JP6057728B2 - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、ＣＣＤセンサやＣＭＯＳセンサ等の固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法に関する。
固体撮像装置には、受光部への集光効率を高めるための技術、特に入射角度が急峻な光をより効率よく集光させる技術が望まれている。例えば、近年、各受光部の上方に形成されるカラーフィルタ層の境界領域に中空部を形成し、中空部界面の反射を利用して、各受光部への集光効率を高める構造を有する固体撮像装置が提案されている（例えば、下記の特許文献１参照）。
ここで、下記の特許文献１に示されている中空部の形成方法について説明する。
図６は、特許文献１に記載されている固体撮像装置の製造方法のうち、カラーフィルタ層の境界領域に中空部を形成する際の概略を示す模式図である。
図６は、特許文献１に記載されている固体撮像装置の製造方法のうち、カラーフィルタ層の境界領域に中空部を形成する際の概略を示す模式図である。
下記の特許文献１では、まず、図６（Ａ）に示すように、平坦化層上の所定領域に、第１のカラーフィルタ層を形成し、次いで、第１のカラーフィルタ層の表面を含む全面に、薄膜状の犠牲膜層を形成する。
続いて、図６（Ｂ）に示すように、犠牲膜層に対して、異方性ドライエッチング法を用いてエッチバックし、犠牲膜層を第１のカラーフィルタ層の側壁にのみ残し、他をすべて除去する。
続いて、図６（Ｃ）に示すように、平坦化層上であって第１のカラーフィルタ層の一方の側に犠牲膜層を介して隣接するように、第２のカラーフィルタ層を形成する。次いで、平坦化層上であって第１のカラーフィルタ層の他方の側に犠牲膜層を介して隣接するように、第３のカラーフィルタ層を形成する。
続いて、図６（Ｄ）に示すように、犠牲膜層をエッチングにより除去して、各カラーフィルタ層の間に、中空部を形成する。
しかしながら、特許文献１に記載の手法では、図６（Ｃ）に示す工程の際に、第１のカラーフィルタ層の側壁に形成された犠牲膜層の上面を覆うように第２及び第３のカラーフィルタ層が形成された場合、その後にエッチング処理を行っても、当該犠牲膜層を除去することができずに中空部を形成することができないことが懸念される。
図７及び図８は、特許文献１に記載されている中空部の形成方法において、中空部の形成が困難である場合の一例を示す模式図である。
図７に示す例は、図６（Ｂ）に示す工程において、エッチングの条件等によっては、図７（Ａ）に示すように、犠牲膜層の上面が第１のカラーフィルタ層の上面よりも低くなることもありうる。この場合、続いて、図７（Ｂ）に示すように、第２及び第３のカラーフィルタ層を形成した際に、当該第２及び第３のカラーフィルタ層が犠牲膜層の上面を覆うように形成されることも想定される。そして、このような場合には、その後にエッチング処理を行っても、犠牲膜層が露出していないため、犠牲膜層を除去することができずに中空部を形成できないことが考えられる。
また、図８に示す例は、図６（Ｃ）に示す工程において、第２及び第３のカラーフィルタ層のアライメントずれ等が発生した場合、当該第２及び第３のカラーフィルタ層が犠牲膜層の上面を覆うように形成されることも想定される。そして、このような場合にも、その後にエッチング処理を行っても、犠牲膜層が露出していないため、犠牲膜層を除去することができずに中空部を形成できないことが考えられる。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、各カラーフィルタ層の間に中空部を形成する際に、より安定的に中空部を形成することが可能な固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とする。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の上面に複数の受光部が設けられた固体撮像装置の製造方法であって、前記半導体基板の上方であって前記複数の受光部のうちの第１の受光部の上方領域に、第１のカラーフィルタ層を形成する工程と、前記第１のカラーフィルタ層の上面および側面に、犠牲膜層を形成する工程と、前記半導体基板の上方であって前記第１の受光部と隣接する第２の受光部の上方領域に、前記犠牲膜層のうちの前記第１のカラーフィルタ層の上面領域の少なくとも一部を露出するように第２のカラーフィルタ層を形成する工程と、前記犠牲膜層のうちの前記第１のカラーフィルタ層の上面領域の少なくとも一部が露出した状態で、前記犠牲膜層に対してエッチングを行って、前記第１のカラーフィルタ層の上面および側面に形成された前記犠牲膜層を除去し、前記第１のカラーフィルタ層と前記第２のカラーフィルタ層との間に中空部を形成する工程とを含む。
本発明によれば、各カラーフィルタ層の間に中空部を形成する際に、より安定的に中空部を形成することが可能となる。
以下に、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態（実施形態）について説明する。
（第１の実施形態）
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
まず、本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す模式図である。
まず、図１（Ａ）について説明する。
始めに、半導体基板ＳＢの表面（上面）に、例えば２次元行列状に複数の受光部１を形成する。ここで、半導体基板ＳＢは、例えばシリコン基板であり、受光部１は、例えば光電変換素子（フォトダイオード）である。
次いで、半導体基板ＳＢの上面上に、多層配線構造ＭＩを形成する。この多層配線構造ＭＩは、例えば、半導体基板ＳＢの上面上に、第１の層間絶縁層３ａ、第１の配線層２ａ、第２の層間絶縁層３ｂ、第２の配線層２ｂ、第３の層間絶縁層３ｃ、第３の配線層２ｃ、及び、第４の層間絶縁層３ｄを順次形成することで作製される。また、図１（Ａ）に示す例では、第４の層間絶縁層３ｄの上面は平坦化されているが、平坦化されていなくてもよい。即ち、第４の層間絶縁層３ｄの上面は凸凹でもかまわない。ここで、第１の層間絶縁層３ａ〜第４の層間絶縁層３ｄをまとめて「層間絶縁層３」とし、第１の配線層２ａ〜第３の配線層２ｃをまとめて「配線層２」とする。また、配線層２は、いわゆるダマシン法（下地の層間絶縁層３に溝を形成し、当該溝に配線層２となる金属層を埋め込む方法）によって形成されても、いわゆるエッチング法（下地の層間絶縁層３上に金属層を形成した後、当該金属層をエッチングによりパターン形成する手法）によって形成されてもよい。また、層間絶縁層３は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物或いはシリコン酸窒化物の無機材料で形成されている。本実施形態においては、層間絶縁層３は、シリコン酸化物で形成されているものとする。
次いで、多層配線構造ＭＩ上に、第１の平坦化層４を形成する。この第１の平坦化層４は、例えばアクリル樹脂系の有機材料で形成されている。
次いで、第１の平坦化層４の上面上であって図１（Ａ）の中央に位置する受光部１の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第１のカラーフィルタ層５を形成する。ここで、第１のカラーフィルタ層５は、例えば緑色（Ｇ）のフィルタ層であり、例えばアクリル樹脂系の有機材料で形成されている。
始めに、半導体基板ＳＢの表面（上面）に、例えば２次元行列状に複数の受光部１を形成する。ここで、半導体基板ＳＢは、例えばシリコン基板であり、受光部１は、例えば光電変換素子（フォトダイオード）である。
次いで、半導体基板ＳＢの上面上に、多層配線構造ＭＩを形成する。この多層配線構造ＭＩは、例えば、半導体基板ＳＢの上面上に、第１の層間絶縁層３ａ、第１の配線層２ａ、第２の層間絶縁層３ｂ、第２の配線層２ｂ、第３の層間絶縁層３ｃ、第３の配線層２ｃ、及び、第４の層間絶縁層３ｄを順次形成することで作製される。また、図１（Ａ）に示す例では、第４の層間絶縁層３ｄの上面は平坦化されているが、平坦化されていなくてもよい。即ち、第４の層間絶縁層３ｄの上面は凸凹でもかまわない。ここで、第１の層間絶縁層３ａ〜第４の層間絶縁層３ｄをまとめて「層間絶縁層３」とし、第１の配線層２ａ〜第３の配線層２ｃをまとめて「配線層２」とする。また、配線層２は、いわゆるダマシン法（下地の層間絶縁層３に溝を形成し、当該溝に配線層２となる金属層を埋め込む方法）によって形成されても、いわゆるエッチング法（下地の層間絶縁層３上に金属層を形成した後、当該金属層をエッチングによりパターン形成する手法）によって形成されてもよい。また、層間絶縁層３は、例えばシリコン酸化物、シリコン窒化物或いはシリコン酸窒化物の無機材料で形成されている。本実施形態においては、層間絶縁層３は、シリコン酸化物で形成されているものとする。
次いで、多層配線構造ＭＩ上に、第１の平坦化層４を形成する。この第１の平坦化層４は、例えばアクリル樹脂系の有機材料で形成されている。
次いで、第１の平坦化層４の上面上であって図１（Ａ）の中央に位置する受光部１の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第１のカラーフィルタ層５を形成する。ここで、第１のカラーフィルタ層５は、例えば緑色（Ｇ）のフィルタ層であり、例えばアクリル樹脂系の有機材料で形成されている。
続いて、図１（Ｂ）に示すように、第１のカラーフィルタ層５の上面及び側面を含む全面に、薄膜状の犠牲膜層８を形成する。この犠牲膜層８は、カラーフィルタ層間に中空部（エアーギャップ）を形成するためのものである。また、犠牲膜層８は、カラーフィルタ層の材料と異なるエッチングレートを持つ材料、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ2）やシリコン窒化物（ＳｉＮ）等の無機材料を使用する。本例では、犠牲膜層８としてシリコン酸化膜からなる層を適用し、その成膜温度は２５０℃以下、その膜厚は２００ｎｍ以下とすることが好ましく、本実施形態では成膜温度を２００℃、膜厚を第１のカラーフィルタ層５の反射率が高くなる厚みとする。
続いて、図１（Ｃ）に示すように、犠牲膜層８の上面上であって図１（Ｃ）の左側に位置する受光部１の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第２のカラーフィルタ層６を形成する。即ち、第１のカラーフィルタ層５に対し第１の方向に隣接させて、第２のカラーフィルタ層６を形成する。ここで、第２のカラーフィルタ層６は、例えば赤色（Ｒ）のフィルタ層である。次いで、図１（Ｃ）に示すように、犠牲膜層８の上面上であって図１（Ｃ）の右側に位置する受光部１の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第３のカラーフィルタ層７を形成する。即ち、第１のカラーフィルタ層５に対し第２の方向に隣接させて、第３のカラーフィルタ層７を形成する。ここで、第３のカラーフィルタ層７は、例えば青色（Ｂ）のフィルタ層である。そして、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７は、例えばアクリル樹脂系の有機材料で形成されている。
なお、図１に示す例では、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７は、犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の側面領域及び上面領域を覆わないように形成されているが、本実施形態においては、この態様に限定されるものではない。例えば、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７は、犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の側面領域を覆うように形成されても、犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の側面領域、及び、上面領域の一部を覆うように形成されてもよい。即ち、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７は、犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面領域の少なくとも一部を露出するように形成されていればよい。
また、図１に示す例では、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７の上面の高さが、第１のカラーフィルタ層５の上面に形成された犠牲膜層８の上面の高さと略同じとなるように形成されている。即ち、図１に示す例では、各カラーフィルタ層５〜７は、略同じ膜厚で形成されている。しかしながら、本実施形態においては、この態様に限定されるものではない。必要に応じて、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７を、第１のカラーフィルタ層５の厚みと異なる厚みで形成することも可能である。
また、カラーフィルタ層の種類に関して、本例では、いわゆる原色系（ＲＧＢ）のカラーフィルタ層について説明を行ったが、本実施形態ではこの態様に限定されるものではなく、例えば、いわゆる補色系のカラーフィルタ層であってもよい。また、カラーフィルタ層の配列に関しては、図１に示す態様に限定されるものではなく、例えばベイヤー配列等の配列であってもよい。
続いて、図１（Ｄ）に示すように、例えばウェットエッチング法により、第１のカラーフィルタ層５の上面及び側面に形成されている犠牲膜層８を除去し、各カラーフィルタ層５〜７間に中空部（エアーギャップ）９を形成する。この際、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７と第１の平坦化層４との間には、犠牲残膜層１０が残る。本実施形態では、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７の下部領域に、第１のカラーフィルタ層５の反射率が高くなる厚みを有する犠牲残膜層１０を配置することにより、第１のカラーフィルタ層５から入射した光が第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７の画素に入射することで生じる混色を低減することができる。なお、本例では、犠牲膜層８のエッチングとしてウェットエッチング法を適用したが、ドライエッチング法を用いてもよい。
続いて、図１（Ｅ）に示すように、各カラーフィルタ層５〜７の上面を含む全面に、第２の平坦化層１１を形成する。この第２の平坦化層１１は、中空部９の開口領域を封止する封止層として機能するものである。また、第２の平坦化層１１としては、例えばシリコン酸化物或いはシリコン窒化物等の無機材料や、例えばアクリル樹脂系等の有機材料を用いることができるが、本実施形態においては、第２の平坦化層１１は、有機材料で形成されているものとする。
続いて、図１（Ｆ）に示すように、第２の平坦化層１１の上面上であって各受光部１の上方領域に、マイクロレンズ１２を形成する。このマイクロレンズ１２は、例えばアクリル樹脂系の有機材料で形成されている。
以上の図１（Ａ）〜図１（Ｆ）の工程を経ることにより、各受光部１を有する画素が例えば２次元行列状に複数配設された固体撮像装置（固体撮像素子）１００−１が作製される。なお、本実施形態においては、フォトリソグラフィー法を用いて、各カラーフィルタ層５〜７を形成するようにしているが、本発明においては、この形態に限定されるものではない。
第１の実施形態では、まず、半導体基板ＳＢの上方であって複数の受光部１のうちの所定の受光部（図１に示す例では中央に位置する受光部１）の上方領域に、所定のカラーフィルタ層である第１のカラーフィルタ層５を形成する。その後、第１のカラーフィルタ層５における上面及び側面、並びに、平坦化層４の上面に、犠牲膜層８を形成する。その後、前記所定の受光部と隣接する他の受光部（図１に示す例では左側及び右側に位置する受光部１）の上方領域に、犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面領域の少なくとも一部を露出するように他のカラーフィルタ層である第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７を形成する。その後、犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面領域の少なくとも一部が露出した状態で、犠牲膜層８に対してエッチングを行って、犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面及び側面に形成された部分を除去するとともに第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７の下面の部分を残して、第１のカラーフィルタ層５と第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７との間に中空部９を形成するようにしている。
かかる構成によれば、第１のカラーフィルタ層５（所定のカラーフィルタ層）の側面のみならず上面にも犠牲膜層８を形成した状態で第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７（他のカラーフィルタ層）を形成するため、例え、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７のアライメントずれ等が発生した場合でも、犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面領域の少なくとも一部を露出させることができる。これにより、犠牲膜層８に対して確実にエッチングを行うことが可能となり、犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面及び側面に形成された部分を除去して、第１のカラーフィルタ層５と第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７との間に中空部９を形成することができる。即ち、各カラーフィルタ層５〜７の間に中空部９を形成する際に、より安定的に中空部９を形成することが可能となる。
かかる構成によれば、第１のカラーフィルタ層５（所定のカラーフィルタ層）の側面のみならず上面にも犠牲膜層８を形成した状態で第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７（他のカラーフィルタ層）を形成するため、例え、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７のアライメントずれ等が発生した場合でも、犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面領域の少なくとも一部を露出させることができる。これにより、犠牲膜層８に対して確実にエッチングを行うことが可能となり、犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面及び側面に形成された部分を除去して、第１のカラーフィルタ層５と第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７との間に中空部９を形成することができる。即ち、各カラーフィルタ層５〜７の間に中空部９を形成する際に、より安定的に中空部９を形成することが可能となる。
なお、本実施形態においては、他のカラーフィルタ層である第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７の形成を、フォトリソグラフィー法を用いて行っている。この場合、第１のカラーフィルタ層５の側面及び上面を犠牲膜層８で覆っているため、例えば、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７が犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の側面領域を覆うように形成されても、犠牲膜層８の除去が可能である。よって、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７は、犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の側面領域の高さにかかわらず形成することができるため、第１のカラーフィルタ層５に対して厚膜化することも薄膜化することも可能である。このように、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７の膜厚調整が可能であるため、分光調整の自由度を向上させることができる。
また、本発明においては、他のカラーフィルタ層である第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７の形成を、例えば、全面エッチバックにより行う形態も適用可能である。この場合、第１のカラーフィルタ層５の側面及び上面を犠牲膜層８で覆っており、犠牲膜層８はエッチングストッパ層として機能するため、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７は、第１のカラーフィルタ層５よりも薄膜化が可能である。このように、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７の膜厚調整が可能であるため、分光調整の自由度を向上させることができる。
また、本実施形態は、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７を形成した際に、犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面領域の少なくとも一部が露出していれば、如何なる態様も適用可能である。第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７を形成した際に、犠牲膜層８のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面領域の少なくとも一部が露出していれば、例えば、犠牲膜層８は、第１のカラーフィルタ層５の上面領域の一部に形成されていてもよい。
また、本実施形態においては、層間絶縁層３（第４の層間絶縁層３ｄ）と第１の平坦化層４との間にパッシベーション層を設けてもよい。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。
図２は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す模式図である。なお、図２において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。
図２（Ａ）について説明する。
図２（Ａ）において、半導体基板ＳＢ以下の構成は、第１の実施形態における図１（Ａ）と同様であるため、説明を省略する。
半導体基板ＳＢの表面（上面）に複数の受光部１を形成した後、図２（Ａ）に示すように、半導体基板ＳＢの上面上に、多層配線構造ＭＩ'を形成する。この図２（Ａ）に示す多層配線構造ＭＩ'は、図１（Ａ）に示す多層配線構造ＭＩに対して、層間絶縁層３に、各受光部１に対応した導波路（光導波路）１３を各受光部１の上方に形成したものである。この導波路１３は、一例として、例えばシリコン窒化物で形成されている。なお、図２に示す例では、各受光部１と導波路１３との間に層間絶縁層３（第１の層間絶縁層３ａ）が存在しているが、本実施形態においては、この態様の限定されるものではない。例えば、層間絶縁層３に、当該層間絶縁層３を貫通し各受光部１と接する導波路１３を設けるようにしてもよい。このように、導波路１３を設けることにより、各受光部１への集光効率を向上させることができる。
次いで、多層配線構造ＭＩ'上（層間絶縁層３及び導波路１３の上面上）に、第１の平坦化層４を形成する。
次いで、第１の平坦化層４の上面上であって図２（Ａ）の中央に位置する受光部１の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第１のカラーフィルタ層５を形成する。
図２（Ａ）において、半導体基板ＳＢ以下の構成は、第１の実施形態における図１（Ａ）と同様であるため、説明を省略する。
半導体基板ＳＢの表面（上面）に複数の受光部１を形成した後、図２（Ａ）に示すように、半導体基板ＳＢの上面上に、多層配線構造ＭＩ'を形成する。この図２（Ａ）に示す多層配線構造ＭＩ'は、図１（Ａ）に示す多層配線構造ＭＩに対して、層間絶縁層３に、各受光部１に対応した導波路（光導波路）１３を各受光部１の上方に形成したものである。この導波路１３は、一例として、例えばシリコン窒化物で形成されている。なお、図２に示す例では、各受光部１と導波路１３との間に層間絶縁層３（第１の層間絶縁層３ａ）が存在しているが、本実施形態においては、この態様の限定されるものではない。例えば、層間絶縁層３に、当該層間絶縁層３を貫通し各受光部１と接する導波路１３を設けるようにしてもよい。このように、導波路１３を設けることにより、各受光部１への集光効率を向上させることができる。
次いで、多層配線構造ＭＩ'上（層間絶縁層３及び導波路１３の上面上）に、第１の平坦化層４を形成する。
次いで、第１の平坦化層４の上面上であって図２（Ａ）の中央に位置する受光部１の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第１のカラーフィルタ層５を形成する。
その後、第１の実施形態における図１（Ｂ）〜図１（Ｆ）に対応する図２（Ｂ）〜図２（Ｆ）の各工程を経ることにより、各受光部１を有する画素が例えば２次元行列状に複数配設された固体撮像装置（固体撮像素子）１００−２が作製される。
第２の実施形態によれば、第１の実施形態における図１（Ｃ）〜図１（Ｄ）に対応する図２（Ｃ）〜図２（Ｄ）の各工程を行うため、第１の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。即ち、各カラーフィルタ層５〜７の間に中空部９を形成する際に、より安定的に中空部９を形成することが可能となる。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
次に、本発明の第３の実施形態について説明する。
図３は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す模式図である。なお、図３において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。
図３（Ａ）について説明する。
図３（Ａ）において、多層配線構造ＭＩ以下の構成は、第１の実施形態における図１（Ａ）と同様であるため、説明を省略する。
多層配線構造ＭＩを形成した後、図３（Ａ）に示すように、多層配線構造ＭＩ上（層間絶縁層３の上面上）であって各受光部１の上方領域に、インナーレンズ（層内レンズ）１４を形成する。このインナーレンズ１４は、一例として、例えばシリコン窒化物で形成されている。このように、インナーレンズ１４を設けることにより、当該インナーレンズ１４とその上方に形成されるマイクロレンズ１２とを組み合わせることで、各受光部１への集光効率を向上させることができる。
次いで、インナーレンズ１４上に、第１の平坦化層４を形成する。
次いで、第１の平坦化層４の上面上であって図３（Ａ）の中央に位置する受光部１の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第１のカラーフィルタ層５を形成する。
図３（Ａ）において、多層配線構造ＭＩ以下の構成は、第１の実施形態における図１（Ａ）と同様であるため、説明を省略する。
多層配線構造ＭＩを形成した後、図３（Ａ）に示すように、多層配線構造ＭＩ上（層間絶縁層３の上面上）であって各受光部１の上方領域に、インナーレンズ（層内レンズ）１４を形成する。このインナーレンズ１４は、一例として、例えばシリコン窒化物で形成されている。このように、インナーレンズ１４を設けることにより、当該インナーレンズ１４とその上方に形成されるマイクロレンズ１２とを組み合わせることで、各受光部１への集光効率を向上させることができる。
次いで、インナーレンズ１４上に、第１の平坦化層４を形成する。
次いで、第１の平坦化層４の上面上であって図３（Ａ）の中央に位置する受光部１の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第１のカラーフィルタ層５を形成する。
その後、第１の実施形態における図１（Ｂ）〜図１（Ｆ）に対応する図３（Ｂ）〜図３（Ｆ）の各工程を経ることにより、各受光部１を有する画素が例えば２次元行列状に複数配設された固体撮像装置（固体撮像素子）１００−３が作製される。
第３の実施形態によれば、第１の実施形態における図１（Ｃ）〜図１（Ｄ）に対応する図３（Ｃ）〜図３（Ｄ）の各工程を行うため、第１の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。即ち、各カラーフィルタ層５〜７の間に中空部９を形成する際に、より安定的に中空部９を形成することが可能となる。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
次に、本発明の第４の実施形態について説明する。
図４は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す模式図である。なお、図４において、図１に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。
まず、本実施形態では、第１の実施形態における図１（Ａ）〜図１（Ｂ）に対応する図４（Ａ）〜図４（Ｂ）の各工程を経る。この図４（Ａ）〜図４（Ｂ）の各工程を経ることにより、第１のカラーフィルタ層５の上面及び側面を含む全面に、薄膜状の犠牲膜層８が形成される。なお、本例では、犠牲膜層８としてシリコン酸化膜からなる層を適用し、その成膜温度は２５０℃以下、その膜厚は２００ｎｍ以下とすることが好ましく、本実施形態では成膜温度を２００℃、膜厚を９４ｎｍとする。
続いて、図４（Ｃ）に示すように、第１のカラーフィルタ層５の上面及び側面に成膜した犠牲膜層８上に、フォトレジスト１５を形成する。
続いて、図４（Ｄ）に示すように、フォトレジスト１５をマスクとしたエッチングにより、第１のカラーフィルタ層５の上面及び側面の領域以外の犠牲膜層８を除去する。これにより、第１のカラーフィルタ層５の上面及び側面に犠牲膜層１６が残る。その後、アッシングによりフォトレジスト１５を除去する。
続いて、図４（Ｅ）に示すように、第１の平坦化層４の上面上であって図４（Ｅ）の左側に位置する受光部１の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第２のカラーフィルタ層６を形成する。次いで、図４（Ｅ）に示すように、第１の平坦化層４の上面上であって図４（Ｅ）の右側に位置する受光部１の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第３のカラーフィルタ層７を形成する。図４に示す例では、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７は、その上面が犠牲膜層１６の上面と略同じ高さとなるように形成されている。即ち、図４に示す例では、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７は、第１のカラーフィルタ層５の厚みと異なる厚みで形成されている（具体的には、第１のカラーフィルタ層５の厚みよりも厚い厚みで形成されている）。また、カラーフィルタ層の配列に関しては、図４に示す態様に限定されるものではなく、例えばベイヤー配列等の配列であってもよい。
なお、図４に示す例では、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７は、犠牲膜層１６のうちの第１のカラーフィルタ層５の側面領域及び上面領域を覆わないように形成されているが、本実施形態においては、この態様に限定されるものではない。例えば、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７は、犠牲膜層１６のうちの第１のカラーフィルタ層５の側面領域を覆うように形成されても、犠牲膜層１６のうちの第１のカラーフィルタ層５の側面領域、及び、上面領域の一部を覆うように形成されてもよい。即ち、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７は、犠牲膜層１６のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面領域の少なくとも一部を露出するように形成されていればよい。
続いて、図４（Ｆ）に示すように、例えばウェットエッチング法により、第１のカラーフィルタ層５の上面及び側面に形成されている犠牲膜層１６を除去し、各カラーフィルタ層５〜７間に中空部９を形成する。なお、本例では、犠牲膜層１６のエッチングとしてウェットエッチング法を適用したが、ドライエッチング法を用いてもよい。
続いて、図４（Ｇ）に示すように、各カラーフィルタ層５〜７の上面を含む全面に、第２の平坦化層１１を形成する。この第２の平坦化層１１は、中空部９の開口領域を封止する封止層として機能するものである。また、第２の平坦化層１１としては、例えばシリコン酸化物或いはシリコン窒化物等の無機材料や、例えばアクリル樹脂系等の有機材料を用いることができるが、本実施形態においては、第２の平坦化層１１は、有機材料で形成されているものとする。
続いて、第１の実施形態における図１（Ｆ）と同様に、図４（Ｈ）に示すように、第２の平坦化層１１の上面上であって各受光部１の上方領域に、マイクロレンズ１２を形成する。
以上の図４（Ａ）〜図４（Ｈ）の工程を経ることにより、各受光部１を有する画素が例えば２次元行列状に複数配設された固体撮像装置（固体撮像素子）１００−４が作製される。なお、本実施形態においては、フォトリソグラフィー法を用いて、各カラーフィルタ層５〜７を形成するようにしているが、本発明においては、この形態に限定されるものではない。
第４の実施形態では、まず、半導体基板ＳＢの上方であって複数の受光部１のうちの所定の受光部（図１に示す例では中央に位置する受光部１）の上方領域に、所定のカラーフィルタ層である第１のカラーフィルタ層５を形成する。その後、第１のカラーフィルタ層５における上面及び側面に、犠牲膜層１６を形成する。その後、前記所定の受光部と隣接する他の受光部（図１に示す例では左側及び右側に位置する受光部１）の上方領域に、犠牲膜層１６のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面領域の少なくとも一部を露出するように他のカラーフィルタ層である第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７を形成する。その後、犠牲膜層１６のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面領域の少なくとも一部が露出した状態で、犠牲膜層１６に対してエッチングを行って、犠牲膜層１６を除去し、第１のカラーフィルタ層５と第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７との間に中空部９を形成するようにしている。
かかる構成によれば、第１のカラーフィルタ層５（所定のカラーフィルタ層）の側面のみならず上面にも犠牲膜層１６を形成した状態で第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７（他のカラーフィルタ層）を形成するため、例え、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７のアライメントずれ等が発生した場合でも、犠牲膜層１６のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面領域の少なくとも一部を露出させることができる。これにより、犠牲膜層１６に対して確実にエッチングを行うことが可能となり、犠牲膜層１６を除去して、第１のカラーフィルタ層５と第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７との間に中空部９を形成することができる。即ち、各カラーフィルタ層５〜７の間に中空部９を形成する際に、より安定的に中空部９を形成することが可能となる。
かかる構成によれば、第１のカラーフィルタ層５（所定のカラーフィルタ層）の側面のみならず上面にも犠牲膜層１６を形成した状態で第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７（他のカラーフィルタ層）を形成するため、例え、第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７のアライメントずれ等が発生した場合でも、犠牲膜層１６のうちの第１のカラーフィルタ層５の上面領域の少なくとも一部を露出させることができる。これにより、犠牲膜層１６に対して確実にエッチングを行うことが可能となり、犠牲膜層１６を除去して、第１のカラーフィルタ層５と第２及び第３のカラーフィルタ層６〜７との間に中空部９を形成することができる。即ち、各カラーフィルタ層５〜７の間に中空部９を形成する際に、より安定的に中空部９を形成することが可能となる。
（第５の実施形態）
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
次に、本発明の第５の実施形態について説明する。
図５は、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置（固体撮像素子）の製造方法の一例を示す模式図である。なお、図５において、図１〜図３に示す構成と同様の構成については同じ符号を付している。
図５（Ａ）について説明する。
図５（Ａ）において、多層配線構造ＭＩ'以下の構成は、第２の実施形態における図２（Ａ）と同様であるため、説明を省略する。
多層配線構造ＭＩ'を形成した後、図５（Ａ）に示すように、多層配線構造ＭＩ'上（層間絶縁層３及び導波路１３の上面上）であって各受光部１の上方領域に、インナーレンズ（層内レンズ）１４を形成する。このように、インナーレンズ１４を設けることにより、当該インナーレンズ１４とその上方に形成されるマイクロレンズ１２とを組み合わせることで、各受光部１への集光効率を向上させることができる。
次いで、インナーレンズ１４上に、第１の平坦化層４を形成する。
次いで、第１の平坦化層４の上面上であって図３（Ａ）の中央に位置する受光部１の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第１のカラーフィルタ層５を形成する。
図５（Ａ）において、多層配線構造ＭＩ'以下の構成は、第２の実施形態における図２（Ａ）と同様であるため、説明を省略する。
多層配線構造ＭＩ'を形成した後、図５（Ａ）に示すように、多層配線構造ＭＩ'上（層間絶縁層３及び導波路１３の上面上）であって各受光部１の上方領域に、インナーレンズ（層内レンズ）１４を形成する。このように、インナーレンズ１４を設けることにより、当該インナーレンズ１４とその上方に形成されるマイクロレンズ１２とを組み合わせることで、各受光部１への集光効率を向上させることができる。
次いで、インナーレンズ１４上に、第１の平坦化層４を形成する。
次いで、第１の平坦化層４の上面上であって図３（Ａ）の中央に位置する受光部１の上方領域に、フォトリソグラフィー法を用いて、第１のカラーフィルタ層５を形成する。
その後、第１の実施形態における図１（Ｂ）〜図１（Ｆ）に対応する図５（Ｂ）〜図５（Ｆ）の各工程を経ることにより、各受光部１を有する画素が例えば２次元行列状に複数配設された固体撮像装置（固体撮像素子）１００−５が作製される。
第５の実施形態によれば、第１の実施形態における図１（Ｃ）〜図１（Ｄ）に対応する図５（Ｃ）〜図５（Ｄ）の各工程を行うため、第１の実施形態と同様の作用・効果を得ることができる。即ち、各カラーフィルタ層５〜７の間に中空部９を形成する際に、より安定的に中空部９を形成することが可能となる。
なお、上述した本発明の各実施形態は、いずれも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。即ち、本発明はその技術思想、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
１ 受光部、２ 配線層、２ａ 第１の配線層、２ｂ 第２の配線層、２ｃ 第３の配線層、３ 層間絶縁層、３ａ 第１の層間絶縁層、３ｂ 第２の層間絶縁層、３ｃ 第３の層間絶縁層、３ｄ 第４の層間絶縁層、４ 第１の平坦化層、５ 第１のカラーフィルタ層、６ 第２のカラーフィルタ層、７ 第３のカラーフィルタ層、８ 犠牲膜層、９ 中空部（エアーギャップ）、１０ 犠牲残膜層、１１ 第２の平坦化層、１２ マイクロレンズ、１００−１ 固体撮像装置（固体撮像素子）、ＳＢ 半導体基板、ＭＩ 多層配線構造
Claims (9)
- 半導体基板の上面に複数の受光部が設けられた固体撮像装置の製造方法であって、
前記半導体基板の上方であって前記複数の受光部のうちの第１の受光部の上方領域に、第１のカラーフィルタ層を形成する工程と、
前記第１のカラーフィルタ層の上面および側面に、犠牲膜層を形成する工程と、
前記半導体基板の上方であって前記第１の受光部と隣接する第２の受光部の上方領域に、前記犠牲膜層のうちの前記第１のカラーフィルタ層の上面領域の少なくとも一部を露出するように第２のカラーフィルタ層を形成する工程と、
前記犠牲膜層のうちの前記第１のカラーフィルタ層の上面領域の少なくとも一部が露出した状態で、前記犠牲膜層に対してエッチングを行って、前記第１のカラーフィルタ層の上面および側面に形成された前記犠牲膜層を除去し、前記第１のカラーフィルタ層と前記第２のカラーフィルタ層との間に中空部を形成する工程と
を含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 - 前記中空部を形成した後、前記中空部の開口領域を封止する封止層を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記第１のカラーフィルタ層を形成する工程では、平坦化層の上面上であって前記複数の受光部のうちの第１の受光部の上方領域に、前記第１のカラーフィルタ層を形成し、
前記犠牲膜層を形成する工程では、前記第１のカラーフィルタ層の上面および側面、並びに、前記平坦化層の上面に、前記犠牲膜層を形成し、
前記第２のカラーフィルタ層を形成する工程では、前記犠牲膜層の上面上であって前記第２の受光部の上方領域に、前記第２のカラーフィルタ層を形成し、
前記中空部を形成する工程では、前記犠牲膜層に対してエッチングを行って、前記犠牲膜層のうちの前記第１のカラーフィルタ層の上面および側面に形成された部分を除去するとともに前記第２のカラーフィルタ層の下面の部分を残して、前記第１のカラーフィルタ層と前記第２のカラーフィルタ層との間に前記中空部を形成することを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記第１のカラーフィルタ層と前記第２のカラーフィルタ層とは、厚みが異なることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記第１のカラーフィルタ層は、緑色のフィルタ層であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記第２のカラーフィルタ層は、赤色のフィルタ層および青色のフィルタ層を含み、
前記第２のカラーフィルタ層を形成する工程は、
前記第１のカラーフィルタ層に対し第１の方向に隣接させて、前記赤色のフィルタ層を形成する工程と、
前記第１のカラーフィルタ層に対し第２の方向に隣接させて、前記青色のフィルタ層を形成する工程と
を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記第１のカラーフィルタ層および前記第２のカラーフィルタ層の上方であって前記複数の受光部における各受光部の上方領域に、マイクロレンズを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
- 前記半導体基板の上方に、絶縁層を形成する工程と、
前記絶縁層における、前記複数の受光部の各受光部の上方領域に、導波路を形成する工程と
を更に含むことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。 - 前記半導体基板と前記第１のカラーフィルタ層および前記第２のカラーフィルタ層との間であって前記複数の受光部の各受光部の上方領域に、インナーレンズを形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
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