(57)【要約】  複数のフォトダイオード３が行列状に設けられたシリコン基板２と、シリコン基板２上に形成され、配線１１，１２が埋設された透明絶縁層１０と、透明絶縁層１０上に形成され、フォトダイオード３毎に決められた色のカラーフィルタ２１が設けられてなるカラーフィルタ層２０と、カラーフィルタ層２０上に、カラーフィルタ２１毎に形成されたマイクロレンズ１４とを備えている。カラーフィルタ層２０の少なくとも１種類の色のカラーフィルタ２１を、平面視において面積がマイクロレンズ１４よりも小さく、カラーフィルタ層２０内において、少なくとも１種類の色のカラーフィルタ２１の周りを、当該カラーフィルタ２１よりも屈折率の低い低屈折率材料２２で囲んだ。
2012073402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の光電変換部が行列状に設けられた半導体基板と、
前記半導体基板上に形成され、配線が埋設された透明絶縁層と、
前記透明絶縁層上に形成され、前記光電変換部毎に決められた色のカラーフィルタが設けられてなるカラーフィルタ層と、
前記カラーフィルタ層上に、カラーフィルタ毎に形成されたマイクロレンズと
を備えた固体撮像装置であって、
前記カラーフィルタ層の少なくとも１種類の色のカラーフィルタは、平面視における面積が前記マイクロレンズよりも小さく、
前記カラーフィルタ層内において、前記少なくとも１種類の色のカラーフィルタの周りが、当該カラーフィルタよりも屈折率の低い低屈折率材料で囲まれている
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記光電変換部毎に決められた色に、赤色があり、
前記少なくとも１種類の色のカラーフィルタに、赤色を透過する赤色カラーフィルタが含まれている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記透明絶縁層内における、前記少なくとも１種類の色のカラーフィルタと、当該カラーフィルタの下方に位置する前記光電変換部との間の領域に、他の領域よりも屈折率が高い透明材料からなる柱状の光導波路部が設けられている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記低屈折率材料が、有機ガラスを含む有機系、または酸化シリコンを含む無機系の透明材料である
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記赤色カラーフィルタの厚さが、他の色を透過するカラーフィルタの厚さよりも厚い
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記複数の光電変換部は、平面視において互いに大きさが等しく、
前記赤色カラーフィルタは、平面視において他の色を透過するカラーフィルタよりも小さい
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記光電変換部毎に決められた色が複数種類あり、
前記少なくとも１種類の色とは、前記複数種類の色の全てである
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記少なくとも１種類の色のカラーフィルタにおける、前記光電変換部の行方向および列方向の幅が、それぞれ０．４［μｍ］以上１．０［μｍ］以下の範囲内である
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記複数の光電変換部は、平面視において互いに大きさが等しく、
前記複数種類の色が、赤色、緑色および青色の３種類であり、
赤色を透過する赤色のカラーフィルタおよび青色を透過する青色のカラーフィルタは、平面視において緑色を透過する緑色のカラーフィルタよりも小さい
ことを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
平面視において、前記少なくとも１種類の色のカラーフィルタの中心位置が、前記マイクロレンズの中心位置と一致する画素がある
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１種類の色のカラーフィルタの厚さが、当該色の光の波長の半分の自然数倍に設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記赤色カラーフィルタの厚さが他の色を透過するカラーフィルタの厚さよりも厚いことにより、前記カラーフィルタ層の上面における、前記赤色カラーフィルタが設けられた領域が、他の領域に対して突出しており、
前記赤色カラーフィルタ上の前記マイクロレンズの下面が、前記カラーフィルタ層の上面が突出しているのに対応して凹入している
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記光電変換部毎に決められた色が複数種類あり、
前記少なくとも１種類の色のカラーフィルタは、前記複数種類のうち一部の色のカラーフィルタであり、残りの色のうち何れかの色のカラーフィルタが前記少なくとも１種類の色のカラーフィルタよりも屈折率の低いフィルタ材料からなり、
前記フィルタ材料が、前記低屈折率材料として用いられている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
半導体基板内に、行列状の複数の光電変換部を形成する第１の工程と、
前記半導体基板上に、配線が埋設された透明絶縁層を形成する第２の工程と、
前記透明絶縁層上に、前記光電変換部毎に決められた色のカラーフィルタを有するカラーフィルタ層を形成する第３の工程と、
前記カラーフィルタ層上に、カラーフィルタ毎にマイクロレンズを形成する第４の工程と
を有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記第３の工程が、
前記各カラーフィルタを、平面視において前記マイクロレンズよりも小さい大きさで形成するカラーフィルタ形成工程と、
前記各カラーフィルタの周りの領域に、当該各カラーフィルタよりも屈折率の低い低屈折率材料を形成する低屈折率材料形成工程とを有する
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記低屈折率材料形成工程が、
前記カラーフィルタ層における前記カラーフィルタの行間領域および列間領域のうち、所定間隔の行間領域および列間領域に、前記低屈折率材料を形成する第１のサブ工程と、
残りの行間領域および列間領域に、前記低屈折率材料を形成する第２のサブ工程とを有する
ことを特徴とする請求項１４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタ上にマイクロレンズが形成された固体撮像装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルスチルカメラ、デジタルムービカメラやカメラ付き携帯電話機などに固体撮像装置が用いられている。これらの機器が普及するにつれて、固体撮像装置に対する高解像度化や多画素化の要求が高まり、画素の小型化が進められている。【０００３】
このような固体撮像装置は、複数の光電変換部が行列状に設けられた半導体基板と、半導体基板上に形成され、配線が埋設された透明絶縁層と、透明絶縁層上に形成された、光電変換部毎に決められた色のカラーフィルタと、各カラーフィルタ上に形成されたマイクロレンズとを有している（例えば、特許文献１参照）。マイクロレンズは、入射光を集光するための凸レンズである。従来、このマイクロレンズの作製には、例えば透明樹脂素材を加熱により一旦溶融し、当該素材の表面張力を利用してレンズ曲面を形成する、加熱リフロー処理が用いられている。【０００４】
近年では、画素の小型化が進むにつれマイクロレンズも小さくなり、レンズの径が数μｍオーダーの微小なサイズとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−１８３１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、固体撮像装置では、入射光を光電変換部に集光させるため、マイクロレンズの焦点が、半導体基板の光電変換部内にあるのが好ましい。【０００７】
しかしながら、マイクロレンズの曲面が、加熱リフロー処理により形成されていることから、その形状を制御するのが困難であるため、マイクロレンズの焦点が、配線が埋設された透明絶縁層よりも上層のカラーフィルタ内にくる場合がある。入射光は、マイクロレンズにより集光されるも焦点通過後には拡がるので、焦点がカラーフィルタ内にある場合には、カラーフィルタ通過後の光の拡がりが大きくなるという問題がある。【０００８】
そのため、カラーフィルタ通過後の光の一部が、透明絶縁層に埋設された配線に向けて進行し、当該配線で反射して、隣接する光電変換部に漏れ込む、いわゆる混色が、発生する可能性が高くなる。また、固体撮像装置がＣＣＤ型固体撮像装置の場合には、光電変換部の各列に隣接して設けられた垂直ＣＣＤに光が射し込むことにより、いわゆるスミアが発生する可能性が高くなる。【０００９】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、カラーフィルタ内にマイクロレンズの焦点があったとしても、従来よりもカラーフィルタを通過した光の拡がりを抑制することができる固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明に係る固体撮像装置は、複数の光電変換部が行列状に設けられた半導体基板と、前記半導体基板上に形成され、配線が埋設された透明絶縁層と、前記透明絶縁層上に形成され、前記光電変換部毎に決められた色のカラーフィルタが設けられてなるカラーフィルタ層と、前記カラーフィルタ層上に、カラーフィルタ毎に形成されたマイクロレンズとを備え、前記カラーフィルタ層の少なくとも１種類の色のカラーフィルタは、平面視における面積が前記マイクロレンズよりも小さく、前記カラーフィルタ層内において、前記少なくとも１種類の色のカラーフィルタの周りが、当該カラーフィルタよりも屈折率の低い低屈折率材料で周囲が囲まれていることを特徴とする。【００１１】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板内に、行列状の複数の光電変換部を形成する第１の工程と、前記半導体基板上に、配線が埋設された透明絶縁層を形成する第２の工程と、前記透明絶縁層上に、前記光電変換部毎に決められた色のカラーフィルタを有するカラーフィルタ層を形成する第３の工程と、前記カラーフィルタ層上に、カラーフィルタ毎にマイクロレンズを形成する第４の工程とを有する方法であって、前記第３の工程が、前記各カラーフィルタを、平面視において前記マイクロレンズよりも小さい大きさで形成するカラーフィルタ形成工程と、前記各カラーフィルタの周りの領域に、当該各カラーフィルタよりも屈折率の低い低屈折率材料を形成する低屈折率材料形成工程とを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
上記構成の固体撮像装置では、少なくとも１種類の色のカラーフィルタは、その周囲が、当該カラーフィルタよりも屈折率の低い低屈折率材料に囲まれている。これにより、当該カラーフィルタが導波路となる。【００１３】
したがって、カラーフィルタ内にマイクロレンズの焦点があったとしても、焦点通過後の光は、カラーフィルタ内を通って下方へと導かれるので、焦点通過後に光が拡がる場合と比べて、カラーフィルタを通過した光の拡がりを抑制することができる。【００１４】
これにより、透明絶縁層内に埋設された配線側に向かう光の量を少なくすることができるので、光が配線で反射して、隣接する光電変換部に漏れ込み、混色が発生するのを抑制することができる。また、固体撮像装置がＣＣＤ型固体撮像装置の場合には、スミアの発生を抑制することができる。【００１５】
上記構成の固体撮像装置の製造方法によれば、上記固体撮像装置と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する図
【図２】固体撮像装置における焦点通過後の光が拡がる様子を示す図
【図３】光の拡がりの抑制効果を確認したシミュレーション結果を示す電界強度分布の断面図
【図４】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図
【図５】図４の製造方法の続きを説明するための図
【図６】図５の製造方法の続きを説明するための図
【図７】図６の製造方法の続きを説明するための図
【図８】図７の製造方法の続きを説明するための図
【図９】図８の製造方法の続きを説明するための図
【図１０】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する図
【図１１】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図
【図１２】図１１の製造方法の続きを説明するための図
【図１３】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する図
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する図
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する図
【図１６】本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する図
【図１７】本発明の第７の実施形態に係る固体撮像装置の構成を説明する図
【図１８】光の拡がりの抑制効果を確認したシミュレーション結果を示す電界強度分布の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。
［第１の実施の形態］
＜全体構成＞
本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置は、ＣＣＤ型の固体撮像装置であり、行列状に配置された複数の画素、例えば２０４８×１５３６画素（約３００万画素）を有するものである。
【００１８】
図１（ａ）は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の部分上面図であり、複数画素のうち２×２画素分の領域を示している。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ１−Ａ１線矢視断面図であり、図１（ｃ）は、図１（ａ）のＢ１−Ｂ１線矢視断面図である。
【００１９】
図１（ａ）に示すように、固体撮像装置１は、赤色の画素３０Ｒ、緑色の画素３０Ｇｒ，３０Ｇｂおよび青色の画素３０Ｂを有している。これらの画素３０Ｒ，３０Ｇｒ，３０Ｇｂ，３０Ｂが、ベイヤー配列で配置されている。
【００２０】
固体撮像装置１は、図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、半導体基板としてのシリコン基板２を有している。シリコン基板２は、Ｎ型領域２ａと、Ｎ型領域２ａの上に設けられたＰ型ウェル領域２ｂとで構成されている。
【００２１】
Ｐ型ウェル領域２ｂは、Ｎ型領域２ａ上の第１ウェル領域２ｂ１と、第１ウェル領域２ｂ１上の第２ウェル領域２ｂ２との二層構造からなり、第２ウェル領域２ｂ２内に、フォトダイオード３、転送チャネル４、Ｖｔ制御領域５、チャネルストップ領域６およびＰ＋層７が設けられている。
【００２２】
複数のフォトダイオード３が、行列状に形成されている。転送チャネル４は、各列の各フォトダイオード３に隣接して直線状に形成され、垂直ＣＣＤの構成に含まれるものである。
【００２３】
Ｖｔ制御領域５は、フォトダイオード３と転送チャネル４との間に形成され、チャネルストップ領域６は、フォトダイオード３を挟んでＶｔ制御領域５とは反対側に形成されている。Ｐ＋層７は、フォトダイオード３上に、かつシリコン基板２の上面に沿うようにして形成されている。
【００２４】
シリコン基板２上には、酸化シリコンからなる絶縁膜８が形成されている。絶縁膜８上のフォトダイオード３の列間には、フォトダイオード３毎に対応して転送電極９が形成されている。各列の各転送電極９は、各列の転送チャネル４とで垂直ＣＣＤを構成する。
【００２５】
各転送電極９および絶縁膜８上には、第１の配線１１および第２の配線１２が埋設された、酸化シリコンからなる透明絶縁層１０が形成されている。
【００２６】
第１の配線１１は、転送電極９の行毎に対応して設けられている。各転送電極９には、第１の配線１１を介して、各フォトダイオード３で生成された信号電荷を読み出すための駆動パルスが印加される。第２の配線１２は、第１の配線１１毎に対応して設けられ、対応する第１の配線１１に並列に接続されている。
【００２７】
第１および第２の配線１１，１２は銅で構成されていて、それぞれバリア膜１３により被覆されている。バリア膜１３は、各配線１１，１２の銅が、透明絶縁層１０を構成する酸化シリコン内に拡散するのを防止するためのものである。
【００２８】
透明絶縁層１０上には、各フォトダイオード３に対応して設けられた、カラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇｒ，２１Ｇｂ，２１Ｂを有するカラーフィルタ層２０が形成されている。以下、カラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇｒ，２１Ｇｂ，２１Ｂをまとめて記す場合は単に「カラーフィルタ２１」とする。
【００２９】
カラーフィルタ層２０上に、カラーフィルタ２１毎に形成されたマイクロレンズ１４設けられている。
【００３０】
＜マイクロレンズの構成＞
マイクロレンズ１４は、透明樹脂素材からなる凸レンズであり、加熱リフロー処理により形成されている。マイクロレンズ１４の径ｄ１は１．５［μｍ］である。
【００３１】
このようなマイクロレンズ１４では、レンズ曲面が、加熱により溶融された透明樹脂素材の表面張力と自重とのバランスにより形成されている。このため、レンズ径が小さいと、その分透明樹脂素材の自重が軽くなるので、相対的に表面張力が強くなり、表面（レンズ曲面）が球面状に近づくことから、レンズの焦点距離は小さくなる。
【００３２】
なお、マイクロレンズ１４の焦点位置は、フォトダイオード３に光を集光させるため、理想的には、フォトダイオード３内にあるのが好ましい。しかしながら、本実施形態では、マイクロレンズ１４の径ｄ１が１．５［μｍ］と微小であり、レンズの焦点距離がマイクロレンズ１４からフォトダイオード３までの距離よりも小さく、そのため、マイクロレンズ１４の焦点Ｆ１がフォトダイオード３内にはなく、フォトダイオード３よりも上方の位置にある。本実施形態では、マイクロレンズ１４の焦点Ｆ１がカラーフィルタ２１内にあるものとして説明する。
【００３３】
ここでの「マイクロレンズの焦点」とは、光が一点に集中するときにはその一点を意味し、レンズの収差等により光が一点に集中しないときには、光が最も集光された部分の中心点を意味している。
【００３４】
＜カラーフィルタ層の構成＞
次に、カラーフィルタ層２０について説明する。
【００３５】
カラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇｒ，２１Ｇｂ，２１Ｂのそれぞれは、大きさが等しく、かつ平面視において正方形状であり、その幅ｗ１がマイクロレンズ１４の径ｄ１よりも小さく設定されている。
【００３６】
カラーフィルタ層２０内では、カラーフィルタ２１の周囲が、カラーフィルタ２１よりも屈折率の低い低屈折率材料２２で囲まれている。これにより、カラーフィルタ２１が導波路となり、カラーフィルタ２１内に入射された光を、低屈折率材料２２との界面で全反射またはフレネル反射させながら下方へと導くことができる。
【００３７】
カラーフィルタ２１は、例えば、顔料が分散された有機材料からなり、低屈折率材料２２は、透明材料、例えば、有機系のガラス材料からなる。
【００３８】
本実施形態において、カラーフィルタ２１の屈折率は１．４〜１．９、低屈折率材料２２の屈折率は１．０〜１．２である。
【００３９】
また、カラーフィルタ２１の中心軸ｃ１は、マイクロレンズ１４の光軸ｃ２およびフォトダイオード３の中心軸ｃ３と一致するよう設定されている（図１（ｂ）の画素３０Ｇｂ参照）。なお、光軸ｃ２は、マイクロレンズ１４の平面視における中心位置（面積の重心）を通り、シリコン基板２の上面に対して垂直になるよう設定されている。
【００４０】
ここでの「カラーフィルタ２１の中心軸ｃ１」とは、カラーフィルタ２１を平面視したときの中心位置（面積の重心）を通り、かつシリコン基板２の上面に対し垂直な軸を意味する。また、「フォトダイオード３の中心軸ｃ３」とは、フォトダイオード３を平面視したときの中心位置（面積の重心）を通り、かつシリコン基板２の上面に対し垂直な軸を意味する。
【００４１】
また、ここでの「中心軸ｃ１は、光軸ｃ２および中心軸ｃ３と一致する」とは、中心軸ｃ１が光軸ｃ２および中心軸ｃ３と完全に一致するものだけでなく、中心軸ｃ１が光軸ｃ２および中心軸ｃ３と一致するように設計されたものであって、製造誤差等により設計値からずれたものも含んでいる。ここで、「中心軸ｃ１が光軸ｃ２および中心軸ｃ３と一致するように設計」する対象は、固体撮像装置１が有する全ての画素としてもよく、または、固体撮像装置１が有する一部の画素としてもよい。例えば、固体撮像装置１をデジタルカメラに用いるときには、固体撮像装置１が有する一部の画素、具体的には、行列状に配置された複数の画素のうち中央部分に配置された所定数の画素を対象とするのが好ましい。また、この場合には、残りの画素（周辺部分の画素）では、光がカメラレンズからの斜めに入射するのを考慮して、光軸ｃ２を中心軸ｃ１，ｃ３に対して、８度程ずらすように構成するのが好ましい。
【００４２】
本実施形態において、カラーフィルタ２１の幅ｗ１は、径ｄ１よりも小さい、０．４〜１．０［μｍ］の大きさであり、カラーフィルタ２１の厚さｔ１は０．４〜０．９［μｍ］である。
【００４３】
ここでは、カラーフィルタ２１の幅ｗ１を、径ｄ１よりも単に小さくするのではなく、可視光の波長と変わらない大きさ（０．４〜１．０［μｍ］）にしているので、導波路となるカラーフィルタ２１内の伝搬モードが、いわゆるシングルモードまたはシングルモードに近い状態になり好ましい。
【００４４】
＜作用効果＞
上記構成の固体撮像装置１においても、マイクロレンズ１４により集光された光は、カラーフィルタ２１内にある焦点Ｆ１を通過した後に拡がるようになるが、カラーフィルタ２１の周りを低屈折率材料２２で囲むことにより、カラーフィルタ２１が導波路になるので、従来の固体撮像装置よりも、カラーフィルタを通過した光の拡がりを抑制することができる。
【００４５】
この光の拡がりを抑制する効果について、図２を参照しながら詳しく説明する。
【００４６】
図２（ａ）は、従来の固体撮像装置における焦点通過後の光が拡がる様子を示す図であり、図２（ｂ）は、本実施形態の固体撮像装置１における焦点通過後の光が拡がる様子を示す図である。図２（ａ）および（ｂ）に示す固体撮像装置は、カラーフィルタの構成が異なるが、それ以外は同じ構成である。
【００４７】
図２（ａ）に示す従来の固体撮像装置１００のカラーフィルタ１２１は、マイクロレンズ１４の径と同じ幅を有し、導波路として構成されたものではない。このカラーフィルタ１２１内にマイクロレンズ１４の焦点Ｆ２がある。このような従来の固体撮像装置１００では、例えば入射光Ｌ２のように、焦点Ｆ２を通過した光は、そのまま直進するので、マイクロレンズ１４により集光された光は、焦点Ｆ２通過後に拡がるようになる。これに対して、本実施形態の固体撮像装置１では、図２（ｂ）に示すように、マイクロレンズ１４により集光された光は、焦点Ｆ１を通過した後一旦は拡がるが、入射光Ｌ１のように、カラーフィルタ２１と低屈折率材料２２との界面で光を全反射またはフレネル反射させることができるので、従来の固体撮像装置１００と比べて、カラーフィルタを通過した光の拡がりを抑制することができるのである。
【００４８】
これにより、図２（ａ）に示す入射光Ｌ２のような、透明絶縁層１０内の配線１１，１２に向かう光の量を少なくすることができるので、配線１１，１２で反射して、隣接するフォトダイオード３に漏れ込み、混色が発生するのを抑制することができる。また、フォトダイオード３に隣接する垂直ＣＣＤの転送チャネル４に向かう光の量も少なくなるので、スミアが発生するのを抑制することができる。その反面、フォトダイオード３に向かう光の量が多くなるので、フォトダイオード３への集光効率を向上させることができる。
【００４９】
以下に、この光の拡がりの抑制効果を確認したシミュレーション結果について説明する。
【００５０】
本シミュレーションでは、実施例として、導波路となるカラーフィルタを有する固体撮像装置と、比較例として、導波路とならないカラーフィルタを有する固体撮像装置とを用いて、光の電界強度分布のシミュレーションを行った。
【００５１】
具体的には、実施例および比較例の固体撮像装置に、赤色の光（波長６００［ｎｍ］）を入射したときの、赤色の画素領域における電界強度分布をシミュレーションしている。
【００５２】
図３は、本シミュレーションにより得られた図であり、（ａ）が比較例の電界強度分布の断面図、（ｂ）が実施例の電界強度分布の断面図である。縦軸は、シリコン基板の上面の位置を基準として、上面からの高さまたは深さを示している。横軸は、フォトダイオード３の中心軸ｃ１からの距離を示している。
【００５３】
実施例および比較例の固体撮像装置は、カラーフィルタの構成が異なるが、それ以外は同じ構成である。また、実施例の固体撮像装置は、図３（ｂ）に示すように、図１の固体撮像装置１と略同じ構成であるが、透明絶縁層１０内に層内レンズ１６が埋設されている構成のみが異なっている。なお、層内レンズ１６は、比較例の固体撮像装置の透明絶縁層１０内にも埋設されているので、実施例および比較例で、光の拡がりの抑制効果を比較する点においては、特に問題はないと考えられる。
【００５４】
実施例のカラーフィルタ２１Ｒの幅ｗ１は０．７５［μｍ］である。比較例のカラーフィルタ１２１Ｒの幅は、マイクロレンズ１４の径ｄ１（１．５［μｍ］）と同じである。また、カラーフィルタ２１Ｒ，１２１Ｒの厚さｔ１は０．７５［μｍ］である。カラーフィルタ２１Ｒ，１２１Ｒの屈折率は１．６、低屈折率材料２２の屈折率は１．２である。
【００５５】
図３（ａ）および（ｂ）では、電界強度分布が等高線を使って示されている。また、電界強度の高い領域を分かり易くするため、電界強度の１番高い線を「太線」、２番目に高い線を「破線」、残りの線は全て「細線」で表している。したがって、太線で囲まれた領域の光の強度が最も高いことを意味している。
【００５６】
先ず、カラーフィルタ内の光の電界強度分布を見る。
【００５７】
図３（ａ）に示す比較例のカラーフィルタ１２１Ｒ内には、焦点Ｆ２付近およびその下側に、太線で囲まれた電界強度の高い領域ｓ４，ｓ５がある。一方、図３（ｂ）に示す実施例のカラーフィルタ２１Ｒ内には、焦点Ｆ１付近およびその下側に、太線で囲まれた電界強度の高い領域ｓ１〜ｓ３があり、これら領域ｓ１〜ｓ３が、比較例の領域ｓ４，ｓ５と比べてかなり大きい。これは、光の拡がりを抑制した結果を示すものであり、実施例では、焦点Ｆ１を通過した光が拡がるのを抑制した結果、カラーフィルタ２１Ｒ内の光の強度が低下せず、電界強度の高い状態が維持されていることを示している。
【００５８】
なお、実施例の焦点Ｆ１と比較例の焦点Ｆ２との高さ（位置）が異なっているのは、実施例では、比較例と異なり、マイクロレンズからの光の一部が低屈折材料を介してカラーフィルタに入射されるからである。
【００５９】
また、実施例のカラーフィルタ２１Ｒ内では、破線で囲まれた横長の領域（２番目に電界強度の高い領域）が、縦方向（Ｚ軸方向）の一端から他端に亘り複数並んでいる。これは、カラーフィルタ２１Ｒ内において定在波が発生していることを示している。
【００６０】
次に、カラーフィルタから出射された光の電界強度分布を見る。
【００６１】
図３（ａ）の比較例の透明絶縁層１０内では、カラーフィルタ１２１Ｒから出射された光の一部が、配線１１に向かう方向に拡がっている（拡がり角θ２）。なお、ここでは、「拡がり角」として、実施例と比較し易いように、破線で囲まれた領域の「拡がり角」を用いている。
【００６２】
一方、図３（ｂ）の実施例の透明絶縁層１０内では、カラーフィルタ２１Ｒから出射された光が、若干拡がりを有する（拡がり角θ１）ものの、配線１１に向かう方向には拡がってはいない。このように、実施例では、カラーフィルタから出射された光の拡がり角θ１が、比較例の拡がり角θ２よりも抑制されていることが分かる。
【００６３】
このように、実施例において光の拡がりを抑制できたのは、次の理由によるものと考えられる。
【００６４】
実施例のカラーフィルタ２１Ｒの幅ｗ１（０．７５［μｍ］）は、入射光である赤色光の波長（６００［ｎｍ］）に近い大きさである。これにより、導波路となるカラーフィルタ２１Ｒ内の伝搬モードが、いわゆるシングルモード、またはシングルモードに近い状態であり、その結果として、光の拡がりが抑制されているのである。
【００６５】
詳しく説明すると、シングルモードでは、光の電界強度分布が、ガウシアン分布に近似することが知られている。ガウシアン分布に従えば、導波路内における電界強度は、その中心が最も高く、周辺に行くに従い低くなる。ここで、カラーフィルタ２１Ｒ内（焦点Ｆ１よりも下側）を見て見ると、図３（ｂ）に示すように、中心部分には、太線で囲まれた領域ｓ１〜ｓ３があり、その周りに破線で囲まれた領域、さらにその周りに細線で囲まれた領域があって、中心から周辺に行くに従い電界強度が低くなっている。よって、図３（ｂ）に示す電界強度分布は、ガウシアン分布に近似しているといえ、実施例の伝搬モードは、シングルモード、またはシングルモードに近い状態になっていると考えられる。このようなシングルモードでは、導波路内において、中心部分の光の強度に比べて周辺部分の光の強度が低いので、マルチモードと比べて、光の拡がりが少ないとされている。また、導波路から出力された光が回折により拡がるとしても、周辺部分の光の強度が低いことから回折の影響が小さくなるので、光の拡がりは少なくなるのである。
【００６６】
以上のシミュレーション結果より、光の拡がりの抑制効果を確認することができた。
【００６７】
＜製造方法＞
次に、本実施形態に係る固体撮像装置１の製造方法の一例について説明する。
【００６８】
図４乃至図９は、固体撮像装置１の製造方法を説明するための模式断面図である。図４（ａ）には、固体撮像装置１の上面図と、その上面図のＡ１−Ａ１矢視断面図と、Ｂ１−Ｂ１矢視断面図とが、併記されている。図４（ｂ）、図５乃至図９についても同様である。
【００６９】
《第１の工程》
先ず、シリコン基板２内にフォトダイオード３など各領域を形成する（図４（ａ））。
【００７０】
《第２の工程》
その後、シリコン基板２上に、絶縁膜、転送電極９、配線１１，１２および透明絶縁層１０を形成する（図４（ａ））。
【００７１】
《第３の工程》
次に、カラーフィルタ層２０の作製に入る。
【００７２】
（低屈折率材料形成する第１のサブ工程）
最初に、透明絶縁層１０上全体に、低屈折率材料２２ａを塗布し（図４（ｂ））、低屈折率材料２２ａ上に、レジストパターン４０を形成する（図５（ａ））。
【００７３】
ここでは、低屈折率材料２２ａにおける行列状のカラーフィルタ２１の形成領域Ｋの間の領域を、行間領域Ｇ１〜Ｇ３、および列間領域Ｒ１〜Ｒ３とし、偶数行間毎および偶数列間毎の領域上（行間領域Ｇ２および列間領域Ｒ２上）に、レジストパターン４０が形成されている。
【００７４】
この後、レジストパターン４０を用いて、低屈折率材料２２ａにドライエッチングを行い、カラーフィルタ２１の形成領域Ｋ、行間領域Ｇ１，Ｇ３、および列間領域Ｒ１，Ｒ３の低屈折率材料２２ａを除去する（図５（ｂ））。
【００７５】
このように、低屈折率材料２２ａのカラーフィルタ２１の形成領域Ｋだけでなく行間領域Ｇ１，Ｇ３、列間領域Ｒ１，Ｒ３も一緒に除去することで、除去する領域を広げてエッチングし易くしている。それにより、カラーフィルタ２１の形成領域Ｋを精度よく確保することができ、よって、カラーフィルタ２１を精度よく形成することができるようになる。
【００７６】
（カラーフィルタ形成工程）
先ず、透明絶縁層１０上の低屈折率材料２２ａ以外の領域に、感光剤が含有された緑色のカラーフィルタ材料４１を塗布する（図６（ａ））。その後、カラーフィルタ材料４１をパターン露光し、カラーフィルタ２１Ｇｒ，２１Ｇｂを形成する（図６（ｂ））。
【００７７】
次に、透明絶縁層１０上の、低屈折率材料２２ａおよびカラーフィルタ２１Ｇｒ，２１Ｇｂ以外の領域に、感光剤が含有された青色のカラーフィルタ材料４２を塗布する（図７（ａ））。その後、カラーフィルタ材料４２をパターニングして、カラーフィルタ２１Ｂを形成する（図７（ｂ））。
【００７８】
さらに、透明絶縁層１０上の、低屈折率材料２２ａおよびカラーフィルタ２１Ｇｒ，２１Ｇｂ，２１Ｂ以外の領域に、感光剤が含有された赤色のカラーフィルタ材料４３を塗布する（図８（ａ））。その後、カラーフィルタ材料４３をパターニングして、カラーフィルタ２１Ｒを形成する（図８（ｂ））。
【００７９】
各色のカラーフィルタ２１の形成では、それぞれの幅ｗ１が、マイクロレンズ１４の径ｄ１よりも小さくなるようにしている。なお、各色のカラーフィルタ２１を形成する順番は、これに限定するものではない。
【００８０】
（低屈折率材料形成する第２のサブ工程）
透明絶縁層１０上の、低屈折率材料２２ａおよびカラーフィルタ２１以外の領域に、低屈折率材料２２ａと同じ材料からなる低屈折率材料２２ｂを塗布する（図９（ａ））。この工程を経て、カラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇｒ，２１Ｇｂ，２１Ｂの周囲が、低屈折率材料２２ａ，２２ｂからなる低屈折率材料２２により囲まれる。
【００８１】
《第４の工程》
最後に、カラーフィルタ２１Ｒ，２１Ｇｒ，２１Ｇｂ，２１Ｂ上に、それぞれマイクロレンズ１４を形成する（図９（ｂ））。
【００８２】
以上の工程を経て、固体撮像装置１が作製される。
【００８３】
［第２の実施形態］
＜概略構成＞
次に、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置５１について、図１０を用いて説明する。
【００８４】
図１０（ａ）は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の部分上面図である。図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＡ２−Ａ２線矢視断面図であり、図１０（ｃ）は、図１０（ａ）のＢ２−Ｂ２線矢視断面図である。
【００８５】
第１の実施形態では、カラーフィルタ２１Ｒ〜２１Ｂの厚さが互いに等しい構成とされているのに対して、本実施形態では、カラーフィルタ６１Ｒ〜６１Ｂのうち赤色のカラーフィルタ６１Ｒの厚さｔ２が、緑色および青色のカラーフィルタ６１Ｇｒ〜６１Ｂの厚さｔ３よりも厚い構成とされている点で異なっている。なお、図１に示す固体撮像装置１と同じ構成要素については、簡単のため、同じ符号で示し、その説明を省略する。
＜カラーフィルタ層の構成＞
カラーフィルタ層６０において、赤色のカラーフィルタ６１Ｒおよび他の色のカラーフィルタ６１Ｇｒ〜６１Ｂが、それぞれ透明絶縁層１０上に設けられており、厚さの厚いカラーフィルタ６１Ｒがカラーフィルタ６１Ｇｒ〜６１Ｂよりも上方に突出している。そして、平坦化のため、カラーフィルタ層６０内では、カラーフィルタ６１の周りを囲む低屈折率材料６２が、カラーフィルタ６１Ｒの上面の高さまで充填されている。
【００８６】
このように、カラーフィルタ６１Ｒの厚さを他の色のカラーフィルタ６１Ｇｒ〜６１Ｂの厚さと異なる設定にしたのは次の理由による。
【００８７】
カラーフィルタの厚さは、透過光の波長に応じて設定するのが好ましく、具体的には、カラーフィルタの厚さを透過光の波長の半分の自然数倍に設定するのが好ましい。なお、ここでの「透過光の波長」とは、カラーフィルタを透過する光の代表波長であり、かつカラーフィルタの屈折率を考慮した波長を意味する。
【００８８】
これは、カラーフィルタを透過する光には、カラーフィルタの下面となる界面で反射せずそのまま透過する光と、当該界面で反射しかつカラーフィルタ内において反射を繰り返した後透過する光が混在していて、これらの光に位相差が生じないようにして、透過した光が互いに強め合うようにするためである。その結果、透過光の量を多くすることができるのである。
【００８９】
しかしながら、カラーフィルタの色毎に異なる厚さにすると、カラーフィルタの製造において、厚さの異なるカラーフィルタを形成する毎に平坦化の工程（例えば低屈折率材料を充填する）が必要になるので、その分製造負荷が高くなる。そこで、本実施形態では、製造負荷が高くなるのを抑制するため、カラーフィルタの厚さの種類を少なくして、具体的には２種類（赤色のカラーフィルタと他の色のカラーフィルタと）に分けてそれぞれの厚さを設定した。赤色を他の色と区分した理由は、赤色の光は、他の色の光よりも波長が長く、カラーフィルタを透過するときに回折し易いことから、フォトダイオードに向かう光の量が他の色の光よりも少なくなるので、その分、透過光の量を多くするのが良いからである。なお、透過光の量を多くするという観点では、カラーフィルタの色毎に異なる厚さに設定するのが好ましい。
【００９０】
本実施形態において、赤色のカラーフィルタ６１Ｒの厚さｔ２は０．８〜０．９［μｍ］、緑色のカラーフィルタ６１Ｇｒ，６１Ｇｂおよび青色のカラーフィルタ６１Ｂの厚さｔ３は０．４〜０．６［μｍ］の範囲内で設定するのが好ましい。なお、緑色および青色カラーフィルタを異なる厚さにする場合には、緑色のカラーフィルタ６１Ｇｒ，６１Ｇｂの厚さは０．４〜０．５［μｍ］、青色のカラーフィルタ６１Ｂの厚さは０．５〜０．６［μｍ］の範囲内で設定するのが好ましい。
【００９１】
以上より、固体撮像装置５１は、赤色のカラーフィルタの厚さを透過光の波長に応じて設定することにより、第１の実施形態の固体撮像装置１と比べて、赤色のカラーフィルタを透過光の量を多くすることができ、フォトダイオードへの集光効率が低下するのをより抑制することができる。
【００９２】
＜製造方法＞
次に、本実施形態に係る固体撮像装置５１の製造方法の一例について説明する。
【００９３】
図１１および図１２は、固体撮像装置５１の製造方法を説明するための模式断面図である。
【００９４】
固体撮像装置５１の製造方法は、シリコン基板内に行列状の複数のフォトダイオードなどを形成する第１の工程と、配線が埋設された透明絶縁層１０を形成する第２の工程と、カラーフィルタ６１を有するカラーフィルタ層６０を形成する第３の工程と、マイクロレンズを形成する第４の工程とを有する点で、第１の実施形態における固体撮像装置１の製造方法と共通している。
【００９５】
一方、第１の実施形態における固体撮像装置１の製造方法では、カラーフィルタ２１Ｒ〜２１Ｂの厚さを等しくしているのに対し、固体撮像装置５１の製造方法では、赤色のカラーフィルタ６１Ｒの厚さｔ２を、緑色および青色のカラーフィルタ６１Ｇｒ〜６１Ｂの厚さｔ３よりも厚くしている点で異なっている。なお、図４乃至図９に示す固体撮像装置１の製造方法と同じ工程については、簡単のため、その説明を簡略する。ここでは、第３の工程における、赤色のカラーフィルタ６１Ｒを形成する工程から説明を始める。
【００９６】
《第３の工程》
（赤色のカラーフィルタ形成工程）
透明絶縁層１０、低屈折率材料６２ａ、およびカラーフィルタ６１Ｇｒ，６１Ｇｂ，６１Ｂ上に、感光剤が含有された赤色のカラーフィルタ材料８０を塗布する（図１１（ａ））。ここでは、カラーフィルタ材料８０を、緑色および青色のカラーフィルタ６１Ｇｒ，６１Ｇｂ，６１Ｂの高さよりも高く（透明絶縁層１０からの高さがｔ２に）なるまで塗布する。
【００９７】
その後、カラーフィルタ材料８０をパターニングして、カラーフィルタ６１Ｒを形成する（図１１（ｂ））。
【００９８】
（低屈折率材料形成する第２のサブ工程）
透明絶縁層１０、低屈折率材料６２ａおよびカラーフィルタ６１Ｇｒ，６１Ｇｂ，６１Ｂ上に、低屈折率材料６２ａと同じ材料からなる低屈折率材料６２ｂを塗布する（図１２（ａ））。ここでは、低屈折率材料６２ｂを、カラーフィルタ６１Ｒの上面の高さ（透明絶縁層１０からの高さがｔ２）になるまで塗布し、それによって、カラーフィルタ層６０を平坦化している。この工程を経て、カラーフィルタ６１Ｒ，６１Ｇｒ，６１Ｇｂ，６１Ｂの周囲が、低屈折率材料６２ａ，６２ｂからなる低屈折率材料６２により囲まれる。
【００９９】
《第４の工程》
最後に、カラーフィルタ６１Ｒ，６１Ｇｒ，６１Ｇｂ，６１Ｂ上に、それぞれマイクロレンズ１４を形成する（図１２（ｂ））。
【０１００】
以上の工程を経て、固体撮像装置５１が作製される。
【０１０１】
［第３の実施形態］
＜概略構成＞
次に、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置１５１について、図１３を用いて説明する。
【０１０２】
図１３（ａ）は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の部分上面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＡ３−Ａ３線矢視断面図であり、図１３（ｃ）は、図１３（ａ）のＢ３−Ｂ３線矢視断面図である。
【０１０３】
本実施形態では、赤色のカラーフィルタの厚さが他の色のカラーフィルタの厚さよりも厚い点で、第２の実施形態と共通している。
【０１０４】
一方、第２の実施形態では、低屈折率材料６２を赤色のカラーフィルタ６１Ｒの上面の高さまで充填することにより平坦化されたカラーフィルタ層６０上に、マイクロレンズ１４が設けられている。これに対して、本実施形態では、低屈折率材料１６２が赤色以外のカラーフィルタ１６１Ｇｒ〜１６１Ｂの上面の高さまでしか充填されてなく、赤色のカラーフィルタ１６１Ｒが他の領域よりも突出して凸凹状となるカラーフィルタ層１６０上に、マイクロレンズが設けられている点で異なっている。なお、図１０に示す固体撮像装置５１と同じ構成要素については、簡単のため、同じ符号で示し、その説明を省略する。
【０１０５】
＜カラーフィルタ層の構成＞
本実施形態のカラーフィルタ１６１Ｒの屈折率は１．９、カラーフィルタ１６１Ｇｒ，１６１Ｇｂおよび１６１Ｂの屈折率は１．５である。
【０１０６】
カラーフィルタ層１６０上には、赤色以外のカラーフィルタ１６１Ｇｒ〜１６１Ｂのそれぞれに対応する第１のマイクロレンズ１５４と、赤色のカラーフィルタ１６１Ｒに対応する第２のマイクロレンズ１５５とが設けられている。
【０１０７】
第２のマイクロレンズ１５５の下面には、カラーフィルタ１６１Ｒの突出した部分１６１Ｒ１に対応して凹入された凹部１５５ａがあり、この凹部１５５ａに突出した部分１６１Ｒ１が挿入されている。
【０１０８】
第１および第２のマイクロレンズ１５４，１５５は、屈折率１．５の透明な有機材料で形成されている。したがって、カラーフィルタ１６１Ｒの突出した部分１６１Ｒ１においても、その周囲がカラーフィルタ１６１Ｒよりも低い屈折率の部材で囲まれるので、突出した部分１６１Ｒ１も含めてカラーフィルタ１６１Ｒ全体が導波路となる。
【０１０９】
このように、カラーフィルタの厚さが異なる場合には、厚さの厚いカラーフィルタの一部（厚さの薄いカラーフィルタよりも突出した部分）をマイクロレンズ内に設けてもよい。この場合には、第２の実施形態と同様の効果を得ることができるとともに、カラーフィルタ層とマイクロレンズとを合わせた高さｈ１を、第２の実施形態の場合と比べて、マイクロレンズ内にカラーフィルタの一部を設けた分、低くすることができるので、固体撮像装置を小型化することができる。
【０１１０】
［第４の実施形態］
＜概略構成＞
次に、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置２０１について、図１４を用いて説明する。
【０１１１】
図１４（ａ）は、第４の実施形態に係る固体撮像装置の部分上面図である。図１４（ｂ）は、図１４（ａ）のＡ４−Ａ４線矢視断面図であり、図１４（ｃ）は、図１４（ａ）のＢ４−Ｂ４線矢視断面図である。
【０１１２】
第１の実施形態では、カラーフィルタ２１Ｒ〜２１Ｂの幅が互いに等しい構成とされているのに対して、本実施形態では、カラーフィルタの色毎に幅が異なる構成とされている点で異なっている。なお、図１に示す固体撮像装置１と同じ構成要素については、簡単のため、同じ符号で示し、その説明を省略する。
【０１１３】
＜カラーフィルタ層の構成＞
本実施形態のカラーフィルタ２２１Ｒの屈折率は１．９、カラーフィルタ２２１Ｇｒ，２２１Ｇｂおよび２２１Ｂの屈折率は１．５である。
【０１１４】
カラーフィルタ層２２０では、緑色のカラーフィルタ２２１Ｇｒ，２２１Ｇｂの幅ｗ２Ｇに比べて、青色のカラーフィルタ２２１Ｂの幅ｗ２Ｂ、および赤色のカラーフィルタ２２１Ｒの幅ｗ２Ｒが小さい。なお、幅ｗ２Ｒ，ｗ２Ｂ，ｗ２Ｇは、何れもマイクロレンズ１４の径ｄ１よりも小さい。
【０１１５】
本実施形態において、緑色のカラーフィルタ２２１Ｇｒ，２２１Ｇｂの幅ｗ２Ｇは０．６［μｍ］であり、これに対して、赤色のカラーフィルタ２２１Ｒの幅ｗ２Ｒは０．８［μｍ］、青色のカラーフィルタ２２１Ｂの幅ｗ２Ｂは０．４５［μｍ］である。
【０１１６】
このように、幅ｗ２Ｒ〜ｗ２Ｂを、光の波長（屈折率を考慮）に近い大きさにして、カラーフィルタ２２１Ｒ〜２２１Ｂの伝搬モードをシングルモードに近づけ、それにより、カラーフィルタ２２１Ｒ〜２２１Ｂを通過した光の拡がりを抑制している。
【０１１７】
また、赤色のカラーフィルタ２２１Ｒでは、伝搬モードをシングルモードに近づけることで、フレアが発生するのも抑制している。これについて、以下に詳しく説明する。
【０１１８】
例えばデジタルカメラでは、その筐体内において、カメラレンズと固体撮像装置の間に赤外線カットフィルタが設けられている。この赤外線カットフィルタは、可視光を透過し赤外線を反射するが、可視光でも赤外線の波長に近い赤色の光は入射する角度によっては反射される場合がある。
【０１１９】
カメラレンズから赤外線カットフィルタに入射した光のうち、可視光は透過するが、透過した可視光の一部は、チップ表面のトップレンズ上で反射、回折し、また赤外線カットフィルタ方向に戻り、また赤外線カットフィルタにより、斜め入射の赤色が反射して固体撮像装置に斜め入射し、光電変換領域に入ることでノイズであるフレアが発生する。
【０１２０】
なお、固体撮像装置の青色および緑色の画素では、青色および緑色カラーフィルタが赤色の光を吸収するので、当該斜めに入射してくる赤色の光によりフレアが発生する可能性は低い。一方、赤色の画素では、赤色のカラーフィルタが赤色の光を透過させるので、当該斜めに入射してくる赤色の光によりフレアが発生し易い。
【０１２１】
そこで、赤色のカラーフィルタ２２１Ｒ内の伝搬モードをシングルモードに近づけることにより、当該隙間を通って斜めに入射してきた赤色の光を、カラーフィルタ２２１Ｒ内における光の干渉により消滅させている。これにより、フレアの発生を抑制することができるのである。
【０１２２】
［第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置２５１について、図１５を用いて説明する。
【０１２３】
図１５（ａ）は、第５の実施形態に係る固体撮像装置の部分上面図である。図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＡ５−Ａ５線矢視断面図であり、図１５（ｃ）は、図１５（ａ）のＢ５−Ｂ５線矢視断面図である。
【０１２４】
第４の実施形態では、全てのカラーフィルタ２２１は、その幅がマイクロレンズ１４の径ｄ１よりも小さく、周囲が低屈折率材料２２２で囲まれている。これに対して、本実施形態では、赤色のカラーフィルタ２６１Ｒは、その幅ｗ３がマイクロレンズ１４の径ｄ１よりも小さく、周囲が低屈折率材料２６２で囲まれているものの、緑色および青色のカラーフィルタ２６１Ｇｒ〜２６１Ｂは、その幅ｗ４が径ｄ１と等しく、周囲が低屈折率材料２６２に囲まれていない点で異なっている。なお、図１４に示す固体撮像装置２０１と同じ構成要素については、簡単のため、同じ符号で示し、その説明を省略する。
【０１２５】
このように、固体撮像装置の仕様および用途によっては、赤色のカラーフィルタ２６１Ｒの周りだけを低屈折率材料２６２で囲むようにしても良い。
【０１２６】
本実施形態において、赤色のカラーフィルタ２６１Ｒの幅ｗ３は０．４〜０．６［μｍ］、緑色および青色のカラーフィルタ２６１Ｇｒ〜２６１Ｂの幅ｗ４は１．５［μｍ］である。
【０１２７】
［第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置３０１について、図１６を用いて説明する。
【０１２８】
図１６（ａ）は、第６の実施形態に係る固体撮像装置の部分上面図である。図１６（ｂ）は、図１６（ａ）のＡ６−Ａ６線矢視断面図であり、図１６（ｃ）は、図１６（ａ）のＢ６−Ｂ６線矢視断面図である。
【０１２９】
第４の実施形態では、全てのカラーフィルタ２２１は、その幅がマイクロレンズ１４の径ｄ１よりも小さく、周囲が低屈折率材料２２２で囲まれている。これに対して、本実施形態では、緑色のカラーフィルタ３２１Ｇｒ，３２１Ｇｂは、その幅ｗ５Ｇが径ｄ１と等しく、周囲が低屈折率材料に囲まれていない点、および赤色および青色のカラーフィルタ３２１Ｒ，３２１Ｂは、その幅ｗ５Ｒ，ｗ５Ｂがマイクロレンズ１４の径ｄ１よりも小さく、周囲が、カラーフィルタ３２１Ｇｒ，３２１Ｇｂと同じ緑色のカラーフィルタ材料３２２で囲まれている点で異なっている。なお、図１４に示す固体撮像装置２０１と同じ構成要素については、簡単のため、同じ符号で示し、その説明を省略する。
【０１３０】
本実施形態において、カラーフィルタ３２１Ｒ，３２１Ｂの屈折率は１．６、緑色のカラーフィルタ材料３２２の屈折率は１．２であり、よって、カラーフィルタ３２１Ｇｒ，３２１Ｇｂの屈折率は１．２である。この場合にも、緑色のカラーフィルタ材料３２２の屈折率が、カラーフィルタ３２１Ｒ，３２１Ｂの屈折率よりも低いので、カラーフィルタ３２１Ｒ，３２１Ｂが導波路となり、よって、第４の実施形態のカラーフィルタ２２１Ｒ，２２１Ｂと同様の効果を得ることができる。
【０１３１】
このように、本実施形態では、低屈折率材料として緑色のカラーフィルタ材料を用いるようにしたので、第４の実施形態と比べて、カラーフィルタ層を作製するための材料の種類を少なくすることができ、その分、製造工程を簡略化することができる。
【０１３２】
［第７の実施形態］
次に、本発明の第７の実施形態に係る固体撮像装置３５１について、図１７を用いて説明する。
【０１３３】
図１７（ａ）は、第７の実施形態に係る固体撮像装置の部分上面図である。図１７（ｂ）は、図１７（ａ）のＡ７−Ａ７線矢視断面図であり、図１７（ｃ）は、図１７（ａ）のＢ７−Ｂ７線矢視断面図である。
【０１３４】
本実施形態では、透明絶縁層３７０内のカラーフィルタ３６１とフォトダイオード３との間の領域に、光導波路部３７１がそれぞれ設けられている点で、第１の実施形態と異なっている。なお、図１に示す固体撮像装置１と同じ構成要素については、簡単のため、同じ符号で示し、その説明を省略する。
【０１３５】
光導波路部３７１は、例えば、窒化シリコン（屈折率１．９）で構成されている。
【０１３６】
透明絶縁層３７０において、光導波路部３７１以外の領域は酸化シリコン（屈折率１．４５）で構成されている。よって、光導波路部３７１は、光導波路部３７１よりも屈折率が低い酸化シリコンによって周囲が囲まれるので、酸化シリコンとの界面で光を全反射またはフレネル反射させることができる。
【０１３７】
また、光導波路部３７１の上面３７１ａは、カラーフィルタ３６１の下面と合致するように形成され、下面３７１ｂは、フォトダイオード３の上面と同じ大きさであり、かつ絶縁膜８を挟んで対向するように形成されている。これにより、カラーフィルタ３６１から、光導波路部３７１を経てフォトダイオード３に向かう光が、カラーフィルタ３６１と光導波路部３７１との間、および光導波路部３７１とフォトダイオード３との間で漏れるのを抑制する構成としている。
【０１３８】
このような光導波路部３７１は、例えば、透明絶縁層３７０にドライエッチングによりホールを形成して、形成したホールに窒化シリコンを埋め込むことにより作製することができる。
【０１３９】
本実施形態では、カラーフィルタ３６１とフォトダイオード３との間の、透明絶縁層３７０内に光導波路部３７１を設けたことにより、第１の実施形態の固体撮像装置１と比べて、カラーフィルタから出射された光の拡がりをより抑制することができる。よって、混色が発生するのをより抑制できる。
【０１４０】
図１８は、このような光導波路部を設けた固体撮像装置を用いて、光の拡がりの抑制効果を確認したシミュレーションにより得られた図である。なお、図１８に示す固体撮像装置は、比較のため、図３（ｂ）に示す固体撮像装置と、透明絶縁層１０内に設けられた光導波路部１７を除いて、基本的に同じ構成としている。
【０１４１】
図１８に示すように、カラーフィルタ２１Ｒから出射された光は、そのまま光導波路部１７に入射され、光導波路部１７内で、下方（フォトダイオード３側）へと導かれている。そして、図１８および図３（ｂ）のシミュレーション結果と比べると、図１８に示すシミュレーション結果の方が、カラーフィルタ２１Ｒから出射された光の拡がりが抑制されていることが分かる。
【０１４２】
以上より、透明絶縁層内に光導波路部を設けることにより、カラーフィルタから出射された光の拡がりをより抑制することができることが分かった。
【０１４３】
なお、光導波路部１７内において光が集光されているのは、透明絶縁層１０内に設けられた層内レンズ１６のレンズ効果によるものである。
【０１４４】
以上、本発明に係る固体撮像装置および製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られない。
【０１４５】
［変形例］
例えば、以下のような変形例が考えられる。
【０１４６】
（１）上記実施形態では、ＣＣＤ型の固体撮像装置を用いて説明したが、本発明は、これに限定するものではなく、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置に適用することができる。
【０１４７】
（２）赤色、緑色、青色のカラーフィルタの屈折率は、互いに異なる構成であってもよく、固体撮像装置の仕様または用途に合わせて適宜設定することができる。
【０１４８】
（３）上記実施形態では、低屈折率材料が有機系のガラス材料からなる構成を示したが、これに限定するものではなく、例えば、酸化シリコンを含む無機系の透明材料で構成することもできる。
【０１４９】
（４）上記実施形態では、各色のカラーフィルタの周りを、１種類の低屈折率材料で囲む構成を示したが、これに限定するものではない。例えば、カラーフィルタの色によって異なる低屈折率材料を用いてもよい。
【０１５０】
（５）上記実施形態では、光電変換部がフォトダイオードからなる構成を示したが、光電変換部の構成を限定するものではない。
【０１５１】
（６）上記実施形態では、本発明に係る固体撮像装置の製造方法について説明したが、固体撮像装置の製造方法を特に限定するものではない。固体撮像装置の仕様または用途に合わせて、その製造方法を適宜選択することができる。
【０１５２】
例えば、上記実施形態では、カラーフィルタ層内における低屈折率材料の形成を、第1および第２のサブ工程の２回に分けて行う構成を示したが、低屈折率材料の形成を１回の工程にまとめて行うことができる。この場合、カラーフィルタ形成工程の前に低屈折率材料の形成を行う、またはカラーフィルタ形成工程の後に低屈折率材料の形成を行うこともできる。
【０１５３】
なお、複数種類の低屈折率材料を用いた場合、例えば、カラーフィルタの色によって異なる低屈折率材料にした場合などには、カラーフィルタの色毎に、低屈折率材料を形成する工程が必要になる。
【産業上の利用可能性】
【０１５４】
本発明は、高画質な固体撮像装置を実現するのに有用である。
【符号の説明】
【０１５５】
１    固体撮像装置
Ｆ１，Ｆ２    焦点
２    シリコン基板
３    フォトダイオード
４    転送チャネル
９    転送電極
１０    層間絶縁層
１１，１２  配線
１４    マイクロレンズ
２０    カラーフィルタ層
２１    カラーフィルタ
２２    低屈折率材料
２２ａ，２２ｂ  低屈折率材料
３０    画素
４０    レジストパターン
５１，１００，１５１，２０１，２５１，３０１，３５１    固体撮像装置
６０，１６０，２２０      カラーフィルタ層
６１，１２１，１６１，２２１，２６１，３２１，３６１    カラーフィルタ
６２，１６２，２２２，２６２    低屈折率材料
１５４，１５５  マイクロレンズ
１５５    マイクロレンズ
３７０    透明絶縁層
３７１    光導波路部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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