JP5534927B2 - 固体撮像装置 - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像装置に関する。
半導体デバイスを応用したＣＭＯＳイメージセンサーは、近年デジタルカメラなどの撮像デバイス素子として重要なキーデバイスである。現在、フォトダイオードを具備するベイヤータイプのＣＭＯＳイメージセンサーが主流である。このベイヤータイプのＣＭＯＳイメージセンサーでは、ベイヤー配列に従って複数のカラーフィルターが２次元的に配列され、複数のカラーフィルターに対応した複数の画素が２次元的に配列されている。すなわち、色ごとに１画素が対応しているので、画素サイズが微細化された場合に、加工技術や量子効率の劣化などの点で課題があることが指摘されている。近年その点をカバーする新しい技術の１つとして光電変換膜積層型のＣＭＯＳイメージセンサーが提案されている。
特許文献１には、ＢＧＲ３層積層型固体撮像素子において、青色の波長の光を吸収する機能を有する光電変換膜（Ｂ膜）と、緑色の波長の光を吸収する機能を有する光電変換膜（Ｇ膜）と、赤色の波長の光を吸収する機能を有する光電変換膜（Ｒ膜）とを積層することが記載されている。Ｂ膜、Ｇ膜、及びＲ膜は、それぞれ、有機色素を使用した膜（有機膜）とされている。これにより、特許文献１によれば、各光電変換膜に有機色素を使用しているため、高感度が得られ、ＩＲフィルター不要で、フレアが低下するとされている。
このＢＧＲ３層積層型固体撮像素子では、最上のＢ膜の信号電荷を半導体基盤へ送るためのプラグを設ける際に、Ｇ膜、及びＲ膜を貫通する穴を形成する必要がある。このとき、Ｇ膜、及びＲ膜のそれぞれが有機膜であるので微細加工が困難であり、貫通する穴の寸法を小さくすることができない。
特開２００５−３０３２６６号公報
本発明は、複数の光電変換層が積層された構造であって微細加工に有利な構造を有する固体撮像装置を提供することを目的とする。
本願発明の一態様によれば、第１の色の光を光電変換する有機物の第１の光電変換層と、無機物の第２の光電変換層と、前記第１の光電変換層に沿った方向において前記第２の光電変換層に隣接して配された無機物の第３の光電変換層と、前記第１の光電変換層を通過した光のうち第２の色の光を選択的に前記第２の光電変換層へ導くように、前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に配された無機物の第１のフィルターと、前記第１の光電変換層を通過した光のうち第３の色の光を選択的に前記第３の光電変換層へ導くように、前記第１の光電変換層と前記第３の光電変換層との間に配された無機物の第２のフィルターとを備えたことを特徴とする固体撮像装置が提供される。
本発明によれば、複数の光電変換層が積層された構造であって微細加工に有利な構造を有する固体撮像装置を提供できる。
実施の形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 比較例及び実施の形態におけるフィルター機能を示す図。 実施の形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。 実施の形態の変形例にかかる固体撮像装置の構成を示す図。 実施の形態の他の変形例にかかる固体撮像装置の構成を示す図。
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる固体撮像装置を詳細に説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
（実施の形態）
実施の形態にかかる固体撮像装置１の構成について図１を用いて説明する。図１は、固体撮像装置１の断面構成を、複数の画素が配列された撮像領域における１画素分について示す図である。
固体撮像装置１は、半導体基板１０、ゲート電極ＴＧｒ、ＴＧｇ、ＴＧｂ、絶縁膜４１、導電パターン３１ｒ、導電パターン３１ｇ、導電パターン３１ｂ、絶縁膜４２、光電変換層（第２の光電変換層）５０ｒ、光電変換層（第３の光電変換層）５０ｂ、カラーフィルター（第１のフィルター）２０ｒ、カラーフィルター（第２のフィルター）２０ｂ、絶縁膜４３、画素電極膜６１ｇ、光電変換層（第１の光電変換層）７０ｇ、共通電極膜６２ｇ、コンタクトプラグ８１ｒ、８２ｒ、コンタクトプラグ８１ｇ、８２ｇ、及びコンタクトプラグ８１ｂ、８２ｂを備える。
半導体基板１０は、ウエル領域１３内に、ストレージダイオード１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、フローティングディフュージョン１２ｒ、１２ｇ、１２ｂが配されている。ウエル領域１３は、第１導電型（例えば、Ｐ型）の不純物を低い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成されている。Ｐ型の不純物は、例えば、ボロンである。ストレージダイオード１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、及びフローティングディフュージョン１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、それぞれ、第１導電型と反対導電型である第２導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を、ウエル領域１３における第１導電型の不純物の濃度よりも高い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成されている。Ｎ型の不純物は、例えば、リン又は砒素である。
半導体基板１０の上には、ゲート電極ＴＧｒ、ＴＧｇ、ＴＧｂ及び他のゲート電極等が配されている。ゲート電極ＴＧｒ、ＴＧｇ、ＴＧｂは、それぞれ、半導体基板１０の上におけるストレージダイオード１１ｒ、１１ｇ、１１ｂとフローティングディフュージョン１２ｒ、１２ｇ、１２ｂとの間に配されている。これにより、転送トランジスタＴＴＲｒ、ＴＴＲｇ、ＴＴＲｂが構成されている。
すなわち、ストレージダイオード１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、それぞれ、コンタクトプラグ８１ｂ、コンタクトプラグ８１ｒ、及びコンタクトプラグ８１ｇを介して転送された電荷を蓄積する。転送トランジスタＴＴＲｒ、ＴＴＲｇ、ＴＴＲｂは、それぞれ、アクティブレベルの制御信号がゲート電極ＴＧｒ、ＴＧｇ、ＴＧｂへ供給された際にオンする。これにより、転送トランジスタＴＴＲｒ、ＴＴＲｇ、ＴＴＲｂは、それぞれ、ストレージダイオード１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの電荷をフローティングディフュージョン１２ｒ、１２ｇ、１２ｂへ転送する。フローティングディフュージョン１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、転送された電荷を電圧に変換する。図示しない増幅トランジスタは、その変換された電圧に応じた信号を信号線へ出力する。
絶縁膜４１は、半導体基板１０及びゲート電極ＴＧｒ、ＴＧｇ、ＴＧｂを覆っている。絶縁膜４１は、コンタクトプラグ８１ｒ、８１ｇ、８１ｂのそれぞれにより貫通されている。
導電パターン３１ｒは、コンタクトプラグ８１ｒを介してストレージダイオード１１ｒに接続されている。導電パターン３１ｇは、コンタクトプラグ８１ｇを介してストレージダイオード１１ｇに接続されている。導電パターン３１ｂは、コンタクトプラグ８１ｂを介してストレージダイオード１１ｂに接続されている。導電パターン３１ｒ、導電パターン３１ｇ、及び導電パターン３１ｂは、それぞれ、例えば、金属又は金属間化合物で形成されている。なお、導電パターン３１ｒ、３１ｇ、３１ｂは、図１に示された絶縁膜４１に形成された溝に埋め込まれた構造（ダマシン構造）であっても良いし、絶縁膜４１の上に堆積されてパターニングされた構造であっても良い。また、導電パターン３１ｒ、３１ｇ、３１ｂは、半導体基板１０の表面１０ａにおける所定の領域を遮光するようにパターンニングされていても良い。
絶縁膜４２は、絶縁膜４１及び導電パターン３１ｒ、３１ｇ、３１ｂを覆っている。絶縁膜４２は、コンタクトプラグ８２ｒ、８２ｇ、８２ｂのそれぞれにより貫通されている。また、絶縁膜４２は、光電変換層５０ｒ及びコンタクトプラグ８２ｇの間を延びているとともに、光電変換層５０ｂ及びコンタクトプラグ８２ｇの間を延びている。これにより、絶縁膜４２は、光電変換層５０ｒ及び光電変換層５０ｂを互いに絶縁するとともに、光電変換層５０ｒ及び光電変換層５０ｂとコンタクトプラグ８２ｇとを絶縁している。
導電パターン３２ｒは、光電変換層５０ｒで発生した電荷を集めるための画素電極として機能する。導電パターン３２ｒは、コンタクトプラグ８２ｒを介して導電パターン３１ｒに接続されている。導電パターン３２ｂは、光電変換層５０ｂで発生した電荷を集めるための画素電極として機能する。導電パターン３２ｂは、コンタクトプラグ８２ｂを介して導電パターン３１ｂに接続されている。導電パターン３２ｒ及び導電パターン３２ｂは、それぞれ、例えば、金属又は金属間化合物で形成されている。なお、導電パターン３２ｒ、３２ｂは、図１に示された絶縁膜４２に形成された溝に埋め込まれた構造であっても良いし、絶縁膜４２の上に堆積されてパターニングされた構造であっても良い。
光電変換層５０ｒは、光電変換層７０ｇに沿った方向において光電変換層５０ｂに隣接して配されている。光電変換層５０ｒは、導電パターン３２ｒ及び絶縁膜４２を覆っている。光電変換層５０ｒは、絶縁膜４２を介して、コンタクトプラグ８２ｇと絶縁されているとともに、光電変換層５０ｂと絶縁されている。光電変換層５０ｒは、カラーフィルター２０ｒを通過した赤色の波長領域の光を吸収し、その吸収した光に応じた電荷を発生させる。光電変換層５０ｒは、例えば、無機光電変換層であり、光電変換層５０ｂと同じ材料で形成されている。すなわち、光電変換層５０ｒは、赤色及び青色の波長領域を含む波長領域であればどのような波長領域の光を吸収する性質を有した無機物で形成されていてもよい。例えば、光電変換層５０ｒは、可視光の全波長領域の光を吸収する性質を有した無機物で形成されている。この場合、光電変換層５０ｒは、半導体基板１０の表面を遮光する遮光膜としても機能する。
光電変換層５０ｒは、例えば、シリコン、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化鉛、及びセレン化鉛からなる群から選ばれた物質を主成分として形成されている。光電変換層５０ｒは、例えば、その主成分とする物質の単結晶、多結晶、又はアモルファス体で形成されている。なお、光電変換層５０ｒは、ｐ型層及びｎ型層を含むフォトダイオード層であってもよい。
光電変換層５０ｂは、光電変換層７０ｇに沿った方向において光電変換層５０ｒに隣接して配されている。光電変換層５０ｂは、導電パターン３２ｂ及び絶縁膜４２を覆っている。光電変換層５０ｂは、絶縁膜４２を介して、コンタクトプラグ８２ｇと絶縁されているとともに、光電変換層５０ｒと絶縁されている。光電変換層５０ｂは、カラーフィルター２０ｂを通過した青色の波長領域の光を吸収し、その吸収した光に応じた電荷を発生させる。光電変換層５０ｂは、例えば、無機光電変換層であり、光電変換層５０ｒと同じ材料で形成されている。すなわち、光電変換層５０ｂは、赤色及び青色の波長領域を含む波長領域であればどのような波長領域の光を吸収する性質を有した無機物で形成されていてもよい。例えば、光電変換層５０ｂは、可視光の全波長領域の光を吸収する性質を有した無機物で形成されている。この場合、光電変換層５０ｂは、半導体基板１０の表面を遮光する遮光膜としても機能する。
光電変換層５０ｂは、例えば、シリコン、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化鉛、及びセレン化鉛からなる群から選ばれた物質を主成分として形成されている。光電変換層５０ｒは、例えば、その主成分とする物質の単結晶、多結晶、又はアモルファス体で形成されている。なお、光電変換層５０ｂは、ｐ型層及びｎ型層を含むフォトダイオードの構成であってもよい。
カラーフィルター２０ｒは、光電変換層７０ｇと光電変換層５０ｒとの間に配されている。これにより、カラーフィルター２０ｒは、光電変換層７０ｇを通過した光（すなわち、緑色の波長領域の光が吸収された後の光）のうち赤色の波長領域の光を選択的に光電変換層５０ｒへ導く。カラーフィルター２０ｒは、無機物で形成されている。カラーフィルター２０ｒは、例えば、無機材料（低屈折率材料、高屈折率材料）が積層されたフォトニック結晶型の赤用のフィルターである。
具体的には、カラーフィルター２０ｒでは、第１の絶縁層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−３、２１ｒ−４、２１ｒ−５と第２の絶縁層２２ｒ−１、２２ｒ−２、２２ｒ−３、２２ｒ−４とが交互に複数回積層されている。第２の絶縁層２２ｒ−１〜２２ｒ−４の屈折率は、第１の絶縁層２１ｒ−１〜２１ｒ−５の屈折率より低い。第１の絶縁層２１ｒ−１〜２１ｒ−５は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２、屈折率２．５）で形成されている。第２の絶縁層２２ｒ−１〜２２ｒ−４は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２、屈折率１．４５）で形成されている。
各第２の絶縁層２２ｒ−１〜２２ｒ−４は、互いに同様な膜厚を有する。各第１の絶縁層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−４、２１ｒ−５は、互いに同様な膜厚を有する。一方、第１の絶縁層２１ｒ−３の膜厚は、他の第１の絶縁層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−４、２１ｒ−５の膜厚より厚い。以下では、この第１の絶縁層２１ｒ−３を特にスペーサ層２１ｒ−３とも呼ぶことにする。
カラーフィルター２０ｂは、光電変換層７０ｇと光電変換層５０ｂとの間に配されている。これにより、カラーフィルター２０ｂは、光電変換層７０ｇを通過した光（すなわち、緑色の波長領域の光が吸収された後の光）のうち青色の波長領域の光を選択的に光電変換層５０ｂへ導く。カラーフィルター２０ｂは、無機物で形成されている。カラーフィルター２０ｂは、例えば、無機材料（低屈折率材料、高屈折率材料）が積層されたフォトニック結晶型の青用のフィルターである。
具体的には、カラーフィルター２０ｂでは、第１の絶縁層２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−３、２１ｂ−４、２１ｂ−５と第２の絶縁層２２ｂ−１、２２ｂ−２、２２ｂ−３、２２ｂ−４とが交互に複数回積層されている。第２の絶縁層２２ｂ−１〜２２ｂ−４の屈折率は、第１の絶縁層２１ｂ−１〜２１ｂ−５の屈折率より低い。第１の絶縁層２１ｂ−１〜２１ｂ−５は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２、屈折率２．５）で形成されている。第２の絶縁層２２ｂ−１〜２２ｂ−４は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２、屈折率１．４５）で形成されている。
各第２の絶縁層２２ｂ−１〜２２ｂ−４は、互いに同様な膜厚を有する。各第１の絶縁層２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−４、２１ｂ−５は、互いに同様な膜厚を有する。一方、第１の絶縁層２１ｂ−３の膜厚は、他の第１の絶縁層２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−４、２１ｂ−５の膜厚より厚い。以下では、この第１の絶縁層２１ｂ−３を特にスペーサ層２１ｂ−３とも呼ぶことにする。
ここで、カラーフィルター２０ｒとカラーフィルター２０ｂとは、スペーサ層２１ｒ−３、２１ｂ−３以外の対応する絶縁層の膜厚を互いに等しくしながら、スペーサ層２１ｒ−３、２１ｂ−３の膜厚の違いによってその透過帯域をそれぞれ変化させる。例えば、第１の絶縁層２１ｒ−１〜２１ｒ−５、２１ｂ−１〜２１ｂ−５がＴｉＯ２（屈折率２．５）であり、第２の絶縁層２２ｒ−１〜２２ｒ−４、２２ｂ−１〜２２ｂ−４がＳｉＯ２（屈折率１．４５）である場合を考える。この場合、カラーフィルター２０ｒ及びカラーフィルター２０ｂの全膜厚をそれぞれ６２２ｎｍ、５６２ｎｍにし、スペーサ層２１ｒ−３及びスペーサ層２１ｂ−３の膜厚をそれぞれ８０ｎｍ、２０ｎｍにすると、カラーフィルター２０ｒが赤色の波長帯域に分光透過率のピークを有するようになり、カラーフィルター２０ｂが青色の波長帯域に分光透過率のピークを有するようになる。
絶縁膜４３は、カラーフィルター２０ｂを覆っている。これにより、半導体基板１０の表面１０ａからの高さをカラーフィルター２０ｒの上面と絶縁膜４３の上面とで等しくすることができる。すなわち、カラーフィルター２０ｒの上面と絶縁膜４３の上面とを有する平坦な表面を提供することができる。
画素電極膜６１ｇは、カラーフィルター２０ｒ及び絶縁膜４３を覆っている。画素電極膜６１ｇは、光電変換層７０ｇで発生した電荷を集めるための画素電極として機能する。画素電極膜６１ｇは、コンタクトプラグ８２ｇを介して導電パターン３１ｇに接続されている。画素電極膜６１ｇは、例えば、ＩＴＯ又はＺｎＯなどの透明導電物質で形成されている。なお、画素電極膜６１ｇは、例えば、少なくとも青色及び赤色の波長領域の光を透過し少なくとも緑色の波長領域の光を反射するような半透明導電物質で形成されていてもよい。
光電変換層７０ｇは、画素電極膜６１ｇを覆っている。光電変換層７０ｇは、受けた光のうち緑色の波長領域の光を吸収し、その吸収した光に応じた電荷を発生させる。光電変換層７０ｇは、例えば、有機光電変換層であり、緑色の波長領域の光を吸収し他の波長領域の光を透過させる性質を有した有機物で形成されている。
共通電極膜６２ｇは、光電変換層７０ｇを覆っている。共通電極膜６２ｇは、外部から供給されたバイアス電圧を光電変換層７０ｇへ印加する。これにより、光電変換層７０ｇで発生した電荷が画素電極膜６１ｇで集められやすくなる。共通電極膜６２ｇは、例えば、ＩＴＯ又はＺｎＯなどの透明導電物質で形成されている。なお、共通電極膜６２ｇは、例えば、少なくとも緑色、青色、及び赤色の波長領域の光を透過し所定の波長領域の光を反射するような半透明導電物質で形成されていてもよい。
コンタクトプラグ８１ｒは、導電パターン３１ｒと半導体基板１０におけるストレージダイオード１１ｒとを電気的に接続するように、絶縁膜４１を貫通している。コンタクトプラグ８２ｒは、導電パターン３２ｒと導電パターン３１ｒとを電気的に接続するように、絶縁膜４２を貫通している。これにより、コンタクトプラグ８１ｒ、８２ｒは、導電パターン３２ｒで集められた電荷をストレージダイオード１１ｒへ転送する。
コンタクトプラグ８１ｇは、導電パターン３１ｇと半導体基板１０におけるストレージダイオード１１ｇとを電気的に接続するように、絶縁膜４１を貫通している。コンタクトプラグ８２ｇは、画素電極膜６１ｇと導電パターン３１ｇとを電気的に接続するように、カラーフィルター２０ｒとカラーフィルター２０ｂとの間を半導体基板１０に向かって延びるとともに、絶縁膜４２を貫通している。これにより、コンタクトプラグ８１ｇ、８２ｇは、画素電極膜６１ｇで集められた電荷をストレージダイオード１１ｇへ転送する。
コンタクトプラグ８１ｂは、導電パターン３１ｂと半導体基板１０におけるストレージダイオード１１ｂとを電気的に接続するように、絶縁膜４１を貫通している。コンタクトプラグ８２ｂは、導電パターン３２ｂと導電パターン３１ｂとを電気的に接続するように、絶縁膜４２を貫通している。これにより、コンタクトプラグ８１ｂ、８２ｂは、導電パターン３２ｂで集められた電荷をストレージダイオード１１ｂへ転送する。
ここで、画素電極膜６１ｇと半導体基板１０との間に配された各膜は、いずれも無機物で形成されている。コンタクトプラグ８１ｒ、８２ｒ、８１ｇ、８２ｇ、８１ｂ、８２ｂは、有機物の膜を貫通せずに、無機物の膜を貫通している。
次に、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１の製造方法について図３を用いて説明する。図３（ａ）〜（ｅ）は、第１の実施の形態にかかる固体撮像装置１の製造方法を示す工程断面図である。
図３（ａ）に示す工程では、半導体基板１０のウエル領域１３内に、イオン注入法などにより、ストレージダイオード１１ｒ、ストレージダイオード１１ｇ、ストレージダイオード１１ｂ、フローティングディフュージョン１２ｒ、１２ｇ、１２ｂ、及び他の半導体領域を形成する。ウエル領域１３は、第１導電型（例えば、Ｐ型）の不純物を低い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成されている。ストレージダイオード１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、及びフローティングディフュージョン１２ｒ、１２ｇ、１２ｂは、例えば、第１導電型と反対導電型である第２導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を、半導体基板１０のウエル領域１３内に、ウエル領域１３における第１導電型の不純物の濃度よりも高い濃度で注入することにより形成する。
そして、半導体基板１０の上に、ゲート電極ＴＧｒ、ＴＧｇ、ＴＧｂ及び他のゲート電極等を例えばポリシリコンで形成する。その後、半導体基板１０、ゲート電極ＴＧｒ、ＴＧｇ、ＴＧｂ及び他のゲート電極等を覆う絶縁膜４１ｉを、ＣＶＤ法などにより、例えばＳｉＯ２でデポして形成する。
次に、リソグラフィー法及びドライエッチング法により、絶縁膜４１を貫通し半導体基板１０におけるストレージダイオード１１ｒ、１１ｇ、１１ｂの表面をそれぞれ露出する複数のコンタクトホールを形成する。ドライエッチング法は、例えば、ＲＩＥ装置を用いてエッチング異方性の高い条件で行い、コンタクトホールのアスペクト比（深さ／幅）が高くなるようにコンタクトホールを形成する。それとともに、導電パターン３１ｒ、３１ｇ、３１ｂが配されるべき溝を絶縁膜４１の表面近傍に形成する。
そして、ＣＶＤ法などにより、各コンタクトホール及び各溝に導電物質を埋め込むように、導電物質をデポする。導電物質は、例えば、タングステン又は銅で形成する。その後、ＣＭＰ法により、絶縁膜４１の上面を覆う導電物質を除去して、各コンタクトホール内及び各溝内に導電物質を残す。これにより、コンタクトプラグ８１ｒ、８１ｇ、８１ｂ及び導電パターン３１ｒ、３１ｇ、３１ｂが形成される。
次に、絶縁膜４１及び導電パターン３１ｒ、３１ｇ、３１ｂを覆う絶縁膜４２ｉを、ＣＶＤ法などにより、例えばＳｉＯ２でデポして形成する。
そして、リソグラフィー法及びドライエッチング法により、絶縁膜４２ｉ１を貫通し導電パターン３１ｒ、３１ｂの表面をそれぞれ露出する複数のコンタクトホールを形成する。ドライエッチング法は、例えば、ＲＩＥ装置を用いてエッチング異方性の高い条件で行い、コンタクトホールのアスペクト比（深さ／幅）が高くなるようにコンタクトホールを形成する。それとともに、導電パターン３２ｒ、３２ｂが配されるべき溝を絶縁膜４２ｉ１の表面近傍に形成する。
次に、ＣＶＤ法などにより、各コンタクトホール及び各溝に導電物質を埋め込むように、導電物質をデポする。導電物質は、例えば、タングステンで形成する。その後、ＣＭＰ法により、絶縁膜４２ｉ１の上面も覆う導電物質を除去して、各コンタクトホール内及び各溝内に導電物質を残す。これにより、コンタクトプラグ８２ｒ、８２ｂ及び導電パターン３２ｒ、３２ｂが形成される。
なお、絶縁膜４２ｉ１に溝を形成せずにコンタクトホールを形成し導電物質を埋め込んでコンタクトプラグを形成した後に、絶縁膜及びコンタクトプラグの上に金属膜を形成し、その金属膜をパターニングすることにより、導電パターン３２ｒ、３２ｂを形成しても良い。
図３（ｂ）に示す工程では、スパッタ法などにより、絶縁膜４２ｉ１及び導電パターン３２ｒ、３２ｂの上に光電変換層５０ｉをデポして形成する。光電変換層５０ｉは、例えば、赤色及び青色の波長領域を含む波長領域の光を吸収する性質を有した無機物で形成する。例えば、光電変換層５０ｉは、可視光の全波長領域の光を吸収する性質を有した無機物で形成する。光電変換層５０ｉは、例えば、シリコン、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化鉛、及びセレン化鉛からなる群から選ばれた物質を主成分として形成する。光電変換層５０ｉは、例えば、その主成分とする物質の単結晶、多結晶、又はアモルファス体で形成する。
そして、リソグラフィー法及びドライエッチング法により、光電変換層５０ｉのパターニングを行う。すなわち、レジストパターンをマスクとして光電変換層５０ｉをドライエッチングする。これにより、光電変換層５０ｉを光電変換層５０ｒ及び光電変換層５０ｂへ分割する。
その後、光電変換層５０ｒ及び光電変換層５０ｂの間に絶縁物質を埋め込むように、絶縁物質をデポする。このとき、絶縁物質は、光電変換層５０ｒ及び光電変換層５０ｂの上面も覆うように形成される。絶縁物質は、例えば、ＳｉＯ２で形成する。
そして、ＣＭＰ法により、光電変換層５０ｒ及び光電変換層５０ｂの上面を覆う絶縁物質を除去して、光電変換層５０ｒ及び光電変換層５０ｂの間に絶縁膜４２ｉ２を残す。
図３（ｃ）に示す工程では、無機材料のフォトニック結晶を使ったカラーフィルター２０ｒ、２０ｂとなるべき積層構造ＳＳＴを形成する。具体的には、スパッタ法などにより、第１の絶縁層２１ｉ−１、第２の絶縁層２２ｉ−１、第１の絶縁層２１ｉ−２、第２の絶縁層２２ｉ−２を順にデポして形成する。第１の絶縁層２１ｉ−１、２１ｉ−２は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）で形成する。各第１の絶縁層２１ｉ−１、２１ｉ−２は、同じ膜厚で形成する。第２の絶縁層２２ｉ−１、２２ｉ−２は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成する。各第２の絶縁層２２ｉ−１、２２ｉ−２は、同じ膜厚で形成する。
次に、スパッタ法などにより、第２の絶縁層２２ｉ−１の上に、第１の絶縁層２１ｉ−３となるべき絶縁層を形成する。この絶縁層は、赤色の波長帯に対応した膜厚（例えば、８０ｎｍ）で形成する。リソグラフィー法により、絶縁層における光電変換層５０ｒの上方に対応した部分２１ｉ−３１を覆うレジストパターンを形成する。そして、ドライエッチング法により、レジストパターンをマスクとして絶縁層における光電変換層５０ｂの上方に対応した部分２１ｉ−３２を青色の波長帯に対応した膜厚（例えば、２０ｎｍ）までエッチングして薄膜化する。これにより、光電変換層５０ｒ及び光電変換層５０ｂの間に対応した部分に段差を有する第１の絶縁層２１ｉ−３が形成される。
その後、スパッタ法などにより、第２の絶縁層２２ｉ−３、第１の絶縁層２１ｉ−４、第２の絶縁層２２ｉ−４、第１の絶縁層２１ｉ−５を順にデポして形成する。第２の絶縁層２２ｉ−３、第１の絶縁層２１ｉ−４、第２の絶縁層２２ｉ−４、第１の絶縁層２１ｉ−５は、それぞれ、第１の絶縁層２１ｉ−３の段差に対応した段差を、光電変換層５０ｒ及び光電変換層５０ｂの間に対応した部分に有する。これにより、第１の絶縁層２１ｉ−１〜第１の絶縁層２１ｉ−５が積層された積層構造ＳＳＴが形成される。
そして、積層構造ＳＳＴを覆う絶縁膜４３ｉを、ＣＶＤ法などにより、例えばＳｉＯ２でデポして形成する。ＣＭＰ法により、積層構造ＳＳＴにおける光電変換層５０ｒに対応した部分が露出するまで絶縁膜４３ｉの平坦化を行う。これにより、積層構造ＳＳＴにおける光電変換層５０ｂに対応した部分を覆う絶縁膜４３が形成される。なお、絶縁膜４３ｉの形成及びその平坦化の工程は、省略されても良い。
図３（ｄ）に示す工程では、リソグラフィー法及びドライエッチング法により、積層構造ＳＳＴ、及び絶縁膜４１ｉ２を貫通し導電パターン３１ｇの表面を露出するコンタクトホールを形成する。ドライエッチング法は、例えば、ＲＩＥ装置を用いてエッチング異方性の高い条件で行い、コンタクトホールのアスペクト比（深さ／幅）が高くなるようにコンタクトホールを形成する。これにより、第１の絶縁層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−３、２１ｒ−４、２１ｒ−５と第２の絶縁層２２ｒ−１、２２ｒ−２、２２ｒ−３、２２ｒ−４とが交互に複数回積層されたカラーフィルター２０ｒが光電変換層５０ｒの上に形成される。また、第１の絶縁層２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−３、２１ｂ−４、２１ｂ−５と第２の絶縁層２２ｂ−１、２２ｂ−２、２２ｂ−３、２２ｂ−４とが交互に複数回積層されたカラーフィルター２０ｂが光電変換層５０ｂの上に形成される。
その後、ＣＶＤ法などにより、コンタクトホールに導電物質を埋め込むように、導電物質を全面にデポする。導電物質は、例えば、タングステンで形成する。その後、ＣＭＰ法により、カラーフィルター２０ｒ及びカラーフィルター２０ｂの上面を覆う導電物質を除去して、コンタクトホール内に導電物質を残す。これにより、コンタクトプラグ８２ｇが形成される。
図３（ｅ）に示す工程では、スパッタ法などにより、コンタクトプラグ８２ｇ及び絶縁膜４３を覆う画素電極膜６１ｇをデポして形成する。画素電極膜６１ｇは、例えば、ＩＴＯ又はＺｎＯなどの透明導電物質で形成する。なお、画素電極膜６１ｇは、例えば、少なくとも青色及び赤色の波長領域の光を透過し少なくとも緑色の波長領域の光を反射するような半透明導電物質で形成してもよい。
次に、スパッタ法などにより、画素電極膜６１ｇを覆う光電変換層７０ｇをデポして形成する。光電変換層７０ｇは、例えば、緑色の波長領域の光を吸収し他の波長領域の光を透過させる性質を有した有機物で形成する。
そして、スパッタ法などにより、光電変換層７０ｇを覆う共通電極膜６２ｇをデポして形成する。共通電極膜６２ｇは、例えば、ＩＴＯ又はＺｎＯなどの透明導電物質で形成する。なお、共通電極膜６２ｇは、例えば、少なくとも緑色、青色、及び赤色の波長領域の光を透過し所定の波長領域の光を反射するような半透明導電物質で形成してもよい。
ここで、仮に、固体撮像装置において、半導体基板の上に３層の有機光電変換層が積層されている場合について考える。この場合、最上（３層目）の有機光電変換層の電荷を集めるための画素電極膜とストレージダイオードとを電気的に接続するコンタクトプラグを形成するために、１層目の有機光電変換層と２層目の有機光電変換層とを貫通しストレージダイオードの表面を露出するコンタクトホールを形成する必要がある。このとき、１層目の有機光電変換層と２層目の有機光電変換層とのそれぞれが有機膜であるので微細加工が困難であり、貫通する穴の寸法を小さくすることが困難になる。
それに対して、実施の形態では、最上の光電変換層７０ｇが有機物で形成されているが、その下のカラーフィルター２０ｒ及びカラーフィルター２０ｂが無機物で形成されているとともに、光電変換層５０ｒ及び光電変換層５０ｂが無機物で形成されている。すなわち、画素電極膜６１ｇと半導体基板１０との間に配された各膜が、いずれも無機物で形成されている。これにより、最上の光電変換層７０ｇの電荷を集めるための画素電極膜６１ｇとストレージダイオード１１ｇとを電気的に接続するコンタクトプラグ８１ｇ、８２ｇを形成するために、有機物の膜を貫通せずに無機物の膜を貫通するコンタクトホールを形成することができる。このとき、光電変換層５０ｒ及び光電変換層５０ｂが無機物であるので、図３（ｂ）に示す工程において、コンタクトホールが貫通すべき光電変換層５０ｒ及び光電変換層５０ｂの間の領域の絶縁膜４２ｉ２の幅が小さくなるように微細加工できる。また、カラーフィルター２０ｒ及びカラーフィルター２０ｂが無機物であるので、図３（ｄ）に示す工程において、カラーフィルター２０ｒ及びカラーフィルター２０ｂとなるべき積層構造ＳＳＴを貫通するコンタクトホールの寸法が小さくなるように微細加工できる。したがって、実施の形態によれば、複数の光電変換層５０ｒ、５０ｂ、７０ｇが積層された構造であって微細加工に有利な構造を有する固体撮像装置１を提供できる。
また、半導体基板の上に３層の有機光電変換層が積層されている場合、固体撮像装置の光入射面と最下の有機光電変換層との間に複数（２層目、３層目）の有機光電変換層が配されているので、固体撮像装置の光入射面から最下の有機光電変換層までの距離が長くなっている。
それに対して、実施の形態では、固体撮像装置の光入射面と最下の光電変換層５０ｒ、５０ｂとの間に１つの有機光電変換層７０ｇが配されている。また、有機光電変換層７０ｇと最下の光電変換層５０ｒ、５０ｂとの間に配されたカラーフィルター２０ｒ、２０ｂが無機物で形成されているので、厚さも薄く（例えば、１μｍ以下に）することが容易である。これにより、固体撮像装置の光入射面から最下の光電変換層５０ｒ、５０ｂまでの距離を容易に短くできる。
また、カラーフィルター２０ｒ、２０ｂの厚さを薄くした場合、半導体基板１０の表面１０ａの法線に対して鋭角をなす方向から入射する斜め入射光による混色も容易に低減できる。
あるいは、仮に、固体撮像装置において、複数の光電変換層を積層しない場合について考える。この場合、例えば、半導体基板内に光電変換層（フォトダイオード）を形成し、フォトダイオードに集光するためのマイクロレンズとフォトダイオードとの間にカラーフィルターを配することになる。この固体撮像装置では、図２（ａ）に示すように、ベイヤー配列に従って複数のカラーフィルター（Ｇ、Ｒ、Ｂ、Ｇ）が２次元的に配列され、複数のカラーフィルターに対応した複数の画素（フォトダイオード）が２次元的に配列されている。これにより、色ごとに１画素が対応しているので、所定面積内に各色につき所定数の画素を配列した場合に、１画素の面積が小さくなり、それに対応して光電変換層（フォトダイオード）の受光面積が小さくなる。
それに対して、実施の形態では、カラーフィルタ（Ｇ）として機能する光電変換層７０ｇと光電変換層５０ｒとの間にカラーフィルター２０ｒ（Ｒ）が配され、カラーフィルタ（Ｇ）として機能する光電変換層７０ｇと光電変換層５０ｂとの間にカラーフィルター２０ｂ（Ｂ）が配されている。この固体撮像装置１では、図２（ｂ）に示すように、カラーフィルター（Ｒ）とカラーフィルター（Ｂ）とが横に並べられるとともに、カラーフィルター（Ｒ）とカラーフィルター（Ｂ）とにカラーフィルター（Ｇ）が重ねられ、複数のカラーフィルター（Ｇ、Ｒ、Ｂ）が３次元的に配列されている。これにより、３色ごとに１画素が対応しているので、所定面積内に各色につき所定数の画素を配列した場合に、１画素の面積を大きくでき、それに対応して光電変換層５０ｒ、５０ｂ、７０ｇの受光面積を大きくできる。
また、図２（ｂ）に示すように、カラーフィルター（Ｇ）の受光面積が他のカラーフィルター（Ｒ、Ｂ）の受光面積より多くなっている（２倍になっている）ので、一般的に感度に弱いといわれている緑の感度を強化することができる。これにより、各色（Ｇ、Ｒ、Ｂ）の間における感度のばらつきを低減できる。
さらに、実施の形態では、上記のように、固体撮像装置１の光入射面から最下の光電変換層５０ｒ、５０ｂまでの距離を容易に短くできるので、マイクロレンズを用いることなく最下の光電変換層５０ｒ、５０ｂへ、要求された受光感度を満たすのに十分な量の光を導くことができる。
あるいは、仮に、カラーフィルター２０ｒ及びカラーフィルター２０ｂを設けずに、赤色の波長領域の光を吸収し他の波長領域の光を透過させる性質を有した無機物で光電変換層５０ｒを形成し、青色の波長領域の光を吸収し他の波長領域の光を透過させる性質を有した無機物で光電変換層５０ｂを形成する場合について考える。この場合、光電変換層５０ｒと光電変換層５０ｂとのそれぞれに使用可能な材料が制限されるので、光電変換層５０ｒと光電変換層５０ｂとの設計自由度が低くなる。
それに対して、実施の形態では、カラーフィルター２０ｒは、光電変換層７０ｇを通過した光（すなわち、緑色の波長領域の光が吸収された後の光）のうち赤色の波長領域の光を選択的に光電変換層５０ｒへ導く。光電変換層５０ｒは、赤色及び青色の波長領域を含む波長領域であればどのような波長領域の光を吸収する性質を有した無機物でも形成することができる。また、カラーフィルター２０ｂは、光電変換層７０ｇを通過した光のうち青色の波長領域の光を選択的に光電変換層５０ｂへ導く。これにより、光電変換層５０ｂは、赤色及び青色の波長領域を含む波長領域であればどのような波長領域の光を吸収する性質を有した無機物でも形成することができる。このように、光電変換層５０ｒと光電変換層５０ｂとのそれぞれに使用可能な材料が広く選択可能なので、光電変換層５０ｒと光電変換層５０ｂとの設計自由度が高くなっている。
例えば、光電変換層５０ｒ及び光電変換層５０ｂは、それぞれ、可視光の全波長領域の光を吸収する性質を有した無機物で形成することができる。この場合、光電変換層５０ｒ及び光電変換層５０ｂを、半導体基板１０の表面を遮光する遮光膜としても機能させることができる。
また、カラーフィルター２０ｒ及びカラーフィルター２０ｂを設けない場合、光電変換層５０ｒと光電変換層５０ｂとを同じ材料で形成できなくなるので、図３（ｂ）に示す工程で、光電変換層をデポしてパターニングする処理が２回必要になり工程が複雑になる。
それに対して、実施の形態では、カラーフィルター２０ｒ及びカラーフィルター２０ｂがフィルター作用を担っているので、光電変換層５０ｒと光電変換層５０ｂとを同じ材料で形成できる。これにより、図３（ｂ）に示す工程において、光電変換層５０ｉをデポしてパターニングする処理を１回行うことにより、光電変換層５０ｒと光電変換層５０ｂとを形成できる。すなわち、簡易な工程で光電変換層５０ｒと光電変換層５０ｂとを一括して形成できる。
なお、最上の光電変換層は、青色の波長領域の光を吸収して他の波長領域の光を透過させる性質を有した有機物で形成されていてもよい。この場合、赤色の光を透過する無機物のカラーフィルターと緑色の光を透過する無機物のカラーフィルターとを最上の光電変換層の下に配する。例えば、第１の絶縁層２１ｒ−１〜２１ｒ−５、２１ｂ−１〜２１ｂ−５がＴｉＯ２（屈折率２．５）であり、第２の絶縁層２２ｒ−１〜２２ｒ−４、２２ｂ−１〜２２ｂ−４がＳｉＯ２（屈折率１．４５）である場合を考える。この場合、カラーフィルター２０ｒ及びカラーフィルター２０ｂの全膜厚をそれぞれ６２２ｎｍ、５４２ｎｍにし、スペーサ層２１ｒ−３及びスペーサ層２１ｂ−３の膜厚をそれぞれ８０ｎｍ、０ｎｍにすると、カラーフィルター２０ｒが赤色の波長帯域に分光透過率のピークを有するようになり、カラーフィルター２０ｂが緑色の波長帯域に分光透過率のピークを有するようになる。このとき、画素電極パターンは、下方に配された各光電変換膜で光電変換すべき波長領域の光をいずれも透過し、上方に配された光電変換膜で光電変換すべき波長領域の光を反射する半透明物質で形成されていてもよい。
あるいは、最上の光電変換層は、赤色の波長領域の光を吸収して他の波長領域の光を透過させる性質を有した有機物で形成されていてもよい。この場合、青色の光を透過する無機物のカラーフィルターと緑色の光を透過する無機物のカラーフィルターとを最上の光電変換層の下に配する。例えば、第１の絶縁層２１ｒ−１〜２１ｒ−５、２１ｂ−１〜２１ｂ−５がＴｉＯ２（屈折率２．５）であり、第２の絶縁層２２ｒ−１〜２２ｒ−４、２２ｂ−１〜２２ｂ−４がＳｉＯ２（屈折率１．４５）である場合を考える。この場合、カラーフィルター２０ｒ及びカラーフィルター２０ｂの全膜厚をそれぞれ５４２ｎｍ、５６２ｎｍにし、スペーサ層２１ｒ−３及びスペーサ層２１ｂ−３の膜厚をそれぞれ０ｎｍ、２０ｎｍにすると、カラーフィルター２０ｒが緑色の波長帯域に分光透過率のピークを有するようになり、カラーフィルター２０ｂが青色の波長帯域に分光透過率のピークを有するようになる。このとき、画素電極パターンは、下方に配された各光電変換膜で光電変換すべき波長領域の光をいずれも透過し、上方に配された光電変換膜で光電変換すべき波長領域の光を反射する半透明物質で形成されていてもよい。
また、カラーフィルター２０ｒとカラーフィルター２０ｂとは、スペーサ層（他の絶縁層より厚い層）を設けずに、対応する各絶縁層の膜厚の違いによってその透過帯域をそれぞれ変化させてもよい。例えば、第１の絶縁層２１ｒ−１〜２１ｒ−５、２１ｂ−１〜２１ｂ−５がＳｉＯ２（屈折率１．４５）であり、第２の絶縁層２２ｒ−１〜２２ｒ−４、２２ｂ−１〜２２ｂ−４がＳｉ３Ｎ４（屈折率２．０）である場合を考える。この場合、カラーフィルター２０ｒにおける各第１の絶縁層２１ｒ−１〜２１ｒ−５の厚さを６０〜８０ｎｍにし、各第２の絶縁層２２ｒ−１〜２２ｒ−４の厚さを１０〜２０ｎｍにすると、カラーフィルター２０ｒが赤色の波長帯域に分光透過率のピークを有するようになる。カラーフィルター２０ｂにおける各第１の絶縁層２１ｂ−１〜２１ｂ−５の厚さを３０〜６０ｎｍにし、各第２の絶縁層２２ｂ−１〜２２ｂ−４の厚さを４０〜８０ｎｍにすると、カラーフィルター２０ｂが青色の波長帯域に分光透過率のピークを有するようになる。なお、各第１の絶縁層の厚さを７０〜１１０ｎｍとし、各第２の絶縁層の厚さを５０〜８０ｎｍとすれば、第１の絶縁層と第２の絶縁層とが交互に複数回積層されたカラーフィルターは緑色の波長帯域に分光透過率のピークを有するようになる。
あるいは、カラーフィルター２０ｒとカラーフィルター２０ｂとは、量子ドットを用いたカラーフィルターであってもよい。すなわち、カラーフィルター２０ｒとカラーフィルター２０ｂとは、それぞれ、絶縁性で低屈折率の層（例えばＳｉＯ２）中に径の揃った量子ドット（例えばシリコンドット）が形成されている。そして、カラーフィルター２０ｒとカラーフィルター２０ｂとは、量子ドットの径の違いによってその透過帯域をそれぞれ変化させる。例えば、カラーフィルター２０ｒ内の量子ドットの径を３ｎｍとして、カラーフィルター２０ｒの光入射側にＩＲフィルターを配すると、カラーフィルター２０ｒが赤色の波長帯域に分光透過率のピークを有するようになる。例えば、カラーフィルター２０ｂ内の量子ドットの径を１．２ｎｍとして、カラーフィルター２０ｂの光入射側にＩＲフィルターを配すると、カラーフィルター２０ｂが青色の波長帯域に分光透過率のピークを有するようになる。
また、図４に示すように、固体撮像装置１ｊは、裏面光入射型のイメージセンサーであってもよい。具体的には、半導体基板１０ｊは、アクティブ領域１３ｊが配された表面１０ｊａと、埋め込み酸化層１４ｊが露出された裏面１０ｊｂとを有する。有機物の光電変換層（第１の光電変換層）７０ｇｊは、半導体基板１０ｊの裏面１０ｊｂ側に配されている。無機物の光電変換層（第２の光電変換層）５０ｒｊは、光電変換層７０ｇｊと半導体基板１０ｊとの間に配されている。無機物の光電変換層（第３の光電変換層）５０ｂｊは、光電変換層７０ｇｊと半導体基板１０ｊとの間に、光電変換層７０ｇｊに沿った方向において光電変換層５０ｒｊに隣接して配されている。無機物のカラーフィルター（第１のフィルター）２０ｒｊは、半導体基板１０ｊの裏面１０ｊｂ側における光電変換層７０ｇｊと光電変換層５０ｒｊとの間に配されている。無機物のカラーフィルター（第２のフィルター）２０ｂｊは、半導体基板１０ｊの裏面１０ｊｂ側における光電変換層７０ｇｊと光電変換層５０ｂｊとの間に配されている。
半導体基板１０ｊは、例えば、ＳＯＩ基板を用意しＳＯＩ基板の裏面を研磨して埋め込み酸化層１４ｊを露出させることで得ることができる。そして、埋め込み酸化層１４ｊに各ストレージダイオード１１ｂ、１１ｇ、１１ｒの裏面を露出させるコンタクトホールを形成し導電物質を埋め込むことにより、各コンタクトプラグ８２ｂｊ、８２ｇｊ、８２ｒｊを形成する。それとともに、半導体基板１０ｊの裏面１０ｊｂに、各光電変換層や各カラーフィルターを張り合わせ技術などを用いて裏面に貼り付ける。このようにして、上記の固体撮像装置１ｊを製造することができる。
この固体撮像装置１ｊでは、光電変換層７０ｇｊが有機物で形成されているが、その半導体基板１０ｊ側のカラーフィルター２０ｒｊ及びカラーフィルター２０ｂｊが無機物で形成されているとともに、光電変換層５０ｒｊ及び光電変換層５０ｂｊが無機物で形成されている。すなわち、画素電極膜６１ｇｊと半導体基板１０ｊとの間に配された各膜が、いずれも無機物で形成されている。これにより、光電変換層７０ｇｊの電荷を集めるための画素電極膜６１ｇｊとストレージダイオード１１ｇとを電気的に接続するコンタクトプラグ８２ｇｊを形成するために、有機物の膜を貫通せずに無機物の膜を貫通するコンタクトホールを形成することができる。このとき、光電変換層５０ｒｊ及び光電変換層５０ｂｊが無機物であるので、コンタクトホールが貫通すべき光電変換層５０ｒｊ及び光電変換層５０ｂｊの間の領域の絶縁膜４２ｊの幅が小さくなるように微細加工できる。また、カラーフィルター２０ｒｊ及びカラーフィルター２０ｂｊが無機物であるので、カラーフィルター２０ｒｊ及びカラーフィルター２０ｂｊとなるべき積層構造（図３（ｃ）に示す積層構造ＳＳＴと同様の構造）を貫通するコンタクトホールの寸法が小さくなるように微細加工できる。したがって、この変形例によっても、複数の光電変換層５０ｒｊ、５０ｂｊ、７０ｇｊが積層された構造であって微細加工に有利な構造を有する固体撮像装置１ｊを提供できる。
あるいは、図５に示すように、固体撮像装置１ｋは、裏面光入射型の他のイメージセンサーであってもよい。具体的には、半導体基板１０ｋは、無機物（例えば、シリコン）で形成されている。半導体基板１０ｋは、表面１０ｋａと裏面１０ｋｂとを有する。有機物の光電変換層（第１の光電変換層）７０ｇｋは、半導体基板１０ｋの裏面１０ｋｂ側に配されている。無機物の光電変換層（第２の光電変換層）５０ｒｋは、半導体基板１０ｋ内の少なくとも裏面１０ｋｂに（例えば、表面１０ｋａから裏面１０ｋｂまで連続して）配されている。光電変換層５０ｒｋは、例えば、フォトダイオードであり、ｐ型層とｎ型層とを含む。無機物の光電変換層（第３の光電変換層）５０ｂｋは、光電変換層７０ｇｋに沿った方向において光電変換層５０ｒｋに隣接し、半導体基板１０ｋ内の少なくとも裏面１０ｋｂに（例えば、表面１０ｋａから裏面１０ｋｂまで連続して）配されている。光電変換層５０ｂｋは、例えば、フォトダイオードであり、ｐ型層とｎ型層とを含む。無機物のカラーフィルター（第１のフィルター）２０ｒｋは、半導体基板１０ｋの裏面１０ｋｂ側における光電変換層７０ｇｋと光電変換層５０ｒｋとの間に配されている。無機物のカラーフィルター（第２のフィルター）２０ｂｋは、半導体基板１０ｋの裏面１０ｋｂ側における光電変換層７０ｇｋと光電変換層５０ｂｋとの間に配されている。
半導体基板１０ｋは、例えば、ＳＯＩ基板を用意しＳＯＩ基板の裏面を埋め込み酸化層が除去されるまで研磨することで得ることができる。このとき、光電変換層５０ｒｋ及び光電変換層５０ｂｋとなるべき光電変換層は、研磨前に半導体基板１０ｋ内に形成しておいても良いし、研磨後に半導体基板１０ｋ内に形成してもよい。この光電変換層は、半導体基板１０ｋ内の絶縁部材４２ｋを埋め込むべき領域に溝を形成することで光電変換層５０ｒｋ及び光電変換層５０ｂｋへ分割される。そして、溝に絶縁物質を埋め込んで絶縁部材４２ｋを形成する。その後、ストレージダイオード１１ｇの裏面を露出させるコンタクトホールを形成し導電物質を埋め込むことにより、コンタクトプラグ８２ｇｋを形成する。それとともに、半導体基板１０ｋの裏面１０ｋｂに、光電変換層や各カラーフィルターを張り合わせ技術などを用いて裏面に貼り付ける。このようにして、上記の固体撮像装置１ｋを製造することができる。
この固体撮像装置１ｋでは、光電変換層７０ｇｋが有機物で形成されているが、その半導体基板１０ｋ側のカラーフィルター２０ｒｋ及びカラーフィルター２０ｂｋが無機物で形成されているとともに、光電変換層５０ｒｋ及び光電変換層５０ｂｋが無機物で形成されている。すなわち、画素電極膜６１ｇｋと半導体基板１０ｋとの間に配された各膜が、いずれも無機物で形成されている。これにより、光電変換層７０ｇｋの電荷を集めるための画素電極膜６１ｇｋとストレージダイオード１１ｇとを電気的に接続するコンタクトプラグ８２ｇｋを形成するために、有機物の膜を貫通せずに無機物の膜を貫通するコンタクトホールを形成することができる。このとき、光電変換層５０ｒｋ及び光電変換層５０ｂｋが無機物（シリコン）であるので、コンタクトホールが貫通すべき光電変換層５０ｒｋ及び光電変換層５０ｂｋの間の領域に埋め込まれる絶縁部材４２ｋの幅が小さくなるように微細加工できる。また、カラーフィルター２０ｒｋ及びカラーフィルター２０ｂｋが無機物であるので、カラーフィルター２０ｒｋ及びカラーフィルター２０ｂｋとなるべき積層構造（図３（ｃ）に示す積層構造ＳＳＴと同様の構造）を貫通するコンタクトホールの寸法が小さくなるように微細加工できる。したがって、この変形例によっても、複数の光電変換層５０ｒｋ、５０ｂｋ、７０ｇｋが積層された構造であって微細加工に有利な構造を有する固体撮像装置１ｋを提供できる。
また、この変形例によれば、半導体基板１０ｋ内に光電変換層（フォトダイオード）５０ｒｋ及び光電変換層（フォトダイオード）５０ｂｋを形成した場合に、カラーフィルター２０ｒｋ、２０ｂｋと光電変換層（フォトダイオード）５０ｒｋ、５０ｂｋとの距離を容易に短くできるので、マイクロレンズを用いることなく光電変換層（フォトダイオード）５０ｒｋ、５０ｂｋへ、要求された受光感度を満たすのに十分な量の光を導くことができる。
また、カラーフィルター２０ｒｋ、２０ｂｋの厚さを薄くした場合、半導体基板１０ｋの裏面１０ｋｂの法線に対して鋭角をなす方向から入射する斜め入射光による混色も容易に低減できる。
１、１ｊ、１ｋ 固体撮像装置、 １０、１０ｊ、１０ｋ 半導体基板、 １１ｒ、１１ｂ、１１ｇ ストレージダイオード、 １２ｒ、１２ｂ、１２ｇ フローティングディフュージョン、 １３ ウエル領域、 １３ｊ アクティブ領域、 １４ｊ 埋め込み酸化層、 ２０ｒ、２０ｒｊ、２０ｒｋ、２０ｂ、２０ｂｊ、２０ｂｋ カラーフィルター ２１ｒ−１〜２１ｒ−５、２１ｂ−１〜２１ｂ−５、２１ｉ−１〜２１ｉ−５ 第１の絶縁層、 ２２ｒ−１〜２２ｒ−４、２２ｂ−１〜２２ｂ−４、２２ｉ−１〜２２ｉ−４ 第２の絶縁層、 ４１、４１ｉ、４２、４２ｉ、４２ｉ１、４２ｉ２、４３、４３ｉ 絶縁膜、 ５０ｒ、５０ｒｊ、５０ｒｋ、５０ｂ、５０ｂｊ、５０ｂｋ、５０ｉ 光電変換層、 ７０ｇ、７０ｇｊ、７０ｇｋ 光電変換層、 ８１ｒ、８２ｒ、８２ｒｊ、８１ｂ、８２ｂ、８２ｂｊ、８１ｇ、８２ｇ、８２ｇｊ、８２ｇｋ コンタクトプラグ。

Claims (5)

  1. 複数の画素が配列された撮像領域を備え、
    前記複数の画素のそれぞれは、
    第１の色の光を光電変換する有機物の第１の光電変換層と、
    無機物の第２の光電変換層と、
    前記第１の光電変換層に沿った方向において前記第２の光電変換層に隣接して配された無機物の第３の光電変換層と、
    前記第１の光電変換層を通過した光のうち第２の色の光を選択的に前記第２の光電変換層へ導くように、前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に配された無機物の第１のフィルターと、
    前記第１の光電変換層を通過した光のうち第３の色の光を選択的に前記第３の光電変換層へ導くように、前記第１の光電変換層と前記第３の光電変換層との間に配された無機物の第２のフィルターと、
    を有し、
    前記第１の光電変換層の受光面に垂直な方向から透視した場合に、前記第１のフィルター及び前記第２のフィルターが並べられるとともに前記第１の光電変換層が前記第１のフィルター及び前記第２のフィルターの両方に重なる
    ことを特徴とする固体撮像装置。
  2. 前記第１のフィルター及び前記第２のフィルターは、それぞれ、第１の絶縁層と前記第１の絶縁層より屈折率の低い第２の絶縁層とが交互に複数回積層されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 前記第２の光電変換層及び前記第３の光電変換層は、それぞれ、シリコン、硫化カドミウム、セレン化カドミウム、硫化鉛、及びセレン化鉛からなる群から選ばれた物質を主成分として形成されている
    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. アクティブ領域が配された表面と埋め込み酸化層が露出された裏面とを有する半導体基板をさらに備え、
    前記第１の光電変換層は、前記半導体基板の裏面側に配され、
    前記第２の光電変換層は、前記第１の光電変換層と前記半導体基板との間に配され、
    前記第３の光電変換層は、前記第１の光電変換層に沿った方向において前記第２の光電変換層に隣接し、前記第１の光電変換層と前記半導体基板との間に配され、
    前記第１のフィルターは、前記半導体基板の裏面側における前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に配され、
    前記第２のフィルターは、前記半導体基板の裏面側における前記第１の光電変換層と前記第３の光電変換層との間に配された
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
  5. 前記第１の光電変換層は、無機物の半導体基板の裏面側に配され、
    前記第２の光電変換層は、前記半導体基板内の少なくとも裏面に配され、
    前記第３の光電変換層は、前記第１の光電変換層に沿った方向における前記第２の光電変換層に隣接し、前記半導体基板内の少なくとも裏面に配され、
    前記第１のフィルターは、前記半導体基板の裏面側における前記第１の光電変換層と前記第２の光電変換層との間に配され、
    前記第２のフィルターは、前記半導体基板の裏面側における前記第１の光電変換層と前記第３の光電変換層との間に配された
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
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