(57)【要約】【課題】低背化を実現しつつ、集光性の向上を図る。【解決手段】固体撮像装置は、半導体基板２０と、前記半導体基板の表面に形成された受光部３０と、前記半導体基板上に形成された膜１０と、前記受光部の上方における前記膜の表面から内部に形成された導波管１２と、前記導波管内の底部に形成された第１高屈折率層１３と、前記第１高屈折率層上の前記導波管内に形成され、前記第１高屈折率層よりも小さい屈折率を有する色フィルタ１４と、を具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成された受光部と、
前記半導体基板上に形成された膜と、
前記受光部の上方における前記膜の表面から内部に形成された導波管と、
前記導波管内の底部に形成された第１高屈折率層と、
前記第１高屈折率層上の前記導波管内に形成され、前記第１高屈折率層よりも小さい屈折率を有する色フィルタと、
を具備することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記絶縁膜及び前記色フィルタの上方に前記導波管に対応して形成されたマイクロレンズと、
前記色フィルタと前記マイクロレンズとの間の前記導波管内に形成され、前記マイクロレンズよりも大きい屈折率を有する第２高屈折率層と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１高屈折率層と前記色フィルタとの間の前記導波管内に形成され、前記第１高屈折率層よりも小さくかつ前記色フィルタよりも大きい屈折率を有する反射防止層と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１高屈折率層は、前記導波管内の底部から前記導波管内の上部における側面及び前記絶縁膜上まで連続して形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記導波管内の前記第１高屈折率層及び前記色フィルタと前記膜との間に形成された反射膜と、
をさらに具備することを特徴とする請求項１乃至請求項４記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画素構造の導波管内に色フィルタ及び高屈折率層を形成した固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
昨今の固体撮像装置では、高解像度やチップサイズ縮小の要求から画素ピッチの狭化が進み、開口、受光面面積の縮小のため感度や混色の維持が難しくなってきている。また、チップサイズ縮小のため、画素部において配線積層数が増え、マイクロレンズから受光部までの距離が長くなる事で起こる感度低下や混色劣化も問題となっている。そのため、画素ピッチの狭化に伴う画素部の低背化が求められており、下地構造のみならず、色フィルタ層においても低背化が必要になってきている。
【０００３】
下地構造においては、多層配線を受光部の外側に形成する事で、受光部の低背化を実現している。また、受光部上に導波管を形成する事で、感度維持や混色低減が図られている。しかし、色フィルタ層では、顔料、染料及びフォトニックフィルタにおいて所望の分光特性を維持するために、一定の膜厚が必須である。一方、色フィルタ層は、高屈折率層のみで埋め込まれた導波管の上方に形成されている。このような構造の色フィルタ層では、色再現性の観点から分光を維持する必要があるため、膜厚を薄くする事ができない現状がある。従って、画素構造の低背化に限界がある。
【０００４】
特許文献１では、導波管内に色フィルタのみを形成することで、導波管の深さを利用して色フィルタの膜厚を確保するとともに、受光部のさらなる低背化を実現している。しかしながら、色フィルタを通過した光は拡散してしまうため、光を受光部に取り込むことが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２８７８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、低背化を実現しつつ、集光性の向上を図ることが可能な固体撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一視点による固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成された受光部と、前記半導体基板上に形成された膜と、前記受光部の上方における前記膜の表面から内部に形成された導波管と、前記導波管内の底部に形成された第１高屈折率層と、前記第１高屈折率層上の前記導波管内に形成され、前記第１高屈折率層よりも小さい屈折率を有する色フィルタと、を具備する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、低背化を実現しつつ、集光性の向上を図ることが可能な固体撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造を示す断面図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す断面図。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）に続く、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図３（ｃ）は、図３（ｂ）に続く、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図３（ｄ）は、図３（ｃ）に続く、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図３（ｅ）は、図３（ｄ）に続く、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図３（ｆ）は、図３（ｅ）に続く、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図。
【図４】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す断面図。
【図５】図５（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例の製造工程を示す断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）に続く、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例の製造工程を示す断面図、図５（ｃ）は、図５（ｂ）に続く、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例の製造工程を示す断面図。
【図６】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造を示す断面図。
【図７】図７（ａ）は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）に続く、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図７（ｃ）は、図７（ｂ）に続く、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図７（ｄ）は、図７（ｃ）に続く、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図７（ｅ）は、図７（ｄ）に続く、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す断面図。
【図９】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造を示す断面図。
【図１０】図１０（ａ）は、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）に続く、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図１０（ｃ）は、図１０（ｂ）に続く、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図１０（ｄ）は、図１０（ｃ）に続く、本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図。
【図１１】本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す断面図。
【図１２】本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造を示す断面図。
【図１３】図１３（ａ）は、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に続く、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）に続く、本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図。
【図１４】本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す断面図。
【図１５】本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造を示す断面図。
【図１６】図１６（ａ）は、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図、図１６（ｂ）は、図１６（ａ）に続く、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図。
【図１７】本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造を示す断面図。
【図１８】本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程を示す断面図。
【図１９】本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す断面図。
【図２０】本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を以下に図面を参照して説明する。この説明に際し、全図にわたり、共通する部分には共通する参照符号を付す。
【００１１】
［第１の実施形態］
第１の実施形態は、画素構造内に形成された導波管内に高屈折率層／色フィルタが形成される例である。
【００１２】
［構造］
まず、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造について説明する。図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の断面図を示す。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造は、シリコン基板（半導体基板）２０、受光部（例えばフォトダイオード）３０、絶縁膜（膜）１０、配線１１、導波管１２、高屈折率層１３、色フィルタ１４、平坦化層１５及びマイクロレンズ１６で構成されている。
【００１４】
シリコン基板２０の表面に、複数の受光部３０が形成されている。この受光部３０上及びシリコン基板２０上に、絶縁膜１０が形成されている。受光部３０の上方における絶縁膜１０の表面から内部に、導波管１２が設けられている。この導波管１２の周辺の絶縁膜１０内に、複数の配線１１が形成されている。また、導波管１２内の底部に、高屈折率層１３が形成されている。この高屈折率層１３上に、色フィルタ１４が形成され、これら高屈折率層１３及び色フィルタ１４で導波管１２が埋め込まれている。色フィルタ１４上及び絶縁膜１０上の全面に、平坦化層１５が形成されている。この平坦化層１５上に導波管１２に対応して、マイクロレンズ１６が形成されている。
【００１５】
ここで、膜は、絶縁膜１０に限らず、メタル層、半導体層、誘電体層及びこれらの積層膜であってもよい。また、高屈折率層１３の屈折率は、例えば、１．５以上であることが望ましい。さらに、色フィルタ１４の屈折率は、高屈折率層１３の屈折率よりも小さいことが望ましい。
【００１６】
尚、図２に示すように、導波管１２内において、高屈折率層１３及び色フィルタ１４と絶縁膜１０との間に、低屈折率層４０と高屈折率層５０とからなる二重構造の反射膜６０が形成されていてもよい。つまり、導波管１２内の側面及び底面上に低屈折率層４０が形成され、この低屈折率層４０の内側に高屈折率層５０が形成されてもよい。この高屈折率層５０は、高屈折率層１３と同様の材料でもよい。また、低屈折率層４０の屈折率は、高屈折率層５０の屈折率よりも小さいことが望ましい。これら低屈折率層４０と高屈折率層５０との屈折率の違いにより、反射膜６０は光を反射させる。すなわち、導波管１２に入射してきた光は、導波管１２の側面において絶縁膜１０に入射することなく反射し、導波管１２の底部まで進行する。この反射膜６０は、以下の全ての実施形態に適用することができる。
【００１７】
［製造方法］
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造方法について説明する。図３（ａ）乃至（ｆ）は、図１の画素構造の製造工程の断面図を示す。
【００１８】
まず、図３（ａ）に示すように、複数の受光部３０が形成されたシリコン基板２０上に、複数の配線１１と絶縁膜１０とが交互に順次形成される。これにより、この配線１１は、受光部３０の外側の絶縁膜１０の内部に形成される。また、配線１１は、受光部３０の上方以外の領域に形成される。尚、絶縁膜１０の材料としては、例えば、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜などがあげられる。また、配線１１の材料としては、例えば、アルミニウムや銅などがあげられる。
【００１９】
次に、図３（ｂ）に示すように、受光部３０上の絶縁膜１０内に、エッチングにより導波管１２となる溝が形成される。この導波管１２は、配線１１の間に形成される。その後、導波管１２の表面上に、低屈折率層４０と高屈折率層５０との二重構造の層（図示せず）が形成されてもよい。
【００２０】
次に、図３（ｃ）に示すように、導波管１２内に、高屈折率層１３が形成される。これにより、導波管１２は高屈折率層１３で埋め込まれ、かつ、絶縁膜１０上に高屈折率層１３が連続して形成される。
【００２１】
次に、図３（ｄ）に示すように、エッチバックにより絶縁膜１０上及び導波管１２内の上部の高屈折率層１３が除去される。これにより、導波管１２底部のみに高屈折率層１３が残存する。つまり、高屈折率層１３の上面が絶縁膜１０の上面より下に位置される。
【００２２】
次に、図３（ｅ）に示すように、導波管１２内の高屈折率層１３上に、色フィルタ１４が形成される。この色フィルタ１４は、導波管１２内の上部及び絶縁膜１０上に形成されるが、リソグラフィ及びエッチバックにより絶縁膜１０と同じ高さになる。これら高屈折率層１３及び色フィルタ１４で、導波管１２が埋め込まれる。尚、色フィルタ１４の膜厚は、例えば０．４μｍ以上である。この膜厚を確保することで、色フィルタ１４は、顔料、染料及びフォトニックフィルタにおいて所望の分光特性を維持することができる。
【００２３】
次に、図３（ｆ）に示すように、色フィルタ１４及び絶縁膜１０上の全面に平坦化層１５が形成される。これにより、色フィルタ１４及び絶縁膜１０の全面が平坦化される。
【００２４】
次に、図１に示すように、平坦化層１５上に導波管１２に対応して、マイクロレンズ１６が形成される。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造が完成する。
【００２５】
［効果］
上記第１の実施形態によれば、画素構造内に形成された導波管１２内の底部に高屈折率層１３が形成され、この高屈折率層１３上の導波管１２内の上部に色フィルタ１４が形成されることで、導波管１２が埋め込まれている。すなわち、導波管１２内において、色フィルタ１４の下に色フィルタ１４よりも屈折率が大きい高屈折率層１３が形成されている。これにより、マイクロレンズ１６から入射された光が色フィルタ１４を通過することで光拡散が生じても、高屈折率層１３で光拡散を低減することができる。従って、画素構造における集光性の向上を図ることができる。
【００２６】
また、導波管１２内に色フィルタ１４が形成されることで、導波管１２上に色フィルタ１４が形成された従来よりも、マイクロレンズ１６から受光部３０までの距離が短くなり、画素構造の低背化を図ることができる。これにより、画素構造における感度低下や混色劣化を低減することができる。
【００２７】
さらに、上述したように、色再現性の観点から分光を維持する必要性があるため、色フィルタ１４の膜厚は薄くすることができない。しかし、本実施形態においては、色フィルタ１４が導波管１２内に形成されることにより、導波管１２の深さを利用して色フィルタ１４の膜厚を確保することができ、色フィルタ１４における分光特性の維持を図ることができる。
【００２８】
［変形例］
以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例及びその製造方法について説明する。
【００２９】
図４は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す。図４に示すように、本実施形態において、導波管１２内の側面における色フィルタ１４と絶縁膜１０との間及び配線１１の上方における平坦化層１５と絶縁膜１０との間に高屈折率層１３が形成されてもよい。すなわち、高屈折率層１３は、導波管１２内の底部から導波管１２内の上部の側面及び絶縁膜１０上まで連続して形成されてもよい。
【００３０】
図５（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例の製造工程を示す。
【００３１】
まず、本実施形態における図３（ａ）乃至（ｃ）の工程が行われる。
【００３２】
次に、図５（ａ）に示すように、エッチバックにより絶縁膜１０上及び導波管１２内の上部の高屈折率層１３が除去される。このとき、絶縁膜１０上及び導波管１２内の上部の側面の高屈折率材１３は、完全には除去されず、残存する。
【００３３】
次に、図５（ｂ）に示すように、導波管１２内の高屈折率層１３上に、色フィルタ１４が形成される。この色フィルタ１４は、導波管１２内部及び絶縁膜１０上の高屈折率層１３上に形成されるが、リソグラフィ及びエッチバックにより高屈折率層１３と同じ高さになり、導波管１２が埋め込まれる。
【００３４】
次に、図５（ｃ）に示すように、色フィルタ１４及び高屈折率層１３上の全面に平坦化層１５が形成される。
【００３５】
次に、図４に示すように、平坦化層１５上に導波管１２に対応して、マイクロレンズ１６が形成される。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例が完成する。
【００３６】
この変形例においても、上記本実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、画素構造内に形成された導波管内に高屈折率層／反射防止層／色フィルタが形成される例である。尚、ここでは、上記第１の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【００３８】
［構造］
まず、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造について説明する。図６は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の断面図を示す。
【００３９】
図６に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造において、第１の実施形態と異なる点は、高屈折率層１３と色フィルタ１４との間に反射防止層１７が形成されている点である。すなわち、導波管１２内の底部に高屈折率層１３が形成され、この高屈折率層１３上に反射防止層１７が形成されている。そして、この反射防止層１７上に色フィルタ１４が形成されている。従って、高屈折率層１３／反射防止層１７／色フィルタ１４で、導波管１２内が埋め込まれている。
【００４０】
ここで、反射防止層１７の屈折率は、高屈折率層１３の屈折率よりも小さく、色フィルタ１４の屈折率よりも大きいことが望ましい。
【００４１】
［製造方法］
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造方法について説明する。図７（ａ）乃至（ｅ）は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程の断面図を示す。
【００４２】
まず、第１の実施形態における図３の（ａ）乃至（ｃ）の工程が行われる。
【００４３】
次に、図７（ａ）に示すように、絶縁膜１０上及び導波管１２内の上部の高屈折率層１３が除去される。これにより、導波管１２内の底部のみに高屈折率層１３が残存する。
【００４４】
次に、図７（ｂ）に示すように、導波管１２内の高屈折率層１３上及び絶縁膜１０上に、反射防止層１７が形成される。これにより、導波管１２は反射防止層１７で埋め込まれ、かつ、絶縁膜１０上に反射防止層１７が形成される。
【００４５】
次に、図７（ｃ）に示すように、エッチバックにより絶縁膜１０上及び導波管１２内の上部の反射防止層１７が除去される。
【００４６】
次に、図７（ｄ）に示すように、導波管１２内の反射防止層１７上に、色フィルタ１４が形成される。この色フィルタ１４は、導波管１２内部及び絶縁膜１０上の高屈折率層１３上に形成されるが、リソグラフィ及びエッチバックにより絶縁膜１０と同じ高さになり、導波管１２が埋め込まれる。
【００４７】
次に、図７（ｅ）に示すように、色フィルタ１４及び絶縁膜１０上の全面に平坦化層１５が形成される。
【００４８】
次に、図６に示すように、平坦化層１５上に導波管１２に対応して、マイクロレンズ１６が形成される。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造が完成する。
【００４９】
［効果］
上記第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００５０】
さらに、第２の実施形態では、導波管１２内において、高屈折率層１３と色フィルタ１４との間に反射防止層１７が形成されている。この反射防止層１７の屈折率は、高屈折率層１３の屈折率よりも小さく、色フィルタ１４の屈折率よりも大きい。これにより、高屈折率層１３と色フィルタ１４との界面において、屈折率の違いによる光の反射を防止することができる。
【００５１】
［変形例］
以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例及びその製造方法について説明する。
【００５２】
図８は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す。図８に示すように、本実施形態において、導波管１２内の側面における反射防止層１７と絶縁膜１０との間及び色フィルタ１４と絶縁膜１０との間、配線１１の上方における平坦化層１５と絶縁膜１０との間に高屈折率層１３が形成されてもよい。
【００５３】
本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例の製造工程は、第１の実施形態の変形例と同様に行われる。すなわち、図５（ａ）に示すように、絶縁膜１０上及び導波管１２内の上部の高屈折率層１３が除去される際、高屈折率層１３は完全には除去されず、残存する。その後、残存した高屈折率層１３上に、反射防止層１７、色フィルタ１４、平坦化層１５及びマイクロレンズ１６が形成され、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例が完成する。
【００５４】
［第３の実施形態］
第３の実施形態は、画素構造内に形成された導波管内に高屈折率層／色フィルタ／高屈折率層が形成される例である。尚、ここでは、上記第１の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【００５５】
［構造］
まず、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造について説明する。図９は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の断面図を示す。
【００５６】
図９に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造において、第１の実施形態と異なる点は、導波管１２内に形成された色フィルタ１４上に高屈折率層１３’が形成されている点である。すなわち、導波管１２内の底部に高屈折率層１３が形成され、この高屈折率層１３上に色フィルタ１４が形成されている。さらに、この色フィルタ１４上に高屈折率層１３’が形成されている。従って、高屈折率層１３／色フィルタ１４／高屈折率層１３’で、導波管１２内が埋め込まれている。
【００５７】
ここで、高屈折率層１３’は高屈折率層１３と同様の材料でもよいが、これに限らず、屈折率がマイクロレンズ１６より大きければよい。
【００５８】
［製造方法］
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造方法について説明する。図１０（ａ）乃至（ｄ）は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程の断面図を示す。
【００５９】
まず、第１の実施形態における図３（ａ）乃至（ｃ）の工程が行われる。
【００６０】
次に、図１０（ａ）に示すように、絶縁膜１０上及び導波管１２内の上部の高屈折率層１３が除去される。これにより、導波管１２内の底部のみに高屈折率層１３が残存する。
【００６１】
次に、図１０（ｂ）に示すように、導波管１２内の高屈折率層１３上に、色フィルタ１４が形成される。
【００６２】
次に、図１０（ｃ）に示すように、導波管１２内の色フィルタ１４上に、高屈折率層１３’が形成される。この高屈折率層１３’は、エッチバックにより絶縁膜１０と同じ高さまで形成され、導波管１２が埋め込まれる。
【００６３】
次に、図１０（ｄ）に示すように、高屈折率層１３’及び絶縁膜１０上の全面に平坦化層１５が形成される。
【００６４】
次に、図９に示すように、平坦化層１５上に導波管１２に対応して、マイクロレンズ１６が形成される。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造が完成する。
【００６５】
［効果］
上記第３の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６６】
さらに、第３の実施形態では、色フィルタ１４下に高屈折率層１３が形成され、色フィルタ１４上に高屈折率層１３’が形成されている。これにより、マイクロレンズ１６による光拡散を高屈折率層１３’で低減し、色フィルタ１４による光拡散を高屈折率層１３で低減することができる。従って、第１の実施形態よりも画素構造における集光性の向上を図ることができる。
【００６７】
尚、本実施形態の導波管１２内において、高屈折率層１３と色フィルタ１４との間及び高屈折率層１３’と色フィルタ１４との間の少なくとも一方に反射防止層１７が形成されてもよい。この場合、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６８】
［変形例］
以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造及びその製造方法の変形例について説明する。
【００６９】
図１１は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す。図１１に示すように、本実施形態において、導波管１２内の側面における色フィルタ１４と絶縁膜１０との間及び高屈折率層１３’と絶縁膜１０との間、配線１１の上方における平坦化層１５と絶縁膜１０との間に高屈折率層１３が形成されてもよい。
【００７０】
本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例の製造工程は、第１の実施形態と同様に行われる。すなわち、完全には除去されず、残存した高屈折率層１３上に、色フィルタ１４、高屈折率層１３’、平坦化層１５及びマイクロレンズ１６が形成される。
【００７１】
［第４の実施形態］
第４の実施形態は、導波管内に形成された色フィルタが絶縁膜上にも形成される例である。尚、ここでは、上記第１の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【００７２】
［構造］
まず、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造について説明する。図１２は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の断面図を示す。
【００７３】
図１２に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造において、第１の実施形態と異なる点は、導波管１２内に形成された色フィルタ１４が絶縁膜１０上にも形成されている点である。すなわち、導波管１２内の底部に高屈折率層１３が形成され、この高屈折率層１３上に色フィルタ１４が形成されている。従って、高屈折率層１３／色フィルタ１４で導波管１２内が埋め込まれ、さらに色フィルタ１４は導波管１２の周辺部の絶縁膜１０上にも形成されている。ここで、色フィルタ１４は、絶縁膜１０上で隣接する画素の別の色フィルタ１４’と接してもよい。
【００７４】
［製造方法］
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造方法について説明する。図１３（ａ）乃至（ｃ）は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程の断面図を示す。
【００７５】
まず、第１の実施形態における図３（ａ）乃至（ｃ）の工程が行われる。
【００７６】
次に、図１３（ａ）に示すように、絶縁膜１０上及び導波管１２内の上部の高屈折率層１３が除去される。これにより、導波管１２の底部のみに高屈折率層１３が残存する。
【００７７】
次に、図１３（ｂ）に示すように、導波管１２内の高屈折率層１３上に、色フィルタ１４が形成される。この色フィルタ１４は、絶縁膜１０上にも形成されるが、リソグラフィにより絶縁膜１０上の導波管１２の周辺部にのみ残存する。すなわち、色フィルタ１４は、導波管１２内の高屈折率層１３上及び導波管１２の周辺部の絶縁膜１０上に形成される。ここで、色フィルタ１４は、絶縁膜１０上で隣接する画素の別の色フィルタ１４’と接するように形成されてもよい。
【００７８】
次に、図１３（ｃ）に示すように、色フィルタ１４及び１４’、絶縁膜１０上の全面に平坦化層１５が形成される。
【００７９】
次に、図１２に示すように、平坦化層１５上に導波管１２に対応して、マイクロレンズ１６が形成される。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造が完成する。
【００８０】
［効果］
上記第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
さらに、第４の実施形態では、色フィルタ１４を形成する際、エッチバックを行わない。これにより、固体撮像装置の製造工程を削減することができる。
【００８２】
尚、本実施形態の導波管１２内において、高屈折率層１３と色フィルタ１４との間に反射防止層１７が形成されてもよい。この場合、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００８３】
［変形例］
以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造及びその製造方法の変形例について説明する。
【００８４】
図１４は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す。図１４に示すように、本実施形態において、導波管１２内の側面における色フィルタ１４と絶縁膜１０との間及び配線１１の上方における色フィルタ１４及び１４’と絶縁膜１０との間に高屈折率層１３が形成されてもよい。
【００８５】
本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例の製造工程は、第１の実施形態と同様に行われる。すなわち、完全には除去されず、残存した高屈折率層１３上に、色フィルタ１４、平坦化層１５及びマイクロレンズ１６が形成される。
【００８６】
［第５の実施形態］
第５の実施形態は、第４の実施形態の変形例であり、第４の実施形態における平坦化層が形成されず、色フィルタがマイクロレンズで直接覆われる例である。尚、ここでは、上記第４の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【００８７】
［構造］
まず、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造について説明する。図１５は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の断面図を示す。
【００８８】
図１５に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造において、第４の実施形態と異なる点は、色フィルタ１４上及び絶縁膜１０上に、平坦化層１５が形成されていない点である。すなわち、高屈折率層１３／色フィルタ１４で、導波管１２内が埋め込まれ、色フィルタ１４上にマイクロレンズ１６が色フィルタ１４を覆うように直接形成されている。ここで、色フィルタ１４の上面は、図示するように絶縁膜１０の上面よりも上方に突出してもよいし、絶縁膜１０の上面と同じ高さでもよい。
【００８９】
［製造方法］
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造方法について説明する。図１６（ａ）及び（ｂ）は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程の断面図を示す。
【００９０】
まず、第１の実施形態における図３（ａ）乃至（ｃ）の工程が行われる。
【００９１】
次に、図１６（ａ）に示すように、絶縁膜１０上及び導波管１２内の上部の高屈折率層１３が除去される。これにより、導波管１２の底部のみに高屈折率層１３が残存する。
【００９２】
次に、図１６（ｂ）に示すように、導波管１２内の高屈折率層１３上に、色フィルタ１４が形成される。この色フィルタ１４は、絶縁膜１０上にも形成されるが、色フィルタ１４が後に形成されるマイクロレンズ１６で覆われるように、リソグラフィにより除去される。
【００９３】
次に、図１５に示すように、色フィルタ１４上及び絶縁膜１０上に導波管１２に対応して、直接マイクロレンズ１６が形成される。これにより、色フィルタ１４は、マイクロレンズ１６で覆われる。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造が完成する。
【００９４】
［効果］
上記第５の実施形態によれば、第４の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９５】
さらに、第５の実施形態では、色フィルタ１４上に平坦化層１５が形成されない。これにより、第４の実施形態よりも固体撮像装置の製造工程を削減することができる。
【００９６】
尚、本実施形態の導波管１２内において、高屈折率層１３と色フィルタ１４との間に反射防止層１７が形成されてもよい。この場合、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００９７】
また、導波管１２内の側面における色フィルタ１４と絶縁膜１０との間及び配線１１の上方におけるマイクロレンズ１６と絶縁膜１０との間に高屈折率層１３が形成されてもよい。
【００９８】
［第６の実施形態］
第６の実施形態は、高屈折率層上に形成された色フィルタがマイクロレンズの機能を有する例である。尚、ここでは、上記第１の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
【００９９】
［構造］
まず、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造について説明する。図１７は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の断面図を示す。
【０１００】
図１７に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造において、第１の実施形態と異なる点は、マイクロレンズ１６が形成されず、色フィルタ１４がマイクロレンズ１６の機能を有する点である。すなわち、本実施形態では、導波管１２内の底部に形成された高屈折率層１３上及び絶縁膜１０上に、色フィルタ１４が形成されている。そして、この色フィルタ１４は、導波管１２内から絶縁膜１０上まで連続し、絶縁膜１０上で導波管１２に対応して凸型レンズ形状に形成されている。これにより、色フィルタ１４は、第１の実施形態におけるマイクロレンズ１６と同様の機能を有する。ここで、色フィルタ１４は、絶縁膜１０上で隣接する画素の別の色フィルタ１４’と接してもよい。
【０１０１】
［製造方法］
次に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造方法について説明する。図１８は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の製造工程の断面図を示す。
【０１０２】
まず、第１の実施形態における図３（ａ）乃至（ｃ）の工程が行われる。
【０１０３】
次に、図１８に示すように、絶縁膜１０上及び導波管１２内の上部の高屈折率層１３が除去される。これにより、導波管１２内の底部のみに高屈折率層１３が残存する。
【０１０４】
次に、図１７に示すように、導波管１２内の高屈折率層１３上及び絶縁膜１０上に、色フィルタ１４が形成される。この色フィルタ１４は、リソグラフィにより絶縁膜１０上において、導波管１２に対応して凸型レンズ形状に形成される。このようにして、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造が完成する。
【０１０５】
［効果］
上記第６の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０６】
さらに、本実施形態では、導波管１２内の底部に高屈折率層１３が形成された後、この高屈折率層１３上及び絶縁膜１０上に色フィルタ１４が形成される。この色フィルタ１４は絶縁膜１０表面上において導波管１２に対応して凸型レンズ形状に形成されるため、マイクロレンズ１６と同様の機能を有する。これにより、後にマイクロレンズ１６を形成する必要がなくなり、固体撮像装置の製造工程を削減することができる。
【０１０７】
尚、図１９に示すように、本実施形態においては、色フィルタ１４が形成された後に、色フィルタ１４上に保護層１８が形成される場合がある。この保護層１８の屈折率は、色フィルタ１４の屈折率よりも小さく、空気中の屈折率よりも大きい。これにより、色フィルタ１４と空気との界面において、屈折率の違いによる光の反射を防止することができる。さらに、この保護層１８が形成されることで、色フィルタ１４の表面を保護することもできる。
【０１０８】
また、本実施形態の導波管１２内において、高屈折率層１３と色フィルタ１４との間に反射防止層１７が形成されてもよい。この場合、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０９】
［変形例］
以下に、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造及びその製造方法の変形例について説明する。
【０１１０】
図２０は、本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例を示す。図２０に示すように、本実施形態において、導波管１２内の側面における色フィルタ１４と絶縁膜１０との間及び配線１１の上方における色フィルタ１４及び１４’と絶縁膜１０との間に高屈折率層１３が形成されてもよい。
【０１１１】
本実施形態に係る固体撮像装置の画素構造の変形例の製造工程は、第１の実施形態と同様に行われる。すなわち、完全には除去されず、残存した高屈折率層１３上に、色フィルタ１４が形成され、この色フィルタ１４は絶縁膜１０上で凸型レンズ形状に形成される。尚、上述したように、色フィルタ１４上に保護層１８が形成されてもよい。
【０１１２】
その他、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で、種々に変形することが可能である。さらに、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
【符号の説明】
【０１１３】
１０…絶縁膜、１１…配線、１２…導波管、１３，１３’，５０…高屈折率層、１４，１４’…色フィルタ、１５…平坦化層、１６…マイクロレンズ、１７…反射防止層、１８…保護層、２０…シリコン基板、３０…受光部、４０…低屈折率層、６０…反射膜。
【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】
2010199299.tif 000010
【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】
2010199299.tif 000019
【図１８】
2010199299.tif 000020
【図１９】
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【図２０】
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