JP5430387B2 - 固体撮像装置及び固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Description
図1(a)に本実施例の固体撮像装置の断面の模式図、図1(b)に上面図を示す。図1(a)は、図1(b)のA−A´における断面の模式図である。
図2(a)において、まず、周知の製造方法により第1の平坦化層8までが形成される。第1の平坦化層8はカラーフィルタ層の下地層として機能する。
本実施例によれば、カラーフィルタ層の段差を第2の平坦化層11で低減した後に、封止層13で空隙12を封止している。このため、カラーフィルタ間の境界においても平坦性を保つことが可能となり光学的に好ましい。更に、本実施例のように第2の平坦化層11上部にマイクロレンズを形成する場合には、カラーフィルタ間の境界における段差が低減されているためマイクロレンズ14を所望の形状に形成しやすい。
図3に本実施例の固体撮像装置の断面図を示す。実施例1と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例の実施例1と異なる点は、光が入射する方向が、実施例1と反対側になっている点である。実施例1では配線層やトランジスタなどが形成された主面側(第1主面側)から光が入射したが、本実施例においては配線層やトランジスタが形成された面とは反対側の主面側(第2主面側)から光が入射する。いわゆる裏面照射型の固体撮像装置となっている。
本実施例によっても、実施例1と同等の効果を得ることが可能である。
図4に本実施例の固体撮像装置の断面図を示す。実施例1と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例の実施例1、2と異なる点は、空隙12が最上配線層6cまで達している点である。最上配線層6cは遮光部もしくは電源供給用の配線として用いられる配線である。このような構成は例えば、製造工程において、配線層6cを空隙形成時のエッチングストップ膜として用いることにより形成できる。
このような構成とすることにより実施例1、2で述べた効果に加えて、保護層7までを空隙12により分離することが可能となるため光の隣接画素との分離特性をより向上させることが可能となる。
図5に本実施例の固体撮像装置の断面図を示す。実施例3と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例の実施例3と異なる点は、裏面照射型の固体撮像装置となっている点である。
16は遮光部である。金属や黒塗りの樹脂で形成することができる。半導体基板の第2主面側に絶縁膜を介して形成される。画素間の境界に配置されており、遮光部16により囲まれた内部の領域が光電変換部となる。裏面照射型においては遮光部16と光電変換部との間に配線層やトランジスタが配されていない。したがって遮光部16で規定された領域が光電変換部の開口そのものとなる。また空隙12が遮光部16に到達した構成となっている。そして空隙12を遮光部16に垂直投影した場合に、一部の領域が重なっている。より好ましくは空隙12の遮光部16への垂直投影が、遮光部16に全て含まれる。
このような構成は例えば、製造工程において、遮光部16を空隙12形成時のエッチングストップ膜として用いることにより形成できる。
このような構成とすることにより上述の実施例で述べた効果に加えて、空隙12の遮光部16に対する垂直投影が遮光部16重なっているため、隣接画素との色分離特性と開口率向上とを両立することが可能となる。
図6(a)に本実施例の固体撮像装置の断面図を示す。上述の実施例と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例の上述の実施例と異なる点は、空隙12の上部が上凸形状となっている点である。ここで上凸とは半導体基板とは反対方向に向かう方向に凸形状となった構成をいい、別の言い方をすれば、入射光に向かって凸形状となっている構成を言う。このような構造とすることにより空隙12に入射した光を効率よく図面左右の画素に振り分けることが可能となり感度を向上させることが可能となる。図6(b)に本実施例の構造、図6(c)に比較例の構造を示す。図6(b)に示すように、空隙に入射した光は空隙の上凸形状となった部分において反射し、左右の画素に振り分けられる。これに対して図6(c)の構造によれば、空隙12と封止層13との界面により一部の光が反射してしまう。このような構造の場合には空隙12に入射した光を利用することができないため光の利用効率が高くなく、更に反射した光が、隣接画素に入射しノイズとなる場合もある。
上凸形状の形状制御方法は、空隙12の大きさ(幅、深さ、アスペクト比)および封止層13の粘性を適宜調整することにより形状を制御することができる。
本実施例によれば上述の実施例の効果に加えて、空隙12に入射した光も有効利用することが可能となるためより光の利用効率を向上させることが可能となる。
図7(a)に本実施例の固体撮像装置の断面図を示す。上述の実施例と同様の機能を有する部分には同様の符号を付し、詳細な説明は省略する。本実施例の上述の実施例と異なる点は、空隙12が封止層13との界面から見て逆テーパ形状を有している点である。別の言い方をすれば、カラーフィルタの側面が封止層13との界面から見てテーパ形状を有しているとも言える。逆テーパ形状はエッチング時の条件や、フォトレジストマスクの形状を制御することにより形成することができる。
図7(b)に空隙12が逆テーパを有した構造を示し、図7(c)に比較例として逆テーパ形状を有さない構造を示す。図7(c)の構造に比べて図7(b)の構造によれば光電変換部のより中央へ入射光を集光することが可能となる。これは画素が微細化するにつれて更に重要となり、2μm以下の画素ピッチでは特に有効となる。
本実施例によれば上述の実施例の効果に加えて、空隙12界面での反射光を効率よく光電変換部中央へ集めることが可能となるためより感度を向上させることが可能となる。
図8に本実施例の固体撮像装置の製造プロセスフローを示す。本実施例においては、遮光部90上に遮光部の保護層91を設けた点が上述の実施例と異なる。遮光部保護層91は好ましくは遮光部90上部にのみ残した構成とする。このような構成とすることにより、入射光光路における屈折率差が生じないため感度を低減することが無い。以下製造プロセスフローを順に説明する。本実施例においては裏面照射型の固体撮像装置に関して説明を行なうが、表面照射型にも適用することができる。
図8(a)において、半導体基板の主面上に、絶縁層801、遮光部材料層802、保護層材料層803を形成する。
図8(b)において、遮光部材料層802、保護層材料層803のパターニングを行い、画素境界に遮光部804及びその上部に遮光部保護層805を形成する。
図8(c)において、遮光部804と遮光部保護層805を覆って第1の平坦化層806を形成する。
図8(d)において、異なる色のカラーフィルタ807、808を含むカラーフィルタ層を形成する。更に多数の色のカラーフィルタを設けてもよい。カラーフィルタ層を形成した後、カラーフィルタ間の段差を低減するように第2の平坦化層809を形成する。
図8(e)において、空隙810を形成する。不図示のレジストマスクを形成した後、空隙の半導体基板に向かっての垂直投影が遮光部保護層805に一部重なるように第2の平坦化層809及びカラーフィルタ層のエッチングを行なう。より好ましくは空隙の垂直投影が遮光部保護層805に全て含まれるのが良い。
8 第1の平坦化層
9、10 カラーフィルタ
11 第2の平坦化層
12 空隙
13 封止層
Claims (10)
- 半導体基板に配された複数の光電変換部と、
前記半導体基板の光が入射する第1主面側に配された第1の平坦化層と、
前記第1の平坦化層上に配され、各光電変換部に対応して設けられたカラーフィルタを有するカラーフィルタ層と、
前記カラーフィルタ層上に配され、前記カラーフィルタ間の段差を低減する第2の平坦化層と、を有する固体撮像装置であって、
前記カラーフィルタ層の隣接するカラーフィルタ間の境界に対応した位置に空隙が配され、該空隙は前記第2の平坦化層まで延在しており、
前記空隙及び前記第2の平坦化層上に該空隙を封止する封止層が配されていることを特徴とする固体撮像装置。 - 前記半導体基板の第1主面側とは反対側の第2主面側に複数の配線層が配されることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
- 前記半導体基板と前記カラーフィルタ層との間に遮光部が配されており、前記空隙の前記遮光部に対する垂直投影の一部が、当該遮光部に重なることを特徴とする請求項1又は2のいずれかに記載の固体撮像装置。
- 前記遮光部上に遮光部保護層が配されていることを特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
- 前記空隙が上凸形状となっていることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記空隙が前記封止層との界面から見て逆テーパ形状となっていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 前記第2の平坦化層上に各光電変換部に対応してマイクロレンズが配されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の固体撮像装置。
- 半導体基板に複数の光電変換部を形成する工程と、
前記半導体基板の光の入射する第1主面側に第1の平坦化層を形成する工程と、
前記第1の平坦化層上に、各光電変換部に対応して設けられたカラーフィルタを有するカラーフィルタ層を形成する工程と、
前記カラーフィルタ層上に、前記カラーフィルタ間の段差を低減する第2の平坦化層とを形成する工程と、を有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記カラーフィルタ層の隣接するカラーフィルタ間の境界に対応した位置に第2の平坦化層及び前記カラーフィルタを貫通する空隙を形成する工程と、
前記空隙及び前記第2の平坦化層上に封止層を形成する工程とを有することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 更に、前記半導体基板の光の入射する第1主面に、絶縁膜を介して遮光部を形成する工程とを有し、前記遮光部は前記空隙をエッチングにて形成する際のエッチングストップ膜として機能することを特徴とする請求項8に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 更に、前記半導体基板の光が入射する第1主面に、絶縁膜を介して遮光部を形成する工程と、
該遮光部上に遮光部保護層を形成する工程とを有し、
前記遮光部保護層は前記空隙をエッチングにて形成する際のエッチングストップ膜として機能することを特徴とする請求項8に記載の固体撮像装置の製造方法。
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