(57)【要約】【課題】画素サイズが微細になっても、高感度を実現できる固体撮像装置およびその製造方法を提供する。【解決手段】複数の画素が配列され、入射光を電気信号に変換する受光部を前記画素毎に備える固体撮像装置であって、対応する前記画素における前記受光部の上部に形成され、第１および第２のカラーフィルタ部からなるカラーフィルタを備え、前記第１カラーフィルタ部は、前記画素の面方向における前記カラーフィルタの中心部に形成され、前記第２のカラーフィルタ部は、前記画素の面方向における前記第１のカラーフィルタ部の周辺部に形成され、前記第１のカラーフィルタ部と略同じ分光特性を有し、前記第１のカラーフィルタ部の屈折率は、前記第２のカラーフィルタ部の屈折率よりも高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が配列され、入射光を電気信号に変換する受光部を前記画素毎に備える固体撮像装置であって、
対応する前記画素における前記受光部の上部に形成され、第１および第２のカラーフィルタ部からなるカラーフィルタを備え、
前記第１カラーフィルタ部は、前記画素の面方向における前記カラーフィルタの中心部に形成され、
前記第２のカラーフィルタ部は、前記複数の画素の面方向における前記第１のカラーフィルタ部の周辺部に形成され、前記第１のカラーフィルタ部と略同じ分光特性を有し、
前記第１のカラーフィルタ部の屈折率は、前記第２のカラーフィルタ部の屈折率よりも高い
固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１のカラーフィルタ部の屈折率と前記第２のカラーフィルタ部の屈折率との比は１．０４以上である
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１のカラーフィルタ部は、前記複数の画素の面方向における幅が前記受光部から前記対応する画素へ向かって小さくなる
請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２のカラーフィルタ部は、さらに、前記複数の画素の法線方向における前記第１のカラーフィルタ部の上部にも形成されている
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記複数の画素のうち隣接する一方の画素における前記第２のカラーフィルタと隣接する他方の画素における前記第２のカラーフィルタとは互いに接している
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記複数の画素の面方向における前記カラーフィルタの幅は、前記複数の画素の法線方向における上部の方が下部よりも小さい
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第１のカラーフィルタ部は、染料を含む材質から構成され、前記第２のカラーフィルタ部は顔料を含む材質から構成される
請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１のカラーフィルタ部と前記第２のカラーフィルタ部とはともに染料を含む材質から構成され、
前記第１のカラーフィルタ部における染料の濃度は、前記第２のカラーフィルタ部における染料の濃度よりも高い
請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記固体撮像装置は、さらに、
前記カラーフィルタの上に形成された透明膜と、
前記透明膜の上に形成されたマイクロレンズとを備える
請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第１のカラーフィルタ部および前記第２のカラーフィルタ部の分光特性は、前記複数の画素のうち隣接する画素どうしで互いに異なる
請求項１〜９のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
複数の画素が配列され、入射光を電気信号に変換する受光部を前記画素毎に備える固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板に画素を構成する受光部を形成する工程と、
前記対応する画素における前記受光部の上部に、第１および第２のカラーフィルタ部からなるカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程とを含み、
前記カラーフィルタ形成工程は、前記画素の面方向における前記カラーフィルタの中心部に前記第１のカラーフィルタを形成する第１の工程と、
前記画素の面方向における前記第１カラーフィルタ部の周辺部に、前記第１のカラーフィルタ部と略同じ分光特性を有する第２のカラーフィルタを形成する第２の工程とを含み、
前記第１の工程において、前記第１のカラーフィルタ部の屈折率を前記第２のカラーフィルタ部の屈折率よりも高く形成する
製造方法。
【請求項１２】
前記第１の工程において、前記第１のカラーフィルタ部を、前記複数の画素の面方向における幅が前記受光部から前記対応する画素へ向かって小さくなるように形成する
請求項１１に記載の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の工程において、前記第１のカラーフィルタ部となる感光性材料にデフォーカス露光を施すことにより、前記第１のカラーフィルタ部を形成する
請求項１２に記載の製造方法。
【請求項１４】
前記第２の工程において、さらに、前記第２のカラーフィルタ部を、前記複数の画素の法線方向における前記第１のカラーフィルタ部の上部にも形成する
請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１５】
前記カラーフィルタ形成工程では、前記複数の画素の面方向における前記カラーフィルタの幅を、前記複数の画素の法線方向における上部の方が下部よりも小さくなるように形成する
請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１６】
前記第１の工程において、前記第１のカラーフィルタ部を、染料を含む材質で形成し、
前記第２の工程において、前記第２のカラーフィルタ部を前記材質から前記染料を染み出させることにより形成する
請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１７】
さらに、
前記カラーフィルタ上に透明膜を形成する工程と、
前記透明膜の上にマイクロレンズを形成する工程とを含む
請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に関し、特に複数の画素が配列され、入射光を電気信号に変換する受光部を前記画素毎に備える固体撮像装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置のチップサイズの小型化および画素数の増大に伴って、デジタルスチルカメラ、デジタルムービーカメラおよびカメラ付き携帯電話機等の小型化および高性能化が進んでいる。また固体撮像装置では、カメラの解像度を高めるべく高画素化が、カメラ光学系の小型化に伴いチップサイズの小型化が図られており、その画素サイズは、ますます小さくなっている。
【０００３】
一方、画素サイズが小さくなってきているにも関わらず、低照度時であっても高感度で撮像したいという市場の要望がある。そのため、画素における受光部への集光効果を上げるべく各種のマイクロレンズ構造が提案されている。
【０００４】
しかしながら、画素サイズの微細化が進むと、マイクロレンズ構造だけの集光効果では不十分となってしまう。すなわち画素サイズが小さくなると、相対的に受光部からマイクロレンズまでの距離が長くなり、マイクロレンズで集光した光が、受光部で集光しにくくなる。また、受光部に集光させることができても、カメラレンズのＦ値が小さいと斜入射光に対して、感度低下が大きくなる。ここで、Ｆ値とは、レンズの明るさを表し、焦点距離を有効口径で割ることで求めることができる。Ｆ値は、数字が小さくなるほど斜め光からの光も入射し、明るいことを表す。
【０００５】
また、固体撮像装置では一般的にカラーフィルタを有し、カラーフィルタは、一般的に色素を含有する感光性樹脂をフォトリソグラフィーによってパターン化されることで形成される。ここで、カラーフィルタとは、可視光における特定の波長域の光を通過させるフィルタである。また、カラーフィルタの色材には、一般的には顔料系色材が用いられることが多い。ここで、顔料とは、着色する色材として利用され、水や油脂、アルコール、有機薬品などにとけない不透明な色素が微粉末状になったものである。しかしながら、画素サイズの縮小化が進むと顔料粒子による光の散乱は避けられず、画素毎の感度バラツキが大きくなり画質を損ねてしまう。その対策として、カラーフィルタの色材に染料を用いることが提案されているが、加熱するまたは溶剤に浸すと染料が周辺画素へ染み出してしまうという課題がある。ここで、染料とは、着色する色材として利用され、水や油脂などにとけるものである。以下に、感光性を有する色素材料を用いた従来の固体撮像装置について、説明する。
【０００６】
図１２は、従来の固体撮像装置の断面図である。図１２に示す固体撮像装置８００は、半導体基板８１１と、受光部８１２と、転送電極８１３と、平坦化膜８１４と、カラーフィルタ８１５Ｇおよび８１５Ｒと、マイクロレンズ下平坦化層８１７と、マイクロレンズ８１８とを備える。図１２に示すように、固体撮像装置８００では、半導体基板８１１に複数の受光部８１２が形成され、複数の受光部８１２の間における半導体基板８１１上に転送電極８１３が形成されている。また、転送電極８１３により形成された凸部を埋めるように、半導体基板８１１上に平坦化膜８１４が形成されており、平坦化膜８１４上には、ペースト化された顔料を含有する樹脂からなるカラーフィルタ８１５Ｒおよび８１５Ｇが形成されている。また、カラーフィルタ８１５Ｒおよび８１５Ｇ上には、マイクロレンズ下平坦化層８１７が形成されており、マイクロレンズ下平坦化層８１７上には、マイクロレンズ８１８が形成されている。
【０００７】
図１３Ａ〜図１３Ｄは、従来の固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
まず、図１３Ａに示すように、半導体基板８１１に受光部８１２と転送電極８１３とを選択的に形成し、半導体基板８１１上に転送電極８１３により形成された凸部を平坦化するための平坦化膜８１４を形成する。次に、図１３Ｂに示すように、平坦化膜８１４上に、色素が含有された感光性樹脂を塗布し、マスクを介して露光した後、現像を行い、第１のカラーフィルタ８１５Ｇであるグリーンパターンを形成する。次に、図１３Ｃに示すように、平坦化膜８１４および第１のカラーフィルタ８１５Ｇ上に、色素が含有された感光性樹脂を塗布し、マスクを介して露光した後、現像を行い、第２のカラーフィルタ８１５Ｒであるレッドパターンを形成する。なお、図１３Ａ〜図１３Ｄでは省略されているが、ブルーフィルタもレッドフィルタである第２のカラーフィルタ８１５Ｒと同様に形成する。その後、図１３Ｄに示すように、マイクロレンズ下平坦化層８１７および各受光部８１２に対応した位置にマイクロレンズ８１８を形成する。以上のようにして、固体撮像装置８００を製造する。
【０００８】
そして、この従来の固体撮像装置８００に対して、集光力向上を図るための構造として、カラーフィルタ周辺に屈折率の異なる透過性領域を有し、カラーフィルタ光導波路の役割を担う構造も提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００９】
図１４は、上記特許文献１に開示される固体撮像装置の構造を示す断面図である。なお、カラーフィルタ以外の部分は図１２に示した固体撮像装置８００と同様の構成であり、同一の符号を付している。以下、この固体撮像装置９００のカラーフィルタ部分について説明する。固体撮像装置９００では、透過性領域部９１６は、形成されるべきカラーフィルタ８１５Ｇおよび８１５Ｒの周辺全体にわたって、透過性材料がパターニングされて平坦化膜８１４上に形成されている。その後、前述同様、塗布、露光、現像の工程を施して、各受光部に対応するカラーフィルタ８１５Ｇおよび８１５Ｒが形成されている。このように構成される固体撮像装置９００は、透過性領域部９１６が形成されるパターンで合わせ精度が決まる。そのため、カラーフィルタ８１５Ｇおよび８１５Ｒ作成時の合わせ精度が低くても、各カラーフィルタ間合わせのバラツキがなくなり、合わせズレに対する混色を防止することができる。
【００１０】
また、固体撮像装置９００では、カラーフィルタ８１５Ｇおよび８１５Ｒの外周側面部に透過性材料で形成される光導波路を備えるので、混色を防止できるだけでなく集光力を向上できるので高感度化が実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００７−１４７７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、画素サイズが微細になってくると、図１２に示した従来の固体撮像装置８００では、マイクロレンズ８１８だけでは集光させることができないため、高感度が実現できない。また、カラーフィルタ８１５Ｇおよび８１５Ｒを形成する樹脂は、ペースト化された顔料を含有するため、薄膜化が進み含有する顔料が多くなると、顔料の凝集が起こりやすくなる。すなわち、顔料粒子径のバラツキによりＳ／Ｎ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）が悪化する。また、カラーフィルタ８１５を形成する樹脂を染料タイプにすると耐性が悪くなり染料が周辺画素に染み出してしまうという問題もある。
【００１３】
また、図１４に示した固体撮像装置９００では、カラーフィルタ８１５を透過する光以外に、カラーフィルタ８１５周辺の透過性領域から入射する光がある。そのため、各受光部に入射する光の透過率が可視光全波長で高くなってしまうので、色変調度および色再現性を大きく悪化させてしまうという問題がある。
【００１４】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、画素サイズが微細になっても、高感度を実現できる固体撮像装置およ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】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の固体撮像装置は、複数の画素が配列され、入射光を電気信号に変換する受光部を前記画素毎に備える固体撮像装置であって、対応する前記画素における前記受光部の上部に形成され、第１および第２のカラーフィルタ部からなるカラーフィルタを備え、前記第１カラーフィルタ部は、前記画素の面方向における前記カラーフィルタの中心部に形成され、前記第２のカラーフィルタ部は、前記複数の画素の面方向における前記第１のカラーフィルタ部の周辺部に形成され、前記第１のカラーフィルタ部と略同じ分光特性を有し、前記第１のカラーフィルタ部の屈折率は、前記第２のカラーフィルタ部の屈折率よりも高い。
【００１６】
この構成により、内側層である第１のカラーフィルタ部と周辺側層である第２のカラーフィルタ部とで屈折率に差を持たせる構造にすることにより、カラーフィルタ自身に集光効果を持たせることができる。すなわち、カラーフィルタに光を集光させるレンズ機能や、光を導く光導波路機能を持たせることができるので、画素サイズが微細になっても、より高感度を実現できる固体撮像装置を提供することができる。
【００１７】
また、前記第１のカラーフィルタ部の屈折率と前記第２のカラーフィルタ部の屈折率との比は１．０４以上であるのが好ましい。
【００１８】
その屈折率差は、カメラレンズのＦが開放端で使用される場合は、Ｆ２程度までは想定される。Ｆ２時の最大入射角度は、１４度であるため、カラーフィルタの側壁には、９０度−１４度＝７６度で入射される光がある。その光を全反射させるためには、内側層の屈折率をＮｕ、周辺側層の屈折率をＮｓとすると、スネルの法則から、
Ｎｕ×ｓｉｎ（７６度）＝Ｎｓ×ｓｉｎ（９０度）
ここで、ｓｉｎ（９０度）＝１なので、
Ｎｕ／Ｎｓ＝１／ｓｉｎ（７６度）＝１．０３１
したがって、Ｎｕ／Ｎｓ＞１．０４であれば、十分な効果が発揮できる。
【００１９】
また、前記第１のカラーフィルタ部は、染料を含む材質から構成され、前記第２のカラーフィルタ部は顔料を含む材質から構成されるとしてもよい。
【００２０】
この構成により、内側層である第１のカラーフィルタ部を染料タイプ、周辺側層である第２のカラーフィルタ部を顔料タイプにすることにより、染料の色抜けを防止できるので、耐性に優れ、高Ｓ／Ｎの固体撮像装置を実現できる。
【００２１】
また、上記目的を達成するために、本発明の製造方法は、複数の画素が配列され、入射光を電気信号に変換する受光部を前記画素毎に備える固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板に画素を構成する受光部を形成する工程と、前記対応する画素における前記受光部の上部に、第１および第２のカラーフィルタ部からなるカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程とを含み、前記カラーフィルタ形成工程は、前記画素の面方向における前記カラーフィルタの中心部に前記第１のカラーフィルタを形成する第１の工程と、
前記画素の面方向における前記第１カラーフィルタ部の周辺部に、前記第１のカラーフィルタ部と略同じ分光特性を有する第２のカラーフィルタを形成する第２の工程とを含み、前記第１の工程において、前記第１のカラーフィルタ部の屈折率を前記第２のカラーフィルタ部の屈折率よりも高く形成する。
【００２２】
また、このような効果を有する固体撮像装置を備えるカメラでは、高感度化、高色再現性、かつシェーディングを抑え、画像の質を向上することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、画素サイズが微細になっても、高感度を実現できる固体撮像装置およびその製造方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の断面図である。
【図２】実施の形態１の固体撮像装置におけるカラーフィルタの機能を示す図である。
【図３Ａ】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｂ】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｃ】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｄ】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図３Ｅ】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態２における固体撮像装置の断面図である。
【図５】実施の形態２の固体撮像装置におけるカラーフィルタの機能を示す図である。
【図６】射出瞳距離の短いカメラレンズの概念図である。
【図７】本発明の実施の形態３における固体撮像装置の断面図である。
【図８】実施の形態３の固体撮像装置におけるカラーフィルタの機能を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３の変形例１における固体撮像装置の断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態３の変形例２における固体撮像装置の断面図である。
【図１１】レンズ機能または導波路機能を有するカラーフィルタ周辺側層の形状の１例を示す図である。
【図１２】従来の固体撮像装置の断面図である。
【図１３Ａ】従来の固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図１３Ｂ】従来の固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図１３Ｃ】従来の固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図１３Ｄ】従来の固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図１４】他の従来例における固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の構成について説明する。ここでは、カラーフィルタが原色フィルタのグリーン市松模様のベイヤ配列に形成されるとして以下説明する。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の断面図である。
図１に示す固体撮像装置１００は、半導体基板１１と、受光部１２と、転送電極１３と、平坦化膜１４と、カラーフィルタ１５Ｇおよび１５Ｒと、マイクロレンズ下平坦化層１７と、マイクロレンズ１８とを備える。
【００２８】
受光部１２は、例えば入射する光の光量に応じて電荷を生じさせるフォトダイオードであり、半導体基板１１に複数形成されている。
【００２９】
転送電極１３は、受光部１２において生じた電荷を転送するためのものであり、半導体基板１１上の隣りあう受光部１２の間に形成されている。
【００３０】
平坦化膜１４は、透光性を有する材料からなり、転送電極１３により生じた凸部を埋めて平坦になるように形成されている。
【００３１】
カラーフィルタ１５Ｇは、固体撮像装置１００における対応する画素の位置の平坦化膜１４上に形成され、例えば顔料など色素が含有された樹脂からなる緑の光を透過するグリーンフィルタである。カラーフィルタ１５Ｇは、カラーフィルタ内側層１５１Ｇとカラーフィルタ周辺側層１５２Ｇとで構成されている。
【００３２】
カラーフィルタ内側層１５１Ｇは、対応する画素の位置における平坦化膜１４上に、その画素サイズより０．３μｍ程度小さいサイズ（内側層と呼ぶ）でグリーンフィルタとして形成されている。なお、カラーフィルタ内側層１５１Ｇは、対応する画素の位置の画素サイズより小さいサイズであればよく、上述した数値に限定されない。
【００３３】
カラーフィルタ周辺側層１５２Ｇは、半導体基板１１の主面の方向におけるカラーフィルタ内側層１５１Ｇの外側すなわちカラーフィルタ内側層１５１Ｇの周辺側層に画素サイズと概ね合うサイズとなるようカラーフィルタ内側層１５１Ｇと屈折率の違う材質でかつ同一系統色のグリーンフィルタが形成されている。半導体基板１１の主面の法線方向におけるカラーフィルタ周辺側層１５２Ｇの高さ（厚さ）は、カラーフィルタ内側層１５１Ｇの高さ（厚さ）と同じに形成されている。なお、ここで、同一系統色とは略同じ分光特性を有していると同義である。
【００３４】
また、カラーフィルタ内側層１５１Ｇとカラーフィルタ周辺側層１５２Ｇとでは、材質の違いのため、屈折率に差があり、カラーフィルタ内側層１５１Ｇの方がカラーフィルタ周辺側層１５２Ｇより屈折率が高い。そして、その屈折率の比は１．０４以上であることが好ましい。例えば、カラーフィルタ内側層１５１Ｇの屈折率が１．６、カラーフィルタ周辺側層１５２Ｇの屈折率が１．５であれば、その比は１．０６７となり、カラーフィルタ１５Ｇは、緑の光を集光させるレンズ機能または緑の光を導く導波路機能を持つことになる。
【００３５】
なお、それら屈折率差は、カメラレンズのＦが開放端で使用される場合は、Ｆ２程度までと想定される。Ｆ２時の最大入射角度は、１４度であるため、カラーフィルタ周辺側層１５２の側壁には、９０度−１４度＝７６度で入射される光がある。その光を全反射させるためには、内側層の屈折率をＮｕ、周辺側層の屈折率をＮｓとすると、スネルの法則から、
Ｎｕ×ｓｉｎ（７６度）＝Ｎｓ×ｓｉｎ（９０度）
ここで、ｓｉｎ（９０度）＝１なので、
Ｎｕ／Ｎｓ＝１／ｓｉｎ（７６度）＝１．０３１
したがって、Ｎｕ／Ｎｓ＞１．０４であれば、十分な効果が発揮できる。
【００３６】
同様にして、カラーフィルタ１５Ｒが形成されている。すなわち、カラーフィルタ１５Ｒは、固体撮像装置１００における対応する画素の位置の平坦化膜１４上に形成され、例えば顔料など色素が含有された樹脂からなる赤の光を透過するレッドフィルタである。カラーフィルタ１５Ｒは、カラーフィルタ内側層１５１Ｒとカラーフィルタ周辺側層１５２Ｇとで構成されている。
【００３７】
カラーフィルタ内側層１５１Ｒは、対応する画素の位置における平坦化膜１４上に、その画素サイズより０．３μｍ程度小さいサイズ（内側層と呼ぶ）でレッドフィルタとして形成されている。
【００３８】
カラーフィルタ周辺側層１５２Ｒは、半導体基板１１の主面の方向におけるカラーフィルタ内側層１５１Ｒの外側すなわちカラーフィルタ内側層１５１Ｒの周辺側層に画素サイズと概ね合うサイズとなるよう形成されている。カラーフィルタ周辺側層１５２Ｒは、カラーフィルタ内側層１５１Ｒと屈折率の違う材質でかつ同一系統色のレッドフィルタとして形成されている。半導体基板１１の主面の法線方向におけるカラーフィルタ周辺側層１５２Ｒの高さ（厚さ）は、カラーフィルタ内側層１５１Ｒの高さ（厚さ）と同じに形成されている。
【００３９】
また、カラーフィルタ内側層１５１Ｒとカラーフィルタ周辺側層１５２Ｒとでは、材質の違いのため、屈折率に差がある。そして、カラーフィルタ内側層１５１Ｒの方がカラーフィルタ周辺側層１５２Ｒより屈折率が高い。また、その屈折率の比は１．０４以上であることが好ましい。それにより、カラーフィルタ１５Ｒは、赤の光を集光させるレンズ機能または赤の光を導く導波路機能を持つことになる。
【００４０】
なお、図１には示されていないが、カラーフィルタ１５Ｂが同様に形成されている。また、カラーフィルタ１５Ｇ、１５Ｒおよび１５Ｂは、対応する画素すなわち対応する受光部１２に対応して配列されており、例えばグリーン市松模様のベイヤ配列で配列されている。そのため、図１はカラーフィルタ１５Ｂが図示されない方向における断面図となっている。以下同様であるので、カラーフィルタ１５Ｂについての説明を省略する。
【００４１】
マイクロレンズ下平坦化層１７は、カラーフィルタ１５Ｒおよび１５Ｇ上に形成される。そして、マイクロレンズ下平坦化層１７の上面は凸形状のほとんどないほぼ平面になっている。
【００４２】
マイクロレンズ１８は、例えば透明樹脂などからなる微細なレンズであり、マイクロレンズ下平坦化層１７の上面に形成されている。
【００４３】
以上のように、固体撮像装置１００は構成される。
図２は、実施の形態１の固体撮像装置におけるカラーフィルタの機能を示す図である。
【００４４】
固体撮像装置１００では、図２に示すように、違う屈折率材料で形成されたカラーフィルタ周辺側層１５２とカラーフィルタ内側層１５１とで１画素内のカラーフィルタ１５を構成する。それによりカラーフィルタ１５は、光を集光させるレンズ機能または光を導く導波路機能を持つことになり、画素サイズが微細になりマイクロレンズ１８では集光しきれない光を有効に集光させることができる。そのため固体撮像装置１００は、より高感度化を実現できる。
【００４５】
次に、以上のような構成の固体撮像装置１００の製造方法について図３を参照しながら説明する。
【００４６】
図３Ａ〜図３Ｅは、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【００４７】
まず、図３Ａに示すように、半導体基板１１に受光部１２と転送電極１３と平坦化膜１４とを形成した後、平坦化膜１４上に、色素が含有された感光性樹脂を塗布し、マスクを介して露光した後、その感光性樹脂の現像を行うことでカラーフィルタ内側層１５１Ｇを形成する。ここでは、グリーン（緑）の色素を含有したカラーフィルタ内側層１５１Ｇを対応する画素のサイズより例えば０．３μｍ程度小さいパターンで形成する。
【００４８】
次に、図３Ｂに示すように、平坦化膜１４上に、カラーフィルタ内側層１５１Ｇの色素（グリーン）と同一系統色の色材を有する感光性樹脂を塗布し、マスクを介して露光した後、その感光性樹脂の現像を行うことでカラーフィルタ周辺側層１５２Ｇを形成する。ここでは、グリーン（緑）の色素を含有したカラーフィルタ周辺側層１５２Ｇを対応する画素のサイズとほぼ同等になるパターンで形成する。
【００４９】
次に、図３Ｃに示すように、平坦化膜１４上に、レッド（赤）の色素が含有した感光性樹脂を塗布し、マスクを介して露光した後、その感光性樹脂の現像を行うことでカラーフィルタ内側層１５１Ｒを形成する。ここでは、レッド（赤）の色素を含有したカラーフィルタ内側層１５１Ｒを対応する画素サイズより例えば０．３μｍ程度小さいパターンで形成する。
【００５０】
次に、図３Ｄに示すように、平坦化膜１４上にカラーフィルタ内側層１５１Ｒの色素（レッド）と同一系統色の色材を有する感光性樹脂を塗布し、マスクを介して露光した後、その感光性樹脂の現像を行うことでカラーフィルタ周辺側層１５２Ｒを形成する。ここでは、レッド（赤）の色素を含有したカラーフィルタ周辺側層１５２Ｒを対応する画素のサイズとほぼ同等になるようにパターンで形成する。
【００５１】
その後、図３Ｅに示すように、カラーフィルタ内側層１５１Ｒおよびカラーフィルタ周辺側層１５２Ｒから構成されるカラーフィルタ１５Ｒと、カラーフィルタ内側層１５１Ｇおよびカラーフィルタ周辺側層１５２Ｇから構成されるカラーフィルタ１５Ｇとにマイクロレンズ下平坦化層１７を形成する。そして、マイクロレンズ下平坦化層１７上の各受光部１２に対応した位置にマイクロレンズ１８を形成する。
【００５２】
以上のように、固体撮像装置１００を製造する。
【００５３】
（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１で説明したカラーフィルタ１５（カラーフィルタ１５Ｒおよびカラーフィルタ１５Ｇ）の別の態様について説明する。
【００５４】
図４は、本発明の実施の形態２における固体撮像装置の断面図である。なお、図１と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００５５】
図４に示す固体撮像装置２００は、実施の形態１に係る固体撮像装置１００に対して、カラーフィルタ１５Ｒを構成するカラーフィルタ内側層１５５Ｒおよびカラーフィルタ周辺側層１５６Ｒと、カラーフィルタ１５Ｇを構成するカラーフィルタ内側層１５５Ｇおよびカラーフィルタ周辺側層１５６Ｇとの構成が異なる。
【００５６】
カラーフィルタ内側層１５５Ｒおよびカラーフィルタ内側層１５５Ｇは、その幅が半導体基板１１面から上方に向けて狭くなる順テーパ形状で構成されている。この形状を有するカラーフィルタ内側層１５５Ｒおよびカラーフィルタ内側層１５５Ｇは、形成する際に、露光時のフォーカスをデフォーカスにすることにより、容易に形成することができる。
【００５７】
また、カラーフィルタ周辺側層１５６Ｒおよびカラーフィルタ周辺側層１５６Ｇは、図４に示すように、カラーフィルタ内側層１５５Ｒおよびカラーフィルタ内側層１５５Ｇの順テーパ形状を覆うように、それらの周辺側層に形成されている。なお、その他については、カラーフィルタ内側層１５１Ｒおよびカラーフィルタ周辺側層１５２Ｒと、カラーフィルタ内側層１５１Ｇおよびカラーフィルタ周辺側層１５２Ｇと同様であるため説明を省略する。
【００５８】
以上のように、固体撮像装置２００は構成される。
図５は、実施の形態２の固体撮像装置におけるカラーフィルタの機能を示す図である。
【００５９】
固体撮像装置２００では、図５に示すように、カラーフィルタ１５の内側層のカラーフィルタ内側層１５５が順テーパ形状に形成されているので、さらに集光効果を上げることができる。すなわち、斜入射光に対しても効率よく光を集光し、集光した光を受光部１２に入射させることができる。それにより、例えば図６に示すような射出瞳距離の短いカメラレンズを使用した場合にも、シェーディング等の不具合を生じないようにすることができる。ここで、図６は、射出瞳距離の短いカメラレンズの概念図である。
【００６０】
また、カラーフィルタ内側層１５５の外側にも同一系統色からなるカラーフィルタ周辺側層１５６があるため、カラーフィルタ１５を通る光路長を損なうことがない。したがって、色再現性の優れた固体撮像装置２００を実現させることができる。
【００６１】
（実施の形態３）
実施の形態３では、実施の形態２で説明したカラーフィルタ１５（カラーフィルタ１５Ｒおよびカラーフィルタ１５Ｇ）のさらに別の態様について説明する。
【００６２】
図７は、本発明の実施の形態３における固体撮像装置の断面図である。なお、図１および図４と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００６３】
図７に示す固体撮像装置３００は、実施の形態２に係る固体撮像装置２００に対して、カラーフィルタ周辺側層１５７すなわちカラーフィルタ周辺側層１５７Ｒとカラーフィルタ周辺側層１５７Ｇとの構成が異なる。
【００６４】
カラーフィルタ周辺側層１５７Ｒおよびカラーフィルタ周辺側層１５７Ｇは、図７に示すように、カラーフィルタ内側層１５５Ｒおよびカラーフィルタ内側層１５５Ｇの周側面だけでなく上面も覆うようにそれらの周辺側層に形成されている。
【００６５】
なお、その他については、カラーフィルタ周辺側層１５２Ｒと、カラーフィルタ周辺側層１５２Ｇと同様であるため説明を省略する。
【００６６】
以上のように、固体撮像装置３００は、構成される。
図８は、実施の形態３の固体撮像装置におけるカラーフィルタの機能を示す図である。
【００６７】
固体撮像装置３００では、カラーフィルタ周辺側層１５７Ｒおよびカラーフィルタ周辺側層１５７Ｇは、カラーフィルタ内側層１５５Ｒおよびカラーフィルタ内側層１５５Ｇの周側面だけでなく上面も覆うように形成されているので、さらに集光効果を上げることができる。すなわち、図８に示すように斜入射光に対しても効率よく光を集光し、集光した光を受光部１２に入射させることができる。それにより、例えば図６に示すような射出瞳距離の短いカメラレンズを使用した場合にも、シェーディング等の不具合を生じないようにすることができる。
【００６８】
（変形例１）
なお、カラーフィルタ内側層１５５およびカラーフィルタ周辺側層１５７は、典型的には、顔料タイプの色素が含有された樹脂からなるとして説明したが、それに限らない。例えば、カラーフィルタ内側層１５５が染料タイプの色素が含有された樹脂からなり、カラーフィルタ周辺側層１５７は顔料タイプの色素が含有された樹脂からなるとしても構わない。その場合について、図９を用いて説明する。
【００６９】
図９は、本発明の実施の形態３の変形例１における固体撮像装置の断面図である。なお、図７と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００７０】
図９に示す固体撮像装置３１０は、固体撮像装置３００に対して、カラーフィルタ内側層２５５すなわちカラーフィルタ内側層２５５Ｒとカラーフィルタ内側層２５５Ｇとの材質が異なり、染料タイプの色素が含有された樹脂からなる。それにより、耐熱性および耐湿性に優れたカラーフィルタ１５を形成することができるので、染料の色抜けを防止できる。したがって、耐性に優れ、高Ｓ／Ｎの固体撮像装置３１０を実現することができる。
【００７１】
なお、その形成方法は、図３で示した形成方法を用いて、カラーフィルタ内側層２５５を形成する色材を染料タイプにすればよい。
【００７２】
（変形例２）
また、カラーフィルタ周辺側層１５７は、染料タイプの色素が含有された樹脂からなってもよく、染料タイプの色素が加熱により樹脂から染み出しやすいことを利用して、カラーフィルタ周辺側層１５７を形成してもよい。この変形例２では、その場合について説明する。
【００７３】
図１０は、本発明の実施の形態３の変形例２における固体撮像装置の断面図である。なお、図７と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００７４】
図９に示す固体撮像装置３２０は、固体撮像装置３１０に対して、カラーフィルタ周辺側層２５７と材質が異なる。
【００７５】
カラーフィルタ周辺側層２５７は、カラーフィルタ周辺側層２５７Ｇ、カラーフィルタ周辺側層２５７Ｒおよびカラーフィルタ周辺側層２５７Ｂ（不図示）からなる。
【００７６】
カラーフィルタ周辺側層２５７は、図１０に示すよう、カラーフィルタ内側層２５５を染料タイプで形成した後、加熱処理することにより、染料を染み出させた領域である。そして、その染み出した領域がカラーフィルタ周辺側層２５７として活用されている。
【００７７】
なお、カラーフィルタ周辺側層２５７は、例えば次のように形成される。
まず、平坦化膜１４上に、グリーン（緑）の染料が含有された染料内添型感光性樹脂を塗布し、マスクを介して露光し、現像する。それにより対応する画素のサイズより０．３μｍ程度小さいパターンでカラーフィルタ内側層２５５Ｇを形成する。
【００７８】
次に、同様に、レッド（赤）の染料内添型感光性樹脂を塗布し、マスクを介して露光し、現像する。それにより対応する画素サイズより０．３μｍ程度小さいパターンでカラーフィルタ内側層２５５Ｒを形成する。なお、説明は省略するが、ブルー色のカラーフィルタ内側層２５５Ｂも同様にして形成する。
【００７９】
次に、例えば２００度〜２５０度、５分〜１０分程度の加熱処理を施すことにより、カラーフィルタ内側層２５５の染料が染み出し、その染み出した領域をカラーフィルタ周辺側層２５７として活用する。ここで、染料濃度の薄い方が屈折率は低くなるので、結果的にカラーフィルタ周辺側層２５７の方がカラーフィルタ内側層２５５より屈折率が低くなる。このようにして、カラーフィルタ内側層２５５とカラーフィルタ周辺側層２５７等とから構成されるカラーフィルタ１５Ｒを、集光効果を持つカラーフィルタとすることができる。
【００８０】
以上のように、本発明の固体撮像装置は、カラーフィルタに光を集光させるレンズ機能や、光を導く光導波路機能を持たせることができるのでより高感度化を実現できる。また、内側層を染料タイプ、周辺側層を顔料タイプにすることにより、染料の色抜けを防止できるので、耐性に優れ、高Ｓ／Ｎの固体撮像装置を実現できる。したがって、画素サイズが微細になっても、高感度を実現できる固体撮像装置およびその製造方法を提供することができる。
【００８１】
なお、本実施の形態において、カラーフィルタがカラーフィルタ周辺側層とカラーフィルタ内側層との２層構造から構成される場合について説明をしたが、必ずしも２層に限定するものではない。上述したのと同様の方法で光を集光させるレンズ機能もしくは光を導く導波路機能を持たせる場合には３層以上で形成しても構わない。
【００８２】
また、カラーフィルタ周辺側層の形状は、本実施の形態で説明した場合に限定されない。カラーフィルタ内側層とカラーフィルタ周辺側層とで屈折率に０．１以上の差があり、カラーフィルタ内側層の方がカラーフィルタ周辺側層より屈折率が高ければよい。具体的には、その屈折率の比は１．０４以上であればよく、カラーフィルタが、光を集光させるレンズ機能または光を導く導波路機能を持てばよい。例えば、図１１に示すようなカラーフィルタ周辺側層３５６の形状でもよい。すなわち、カラーフィルタ１５の幅は、上部の方が下部よりも小さくなるよう形成されていてもよい。なお、図１１は、レンズ機能または導波路機能を有するカラーフィルタ周辺側層の形状の１例を示す図であり、図４と同様の要素には同一の符号を付している。
【００８３】
また、本実施の形態において、すべてのカラーフィルタがカラーフィルタ周辺側層とカラーフィルタ内側層との２層構造からなる場合を説明したが、必ずしもすべてのカラーフィルタに適用する必要はない。例えば、特性に懸念のあるカラーフィルタのみに適用すればよい。そうすることにより色バランスを調整でき、色再現性の良い固体撮像装置を実現させることができる。すなわち、すべてのカラーフィルタにおいて適用することを限定するものではない。
【００８４】
また、本実施の形態において、カラーフィルタは、原色フィルタ（赤、緑、青の３色）として説明を行っているが、補色フィルタ（イエロ、シアン、マゼンタ、緑の４色）を用いてもよい。また、例えばＣＩＥ  ＸＹＺ等色関数で定められるフィルタの他、様々なフィルタとしてもよいのは言うまでもない。
【００８５】
また、本実施の形態において、固体撮像装置がＣＣＤイメージセンサに構成される場合を例に説明しているが、ＭＯＳイメージセンサに構成されるとしてもよく、裏面照射型のイメージセンサに構成されるとしてもよい。
【００８６】
また、本実施の形態に係る固体撮像装置をデジタルスチルカメラまたはデジタルムービーカメラに用いることにより、高感度、高Ｓ／Ｎ比および高色再現性かつシェーディング、ライン濃淡およびフリッカの少ないカメラを実現することができる。
【００８７】
以上、本発明の固体撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、実施の形態はあくまで１例を示したものであり、本発明の固体撮像装置がこの実施の形態で示した構成に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、固体撮像装置およびその製造方法に利用でき、特に、ＣＣＤセンサ、ＭＯＳセンサ、デジタルスチルカメラなどの分野に用いられる固体撮像装置およびその製造方法に利用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１１、８１１  半導体基板
１２、８１２  受光部
１３、８１３  転送電極
１４、８１４  平坦化膜
１５、１５Ｇ、１５Ｒ、１５Ｂ  カラーフィルタ
１７、８１７  マイクロレンズ下平坦化層
１８、８１８  マイクロレンズ
１００、２００、３００、３１０、３２０、４００、８００、９００  固体撮像装置
１５１、１５１Ｇ、１５１Ｒ、１５５、１５５Ｇ、１５５Ｒ、２５５、２５５Ｇ、２５５Ｒ  カラーフィルタ内側層
１５２、１５２Ｇ、１５２Ｒ、１５６、１５６Ｇ、１５６Ｒ、１５７、１５７Ｇ、１５７Ｒ、２５７、２５７Ｇ、２５７Ｒ、３５６  カラーフィルタ周辺側層
９１６  透過性領域部
【図１】
2010272654.tif 000003
【図２】
2010272654.tif 000004
【図３Ａ】
2010272654.tif 000005
【図３Ｂ】
2010272654.tif 000006
【図３Ｃ】
2010272654.tif 000007
【図３Ｄ】
2010272654.tif 000008
【図３Ｅ】
2010272654.tif 000009
【図４】
2010272654.tif 000010
【図５】
2010272654.tif 000011
【図６】
2010272654.tif 000012
【図７】
2010272654.tif 000013
【図８】
2010272654.tif 000014
【図９】
2010272654.tif 000015
【図１０】
2010272654.tif 000016
【図１１】
2010272654.tif 000017
【図１２】
2010272654.tif 000018
【図１３Ａ】
2010272654.tif 000019
【図１３Ｂ】
2010272654.tif 000020
【図１３Ｃ】
2010272654.tif 000021
【図１３Ｄ】
2010272654.tif 000022
【図１４】
2010272654.tif 000023