成され、このｐウェル領域１０には画素ごとに区分してｎ領域１１が形成され、ｐｎ接合によりフォトダイオードが構成されている。
また、例えば、各画素のフォトダイオードで生成された信号電荷を転送して読み取るためのｎ型領域からなる垂直ＣＣＤ部１２が形成されている。

また、例えば、ＣＣＤ領域においては、基板上に酸化シリコンなどからなるゲート絶縁膜２０を介してポリシリコンなどからなる転送ゲート２１が形成されており、さらにその上層に全面に酸化シリコンなどからなる絶縁膜２２が形成されている。
また、例えば、フォトダイオードの受光部を除く領域において、転送ゲート２１部分を被覆して遮蔽膜２３が形成されている。
例えば、上記の転送ゲート２１に所定の電圧を印加することより、フォトダイオードで生成された信号電荷を垂直ＣＣＤ部１２に転送し、また、垂直ＣＣＤ部１２内において垂直転送を行うことができる。

また、例えば、遮蔽膜２３及びフォトダイオード領域を被覆して全面に、ホウ素及びリンを含む酸化シリコン（ＢＰＳＧ）膜３０と、プラズマＣＶＤ（化学気相成長）法などで形成された窒化シリコン膜３１などからなる中間膜が形成されている。
さらに、例えば、窒化シリコン膜３１の上層に酸化シリコンなどからなる第１平坦化膜３２が形成されている。

上記の第１平坦化膜３２の上層に、Ｇ，Ｒ，Ｂの３色のカラーフィルタ部が画素ごとに区分して、各カラーフィルタの領域に形成されている。即ち、第１の分光特性を有する緑色（Ｇ）の第１カラーフィルタ３３Ｇ、第２の分光特性を有する赤色（Ｒ）の第２カラーフィルタ３４Ｒ、第３の分光特性を有する青色（Ｂ）の第３カラーフィルタ３５Ｂから、カラーフィルタ部が構成されている。
各色のカラーフィルタは、例えば、化学増幅型ネガ系カラーレジスト（染料内添型）として各色の透過分光を得るための複数の染料色素、熱硬化剤、樹脂、酸発生剤、固形分を溶解するための溶媒などを添加してなるカラーフィルター材料からなる。
さらに、カラーフィルタ部の上層に第２平坦化膜３６ａが形成されている。

第２カラーフィルタ３４Ｒは、第１カラーフィルタ３３Ｇとの境界において第２平坦化膜３６ａ側に突出した凸状の第１角形状３４Ｒａを有し、第３カラーフィルタ３５Ｂは、第１カラーフィルタ３３Ｇ及び第２カラーフィルタ３４Ｒとの境界において第２平坦化膜３６ａ側に突出した凸状の第２角形状３５Ｂａを有する。
上記の第１角形状３４Ｒａ及び第２角形状３５Ｂａの頂部表面が、第２平坦化膜３６ａの上面と同じ高さで平坦化された形状となっている。

さらに、例えば、カラーフィルタ部（３３Ｇ,３４Ｒ,３５Ｂ）及び第２平坦化膜３６ａの上層に、画素ごとにマイクロレンズ４０ａが形成されている。

図２（ａ）は、半導体基板上のフォトダイオードと転送ゲートのレイアウトを示す平面図である。
各画素を構成してフォトダイオードＰＤが垂直方向及び水平方向にそれぞれ間隔をもって配置され、フォトダイオードＰＤの間の領域において、例えば２相の転送ゲートＧ１，Ｇ２が形成されている。
また、例えば、各フォトダイオードＰＤの水平方向の間の領域は、ＣＣＤによる垂直転送路ＶＴが構成されている。各画素のフォトダイオードＰＤで生成された信号電荷は、垂直転送路ＶＴに転送され、さらに垂直転送される。

また、図２（ｂ）はカラーフィルタのレイアウトを示す平面図である。
緑色のカラーフィルタＧＦ、赤色のカラーフィルタＲＦ、青色のカラーフィルタＢＦが形成されている。各色のカラーフィルタの境界が、図２（ａ）中の点線ＣＢに相当し、各色のカラーフィルタが図２（ａ）に示す各画素のフォトダイオードに対応して形成されている。

本実施形態によれば、カラーフィルタ部を構成する第２カラーフィルタ３４Ｒ及び第３カラーフィルタ３５Ｂについて、凸状の角形状の頂部表面が第２平坦化膜３６ａの上面と同じ高さで平坦化された形状となっており、斜め入射光の集光率低下及び感度低下を招かずに、色シェーディング特性や分光特性を改善できる。

マイクロレンズ４０ａは、カラーフィルタ部（３３Ｇ,３４Ｒ,３５Ｂ）と第２平坦化膜３６ａからなる平坦な面上に形成されているので、マイクロレンズ４０ａの精度が高められている。

第２平坦化膜３６ａは、基本的に波長依存性のない無色透明な材料で構成され、耐熱性やリソグラフィー特性に優れた材料から構成されることが好ましい。例えば、カラーフィルターを構成する樹脂材料及び溶媒などからなる樹脂を用いることができる。

特に、例えばポリスチレン系の樹脂を好ましく用いることが可能であり、スチレンを構成する一部のベンゼン環にエステルが結合した構造である下記化合物（１）で示す有機材料を好ましく用いることができる。

カラーフィルタ部（３３Ｇ,３４Ｒ,３５Ｂ）とマイクロレンズ４０ａの密着力より、第２平坦化膜３６ａとマイクロレンズ４０ａの密着力が大きいことが好ましく、上記の化合物（１）はこれを実現できる。

また、例えば第２平坦化膜３６ａがマイクロレンズ４０ａと同じ材料から構成されていることが好ましい。
マイクロレンズ４０ａについても上記のポリスチレン系の樹脂で構成することで、マイクロレンズ４０ａと第２平坦化膜３６ａの密着力をさらに高めることができる。

次に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について図面を参照して説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、例えば、ｎ型のシリコン基板（基板上に形成されたｎ型領域）にｐウェル領域１０を形成し、このｐウェル領域１０には画素ごとに区分してｎ領域１１を形成してｐｎ接合によりフォトダイオード１１を形成する。
また、例えば、垂直転送部にｎ型領域を形成して垂直ＣＣＤ部１２を形成する。

次に、例えばＣＣＤ領域においてゲート絶縁膜２０及び転送ゲート２１を形成し、全面に酸化シリコンなどからなる絶縁膜２２を形成し、さらにフォトダイオードの受光部を除く領域において遮蔽膜２３を形成する。
次に、例えば遮蔽膜２３及びフォトダイオード領域を被覆して全面に、ホウ素及びリンを含む酸化シリコン（ＢＰＳＧ）膜３０を形成し、さらに例えばプラズマＣＶＤ法などにより窒化シリコン膜３１を形成する。また、例えばＣＶＤ法などにより窒化シリコン膜３１の上層に酸化シリコンなどからなる第１平坦化膜３２を形成する。
以上の工程により、図３（ａ）に示す構成に至る。

次に、図３（ｂ）に示すように、例えばスピンコート法などにより、第１の分光特性を有する緑色（Ｇ）の第１カラーフィルタ３３を全面に形成する。例えば、化学増幅型ネガ系カラーレジスト（染料内添型）として緑色の透過分光を得るための複数の染料色素、熱硬化剤、樹脂、酸発生剤、固形分を溶解するための溶媒などを添加して用いる。
次に、図３（ｃ）に示すように、第１カラーフィルタの形成領域を開口するマスクＭを用いて露光する。
次に、図４（ａ）に示すように、現像処理を行うことによって、第１カラーフィルタの形成領域に形成された緑色（Ｇ）の第１カラーフィルタ３３Ｇが形成される。

次に、図４（ｂ）に示すように、例えばスピンコート法などにより、第２の分光特性を有する赤色（Ｒ）の第２カラーフィルタ３４を全面に形成する。例えば、化学増幅型ネガ系カラーレジスト（染料内添型）として赤色の透過分光を得るための複数の染料色素、熱硬化剤、樹脂、酸発生剤、固形分を溶解するための溶媒などを添加して用いる。
次に、図４（ｃ）に示すように、第２カラーフィルタの形成領域を露光し、さらに現像処理を行うことによって、第２カラーフィルタの形成領域に形成された赤色（Ｒ）の第２カラーフィルタ３４Ｒが形成される。
上記の第２カラーフィルタ３４Ｒを形成するとき、第１カラーフィルタ３３Ｇとの境界において上側に突出した凸状の第１角形状３４Ｒａが形成される。

次に、図５（ａ）に示すように、例えばスピンコート法などにより、第３の分光特性を有する青色（Ｂ）の第３カラーフィルタ３５を全面に形成する。例えば、化学増幅型ネガ系カラーレジスト（染料内添型）として青色の透過分光を得るための複数の染料色素、熱硬化剤、樹脂、酸発生剤、固形分を溶解するための溶媒などを添加して用いる。
次に、図５（ｂ）に示すように、第３カラーフィルタの形成領域を露光し、さらに現像処理を行うことによって、第３カラーフィルタの形成領域に形成された青色（Ｂ）の第３カラーフィルタ３５Ｂが形成される。
上記の第３カラーフィルタ３５Ｂを形成するとき、第１カラーフィルタ３３Ｇ及び第２カラーフィルタ３４Ｒとの境界において上側に突出した凸状の第２角形状３５Ｂａが形成される。

次に、図５（ｃ）に示すように、例えばスピンコート法などにより、例えばカラーフィルターを構成する樹脂材料及び溶媒などからなる樹脂あるいは上記の化合式（１）で示す有機材料などから第２平坦化膜３６を形成する。
第２平坦化膜３６は、第２カラーフィルタ３４Ｒの第１角形状３４Ｒａ及び第３カラーフィルタ３５Ｂの第２角形状３５Ｂａを埋め込む厚みで成膜する。

次に、図６（ａ）に示すように、例えば、第２平坦化膜３６の上面から少なくとも第２平坦化膜及び第２カラーフィルタ３４Ｒの第１角形状３４Ｒａ及び第３カラーフィルタ３５Ｂの第２角形状３５Ｂａの部分をエッチバックする。ここでは、第２平坦化膜３６を完全には除去しない程度のエッチバックとする。
これにより、第１角形状３４Ｒａ及び第２角形状３５Ｂａの頂部表面が、残された第２平坦化膜３６ａの上面と同じ高さで平坦化された形状となる。

次に、図６（ｂ）に示すように、例えば、スピンコートなどにより、第２平坦化膜３６ａの上層に、マイクロレンズとなる樹脂層４０を形成し、その上層にレジスト膜をパターン形成及び熱処理印加によりレンズ形状の表面を有するレジスト膜４１を形成する。

次に、レジスト膜４１とマイクロレンズとなる樹脂層４０をドライエッチングなどの異方的エッチングで加工することで、レジスト膜４１の表面形状が樹脂層に転写され、マイクロレンズ４０ａが形成される。
以上で、図１及び図２に示す構成の固体撮像装置を製造することができる。

本実施形態の固体撮像装置の製造方法によれば、カラーフィルタ部を構成する第２カラーフィルタ３４Ｒ及び第３カラーフィルタ３５Ｂの上層に第２平坦化膜を形成し、第２平坦化膜の上面から少なくとも第２平坦化膜及び凸状の角形状の部分をエッチバックすることにより、斜め入射光の集光率低下及び感度低下を招かずに、色シェーディング特性や分光特性を改善した固体撮像装置を製造することができる。

本実施形態にように、第２平坦化膜３６ａ及び第２カラーフィルタ３４Ｒと第３カラーフィルタ３５Ｂの凸状の角形状の部分をエッチバックする工程において、第２平坦化膜３６ａを一部残して、凸状の角形状の頂部表面が平坦化膜の上面と同じ高さで平坦化された形状とすることができる。
この場合、第２平坦化膜３６ａの上層において画素ごとにマイクロレンズ４０ａを形成したときに、カラーフィルタ部（３３Ｇ,３４Ｒ,３５Ｂ）とマイクロレンズ４０ａの間に第２平坦化膜３６ａを介在させることで、マイクロレンズ４０ａとの密着力を大きくすることができる。

第２実施形態
図７は、本実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤ撮像装置の断面図である。
基本的には第１実施形態に係るＣＣＤ撮像装置を同様の構成であるが、マイクロレンズ４２がレジスト膜そのものから構成されていることが異なる。
カラーフィルタ部（３３Ｇ,３４Ｒ,３５Ｂ）と第２平坦化膜３６ａからなる平坦な面上に形成されているので、マイクロレンズの精度が高められる利点があり、また、平坦な面に形成することによって、レジスト材料に熱処理を施すことで直接高精度なマイクロレンズに加工することが可能となる。

本実施形態に係る固体撮像装置は、第１実施形態に係る固体撮像装置と同様に、斜め入射光の集光率低下及び感度低下を招かずに、色シェーディング特性や分光特性を改善でき、さらにマイクロレンズを簡便な方法、工程で形成することが可能である。

第３実施形態
図８は、本実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤ撮像装置の断面図である。
基本的には第１実施形態に係るＣＣＤ撮像装置を同様の構成であるが、第２平坦化膜３６及び第２カラーフィルタ３４Ｒの第１角形状３４Ｒａ及び第３カラーフィルタ３５Ｂの第２角形状３５Ｂａが除去されており、平坦化されたカラーフィルタ部（３３Ｇ,３４Ｒ,３５Ｂ）の上層において画素ごとにマイクロレンズ４０ａが形成されていることが異なる。

本実施形態によれば、カラーフィルタ部を構成する第２カラーフィルタ３４Ｒ及び第３カラーフィルタ３５Ｂについて、第２カラーフィルタ３４Ｒの第１角形状３４Ｒａ及び第３カラーフィルタ３５Ｂの第２角形状３５Ｂａが除去されており、斜め入射光の集光率低下及び感度低下を招かずに、色シェーディング特性や分光特性を改善できる。

次に、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について図面を参照して説明する。
まず、第１実施形態において図５（ｃ）に示す工程までは第１実施形態と同様にして行い、次に、図９（ａ）に示すように、例えば、第２平坦化膜３６の上面から第２平坦化膜３６及び第２カラーフィルタ３４Ｒの第１角形状３４Ｒａ及び第３カラーフィルタ３５Ｂの第２角形状３５Ｂａを除去するまでエッチバックする。
これにより、第１角形状３４Ｒａ及び第２角形状３５Ｂａの頂部表面が平坦化された形状となる。

次に、図９（ｂ）に示すように、例えば、スピンコートなどによりマイクロレンズとなる樹脂層４０を形成し、その上層にレンズ形状の表面を有するレジスト膜４１を形成する。
次に、レジスト膜４１とマイクロレンズとなる樹脂層４０をドライエッチングなどの異方的エッチングで加工することで、レジスト膜４１の表面形状が樹脂層に転写され、マイクロレンズ４０ａが形成される。
以上で、図８に示す構成の固体撮像装置を製造することができる。

本実施形態の固体撮像装置の製造方法によれば、カラーフィルタ部を構成する第２カラーフィルタ３４Ｒ及び第３カラーフィルタ３５Ｂの上層に第２平坦化膜を形成し、第２平坦化膜の上面から第２平坦化膜３６及び第２カラーフィルタ３４Ｒの第１角形状３４Ｒａ及び第３カラーフィルタ３５Ｂの第２角形状３５Ｂａを除去するまでエッチバックすることにより、斜め入射光の集光率低下及び感度低下を招かずに、色シェーディング特性や分光特性を改善した固体撮像装置を製造することができる。

第４実施形態
図１０は、本実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤ撮像装置の断面図である。
基本的には第３実施形態に係るＣＣＤ撮像装置を同様の構成であるが、マイクロレンズ４２がレジスト膜そのものから構成されていることが異なる。
カラーフィルタ部（３３Ｇ,３４Ｒ,３５Ｂ）と第２平坦化膜３６ａからなる平坦な面上に形成されているので、マイクロレンズの精度が高められる利点があるほか、平坦な面に形成することによって、レジスト材料に熱処理を臍越すことで直接高精度なマイクロレンズに加工することが可能となる。

第５実施形態
図１１は、本実施形態に係るカメラの概略構成図である。
複数の画素が集積されてなる固体撮像装置５０、光学系５１、信号処理回路５３を備えている。
本実施形態において、上記の固体撮像装置５０は、上記の第１実施形態または第２実施形態に係る固体撮像装置が組み込まれてなる。

光学系５１は被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置５０の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置５０の撮像面上の各画素を構成するフォトダイオードにおいて入射光量に応じて信号電荷に変換され、一定期間、該当する信号電荷が蓄積される。
蓄積された信号電荷は、例えばＣＣＤ電荷転送路を経て、出力信号Ｖｏｕｔとして取り出される。
信号処理回路５３は、固体撮像装置５０の出力信号Ｖｏｕｔに対して種々の信号処理を施して映像信号として出力する。
上記の本実施形態に係るカメラによれば、斜め入射光の集光率低下及び感度低下を招かずに、色シェーディング特性や分光特性を改善でき、さらにマイクロレンズを簡便な方法、工程で形成することが可能である。

本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、上記の実施形態においては３色のカラーフィルタを有する構成の固体撮像装置について説明しているが、２色のカラーフィルタのみを有する構成でもよい。
また、実施形態においてはＣＣＤ固体撮像装置について説明しているが、これに限らず、ＣＭＯＳセンサなどのその他の固体撮像装置にも適用可能であり、この場合には電荷を読み取るための構成がＣＭＯＳトランジスタなどからなる。
尚、カラーフィルタ形成において、第１カラーフィルタ及び第２カラーフィルタをフォトリソグラフィ法によりカラーフィルタをパターニングで形成し、第３カラーフィルタはパターニングしないで塗布するだけでも良い。
また、第１カラーフィルタを形成した後に、エッチングストッパ膜として、例えばプラズマＣＶＤ法による窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などの無機膜を均一に積層してから、第２及び第３カラーフィルタのエッチングを行って平坦化しても良い。
また、第１カラーフィルタのエッチングストッパ膜となるように銅などの特定元素成分を添加して、第２及び第３カラーフィルタのエッチングを行ってカラーフィルタ部の平坦化しても良い。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

本発明の固体撮像装置は、ＣＣＤカメラあるいはＣＭＯＳカメラに搭載される固体撮像装置に適用できる。
本発明の固体撮像装置の製造意方法は、ＣＣＤカメラあるいはＣＭＯＳカメラに搭載される固体撮像装置の製造方法に適用できる。
本発明のカメラは、ＣＣＤカメラあるいはＣＭＯＳカメラなどの固体撮像装置を搭載したカメラに適用できる。

図１は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤ撮像装置の断面図である。図２（ａ）は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤ撮像装置の半導体基板上のフォトダイオードと転送ゲートのレイアウトを示す平面図であり、図２（ｂ）はカラーフィルタのレイアウトを示す平面図である。図３（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤ撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図４（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤ撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図５（ａ）〜（ｃ）は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤ撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤ撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図７は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤ撮像装置の断面図である。図８は本発明の第３実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤ撮像装置の断面図である。図９（ａ）及び図９（ｂ）は本発明の第３実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤ撮像装置の製造方法の製造工程を示す断面図である。図１０は本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置であるＣＣＤ撮像装置の断面図である。図１１は本発明の第５実施形態に係るカメラの概略構成図である。図１２は従来例に係る固体撮像装置の一例を示す模式構成を示す断面図である。

符号の説明

１０…ｐウェル領域（半導体基板）、１１…ｎ領域（フォトダイオード）、１２…垂直ＣＣＤ部（電荷読み取り部）、２０…ゲート絶縁膜、２１…転送ゲート、２２…絶縁膜、２３…遮蔽膜、３０…ＢＰＳＧ膜、３１…窒化シリコン膜、３２…第１平坦化膜、３３，３３Ｇ…第１カラーフィルタ、３４，３４Ｒ…第２カラーフィルタ、３４Ｒａ…第１角形状、３５，３５Ｂ…第３カラーフィルタ、３５Ｂａ…第２角形状、３６，３６ａ…第２平坦化膜、４０…樹脂層、４１…レジスト膜、４０ａ，４２…マイクロレンズ、５０…固体撮像装置、５１…光学系、５３…信号処理回路、Ｍ…マスク、Ｇ１，Ｇ２…転送ゲート、ＰＤ…フォトダイオード、ＶＴ…垂直転送路、ＧＦ…緑色のカラーフィルタ、ＲＦ…赤色のカラーフィルタ、ＢＦ…青色のカラーフィルタ

Claims

複数の画素が集積されてなる固体撮像装置であって、
半導体基板に前記画素ごとに区分して形成されたフォトダイオードと、
前記半導体基板に形成され、前記フォトダイオードに生成する信号電荷を読み取る電荷読み取り部と、
前記フォトダイオードの上方に形成されたカラーフィルタ部と、
前記カラーフィルタ部の上層に形成された平坦化膜と、
前記平坦化膜の上層において前記画素ごとに形成されたマイクロレンズと
を有し、
前記カラーフィルタ部は、第１の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第１の領域に形成された第１カラーフィルタと、第２の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第２の領域に形成され、前記第１カラーフィルタとの境界において前記平坦化膜側に突出した凸状の角形状を有する第２カラーフィルタとを少なくとも含み、
前記凸状の角形状の頂部表面が前記平坦化膜の上面と同じ高さで平坦化された形状となっている
ことを特徴とする固体撮像装置。
前記カラーフィルタ部が、第１の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第１の領域に形成された第１カラーフィルタと、第２の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第２の領域に形成され、前記第１カラーフィルタとの境界において前記平坦化膜側に突出した凸状の第１角形状を有する第２カラーフィルタと、第３の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第３の領域に形成され、前記第１カラーフィルタ及び前記第２カラーフィルタとの境界において前記平坦化膜側に突出した凸状の第２角形状を有する第３カラーフィルタとを含み、
前記第１角形状及び前記第２角形状の頂部表面が前記平坦化膜の上面と同じ高さで平坦化された形状となっている
請求項１に記載の固体撮像装置。
前記カラーフィルタ部と前記マイクロレンズの密着力より、前記平坦化膜と前記マイクロレンズの密着力が大きい
請求項１に記載の固体撮像装置。
前記平坦化膜が前記マイクロレンズと同じ材料から構成されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
複数の画素が集積されてなる固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板に、前記画素ごとに区分してフォトダイオードを形成し、前記フォトダイオードに生成する信号電荷を読み取る電荷読み取り部を形成する工程と、
前記フォトダイオードの上方においてカラーフィルタ部を形成する工程と、
前記カラーフィルタ部の上層に平坦化膜を形成する工程と、
前記平坦化膜の上面からエッチバックする工程と
を有し、
前記カラーフィルタ部を形成する工程が、第１の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第１の領域に第１カラーフィルタを形成する工程と、第２の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第２の領域に、前記第１カラーフィルタとの境界において上側に突出した凸状の角形状を有する第２カラーフィルタを形成する工程とを含み、
前記エッチバックする工程において、前記平坦化膜の上面から少なくとも前記平坦化膜及び前記第２カラーフィルタの凸状の角形状の部分をエッチバックする
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
前記平坦化膜及び前記第２カラーフィルタの凸状の角形状の部分をエッチバックする工程において、前記凸状の角形状の頂部表面が前記平坦化膜の上面と同じ高さで平坦化された形状とする
請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記平坦化膜の上層において前記画素ごとにマイクロレンズを形成する工程をさらに有する
請求項６に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記平坦化膜及び前記第２カラーフィルタの凸状の角形状の部分をエッチバックする工程において、前記平坦化膜及び前記凸状の角形状を全部除去する
請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記平坦化膜及び前記凸状の角形状が除去された前記カラーフィルタ部の上層において前記画素ごとにマイクロレンズを形成する工程をさらに有する
請求項８に記載の固体撮像装置の製造方法。
前記カラーフィルタ部を形成する工程が、第１の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第１の領域に第１カラーフィルタを形成する工程と、第２の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第２の領域に形成され、前記第１カラーフィルタとの境界において上側に突出した凸状の第１角形状を有する第２カラーフィルタを形成する工程と、第３の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第３の領域に形成され、前記第１カラーフィルタ及び前記第２カラーフィルタとの境界において上側に突出した凸状の第２角形状を有する第３カラーフィルタを形成する工程とを含み、
前記エッチバックする工程において、前記平坦化膜の上面から少なくとも前記平坦化膜及び前記第１角形状及び前記第２角形状の部分をエッチバックする
請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
複数の画素が集積されてなる固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と
を有し、
前記固体撮像装置は、
半導体基板に前記画素ごとに区分して形成されたフォトダイオードと、
前記フォトダイオードに生成する信号電荷を読み取る電荷読み取り部と、
前記フォトダイオードの上方に形成されたカラーフィルタ部と、
前記カラーフィルタ部の上層に形成された平坦化膜と、
前記平坦化膜の上層において前記画素ごとに形成されたマイクロレンズと
を有し、
前記カラーフィルタ部は、第１の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第１の領域に形成された第１カラーフィルタと、第２の分光特性を有して前記画素に対応して区分された第２の領域に形成され、前記第１カラーフィルタとの境界において前記平坦化膜側に突出した凸状の角形状を有する第２カラーフィルタとを少なくとも含み、
前記凸状の角形状の頂部表面が前記平坦化膜の上面と同じ高さで平坦化された形状となっている
ことを特徴とするカメラ。