(57)【要約】【課題】セルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置において色ムラを抑制する。【解決手段】受光面にマトリクス状に配置された画素ごとにフォトダイオードが形成された半導体基板上に、少なくとも下面及び上面の表層部が半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる第１絶縁膜２０、第１屈折率の第１絶縁膜２０より高い第２の屈折率の第２の絶縁膜２１、第２屈折率より高い第３屈折率の第３絶縁膜２２が形成され、画素に対応して赤緑または青の波長領域の光を透過するカラーフィルタ２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂが形成され、赤緑青の各画素における第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が第２絶縁膜と第３絶縁膜の界面などにおける反射光との光干渉強度のばらつきを低減するように、他の画素の第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率と異なる構成である。【選択図】図１
2011100900.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分してフォトダイオードが形成された半導体基板と、
前記半導体基板に接続して前記半導体基板上に形成された多層配線を被覆して前記半導体基板の上層に形成され、少なくとも下面及び上面の表層部を構成する材料が前記半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜の上層に形成された前記第１屈折率より高い第２屈折率の第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜の上層に形成された前記第２屈折率より高い第３屈折率の第３絶縁膜と、
前記画素に対応して、赤色、緑色または青色の波長領域の光を透過するように前記第３絶縁膜の上層に形成されたカラーフィルタと
を有し、
前記赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が、前記半導体基板の表面における反射光と、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜の界面及び前記第２絶縁膜と前記第３絶縁膜の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するように、他の画素の前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率と異なっている
固体撮像装置。
【請求項２】
第３絶縁膜が窒化シリコンからなる保護膜である
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
赤色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚、緑色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚及び青色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚が、互いに異なっている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
赤色、緑色及び青色のいずれかのカラーフィルタを有する画素のうちの２つの色の画素において、前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が、前記半導体基板の表面における反射光と、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜の界面及び前記第２絶縁膜と前記第３絶縁膜の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するように設定されている
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
赤色、緑色及び青色のいずれかのカラーフィルタを有する画素のうちの２つの色の画素における前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が等しい
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
赤色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚と緑色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚が、（赤色の光の波長／４−緑色の光の波長／４）分の差を有し、緑色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚と青色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚が、（緑色の光の波長／４−青色の光の波長／４）分の差を有する
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
半導体基板の受光面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分してフォトダイオードを形成する工程と、
前記半導体基板に接続して前記半導体基板上に多層配線を形成し、前記多層配線を被覆して前記半導体基板の上層に、少なくとも下面及び上面の表層部を構成する材料が前記半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる第１絶縁膜を形成する工程と、
前記第１絶縁膜の上層に前記第１屈折率より高い第２屈折率の第２絶縁膜を形成する工程と、
前記第２絶縁膜の上層に前記第２屈折率より高い第３屈折率の第３絶縁膜を形成する工程と、
前記画素に対応して、赤色、緑色または青色の波長領域の光を透過するように前記第３絶縁膜の上層にカラーフィルタを形成する工程と
を有し、
前記第２絶縁膜を形成する工程において、前記赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が、前記半導体基板の表面における反射光と、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜の界面及び前記第２絶縁膜と前記第３絶縁膜の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するように、他の画素の前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率と異ならせて形成する
固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記第２絶縁膜を形成する工程において、全ての画素において同一の膜厚の第２絶縁膜を形成し、前記赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚が、他の画素の前記第２絶縁膜の膜厚と異なるように前記第２絶縁膜の一部を除去する
請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記第２絶縁膜を形成する工程において、積層絶縁膜からなる第２絶縁膜を形成し、前記赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素において積層絶縁膜の一部を除去し、当該画素における前記第２絶縁膜の膜厚が、他の画素の前記第２絶縁膜の膜厚と異なるように形成する
請求項７に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
受光面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分してフォトダイオードが形成された半導体基板と、
前記半導体基板に接続して前記半導体基板上に形成された多層配線を被覆して前記半導体基板の上層に形成され、少なくとも下面及び上面の表層部を構成する材料が前記半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜の上層に形成された前記第１屈折率より高い第２屈折率の第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜の上層に形成された前記第２屈折率より高い第３屈折率の第３絶縁膜と、
前記画素に対応して、赤色、緑色または青色の波長領域の光を透過するように前記第３絶縁膜の上層に形成されたカラーフィルタと
を有する固体撮像装置を設計するために、
前記赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が、前記半導体基板の表面における反射光と、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜の界面及び前記第２絶縁膜と前記第３絶縁膜の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するように、他の画素の前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率と異なるように設計する
固体撮像装置の設計方法。
【請求項１１】
前記赤色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚Ｘｒ及び第２屈折率Ｎｒ、前記緑色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚Ｘｇ及び第２屈折率Ｎｇ、前記青色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚Ｘｂ及び第２屈折率Ｎｂ、前記第２絶縁膜を除く前記半導体基板から前記カラーフィルタの下層の層までの膜厚Ｘｉ及び屈折率Ｎｉ、前記第２絶縁膜を除き前記半導体基板を含む層数Ｔに対して、式（１）〜（３）で表される前記フォトダイオードの受光する光強度φ２が最大であり、かつ振幅φが最小となるように、前記赤色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚Ｘｒ及び第２屈折率Ｎｒ、前記緑色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚Ｘｇ及び第２屈折率Ｎｇ及び前記青色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚Ｘｂ及び第２屈折率Ｎｂを設計する
請求項１０に記載の固体撮像装置の設計方法。
【数１】
2011100900.tif 000007
【請求項１２】
前記第２絶縁膜を除く前記半導体基板から前記カラーフィルタの下層の層までのうち、屈折率が所定の値より小さい膜を除いて、式（１）〜（３）で表される光強度φ２が最大であり、かつ振幅φが最小となるように設計する
請求項１１に記載の固体撮像装置の設計方法。
【請求項１３】
前記赤色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚Ｘｒ及び第２屈折率Ｎｒ、赤色の光の波長λｒ、前記緑色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚Ｘｇ及び第２屈折率Ｎｇ、緑色の光の波長λｇ、前記青色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚Ｘｂ及び第３屈折率Ｎｂ、青色の光の波長λｂ、前記第２絶縁膜を除く前記半導体基板から前記カラーフィルタの下層の層までの膜厚Ｘｉ及び屈折率Ｎｉ、前記第２絶縁膜を除き前記半導体基板を含む層数Ｔに対して、式（４）〜（６）で表される光干渉強度Ｉが最小となるように、前記赤色のカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚Ｘｒ及び第２屈折率Ｎｒ、前記緑色のカラーフィルタを有する画素における前記第３絶縁膜の膜厚Ｘｇ及び第３屈折率Ｎｇ及び前記青色のカラーフィルタを有する画素における前記第３絶縁膜の膜厚Ｘｂ及び第３屈折率Ｎｂを設計する
請求項１０に記載の固体撮像装置の設計方法。
【数２】
2011100900.tif 000008
【請求項１４】
前記第２絶縁膜を除く前記半導体基板から前記カラーフィルタの下層の層までのうち、屈折率が所定の値より小さい膜を除いて、式（４）〜（６）で表される光干渉強度Ｉが最小となるように設計する
請求項１３に記載の固体撮像装置の設計方法。
【請求項１５】
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路と
を有し、
前記固体撮像装置は、
受光面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分してフォトダイオードが形成された半導体基板と、
前記半導体基板に接続して前記半導体基板上に形成された多層配線を被覆して前記半導体基板の上層に形成され、少なくとも下面及び上面の表層部を構成する材料が前記半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる第１屈折率の第１絶縁膜と、
前記第１絶縁膜の上層に形成された前記第１屈折率より高い第２屈折率の第２絶縁膜と、
前記第２絶縁膜の上層に形成された前記第２屈折率より高い第３屈折率の第３絶縁膜と、
前記画素に対応して、赤色、緑色または青色の波長領域の光を透過するように前記第３絶縁膜の上層に形成されたカラーフィルタと
を有し、
前記赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が、前記半導体基板の表面における反射光と、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜の界面及び前記第２絶縁膜と前記第３絶縁膜の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するように、他の画素の前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率と異なっている
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法と設計方法並びに電子機器に関し、特に、Ｒ（赤）Ｇ（緑）Ｂ（青）のカラーフィルタを有する固体撮像装置及びその製造方法と設計方法並びに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルビデオ電子機器、デジタルスチル電子機器などの電子機器は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Silicon Transistor）イメージセンサなどの固体撮像装置を有する。
【０００３】
固体撮像装置においては、半導体基板に複数の画素が水平方向と垂直方向とにおいてマトリクス状に配置され、受光面が構成されている。この受光面においては、各画素に例えばフォトダイオードなどの光電変換部であるセンサが設けられている。受光面上には、被写体像による光を各画素のセンサに集光するための集光構造が形成されており、被写体像による光を受光し、受光した光を光電変換することによって信号電荷を生成して画素信号を得る。
【０００４】
カラー画像を撮像するための固体撮像装置では、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のいずれかのカラーフィルタが各画素に対応して設けられている。
【０００５】
図２０（ａ）はセルサイズが３μｍ程度の世代までの従来例に係る固体撮像装置の画素の断面図である。
画素ごとにフォトダイオード１１１が形成された半導体基板１１０のフォトダイオードに隣接する領域上に、不図示のゲート絶縁膜及びゲート電極などが形成されている。このゲート電極の制御によりフォトダイオード１１１に蓄積される信号電荷の転送などがなされる。
例えば、半導体基板１１０のフォトダイオード１１１及びゲート電極などを被覆して全面に酸化シリコンなどからなる下層第１絶縁膜１２０ａが形成されており、ゲート電極などに起因する凹凸が平坦化されている。
例えば、第１絶縁膜１２０ａ上に窒化シリコンなどからなる第２絶縁膜１２０ｂ及び樹脂などからなる第３絶縁膜１２０ｃなどが形成されており、その上層に酸化窒化シリコンなどからなる第４絶縁膜１２１が形成されている。
例えば、第４絶縁膜１２１上に窒化シリコンなどからなる第５絶縁膜１２２が形成されている。
その上層に、画素ごとに、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のいずれかの領域の波長の光を透過させるカラーフィルタ１２３が形成されている。カラーフィルタ１２３の上層にオンチップレンズ１２４が形成されている。
【０００６】
各色の画素においては、画素に設けられたフォトダイオードからなるセンサにより各色に対応する波長の光を受光し、カラー画像を形成するための画素信号を得る。
【０００７】
近年、半導体集積回路の微細化により固体撮像装置の集光構造が複雑化している。デバイス構造が微細になると、集光構造を通過する光の光路がプロセスばらつきの影響を受けて複雑化し、撮像時に色ムラが発生するという問題が起こってきた。
【０００８】
色ムラとは、集光構造を構成する膜の膜厚変動によりセンサへ入射する光強度が波長ごとにばらつき、入射光の色バランスが崩れて生じる現象である。
一例として、色額縁ムラがある。これは、集光構造を構成する膜の膜厚変化の程度が固体撮像素子の受光面の中央部と周辺部で変動してしまう、いわゆるチップ内膜厚ばらつきにより、受光面の中央部と周辺部で透過光の色バランス変化し、崩れてしまうことにより生じる。
【０００９】
上記の色ムラが生じると撮像データの画角に色づきが生じるため撮像装置の歩留まりを悪化させている。この色ムラが問題視されてきたのはセルサイズが３μｍ程度より小さい世代のデバイスである。
【００１０】
セルサイズが３μｍ程度の世代までは、オンチップレンズなどのデバイス中のレンズで光が曲げられて様々な角度成分の光がセンサ上に入射する。
図２０（ｂ）及び（ｃ）上記の構成のセンサにおけるセンサ強度の膜厚依存性であり、横軸は入射光のシリコン半導体基板界面での反射光と干渉する界面の高屈折率膜の膜厚を示している。
上記の構成のセンサでは、図２０（ｂ）に示すように干渉光の山谷が打ち消しあい、結果として図２０（ｃ）に示すような膜厚依存性となり、センサ強度の膜厚依存性は小さかった。
セルピッチが大きいデバイスではプロセスばらつきにより高屈折率膜の膜厚が変動してもＲＧＢ各波長についてセンサ強度は一定であり色ムラが発生しにくかった。
【００１１】
図２１（ａ）はセルサイズが３μｍ程度より微細になったときの従来例に係る固体撮像装置の画素の断面図である。構成は図２０（ａ）と同様であり、単純にセルサイズが縮小された構成となっている。
上記の構成の画素では、セルピッチが小さくなっているにもかかわらず低層化が進んでいないため、図２１（ａ）に示すように、デバイス中のレンズで光が曲げられず、光の角度成分が少なくほぼ平行光がセンサに入る。
上記のように光が入射した結果、干渉光は単一成分になり、打ち消しあうことができない状態となる。
【００１２】
図２１（ｂ）は、上記の構成のセンサにおけるセンサ強度の膜厚依存性である。
上記のように単一成分のセンサ強度の膜厚依存性が打ち消されずに保持された結果、図２（ｂ）に示すように、高屈折率膜の膜厚がばらつくとセンサ強度が変動する。
【００１３】
図２２は、画角中央の画素における感度比（Ｒ／Ｇ）と画角端における画素の感度比（Ｒ／Ｇ）の差分をセルピッチに対して示すグラフである。グラフは規格化されており、縦軸は感度比の差δ（相対値）で示している。
画角中央の画素における感度比（Ｂ／Ｇ）と画角端における画素の感度比（Ｂ／Ｇ）の差分を規格化すると上記と同様のグラフが得られる。
【００１４】
セルピッチが３μｍ以下で画角中央と画角端との感度比に差分が生じ、３μｍを境に値をもつことがわかる。このずれが色ムラの原因である。
【００１５】
色ムラに対する問題を解決するために、特許文献１では屈折率の高い膜種の下層と上層に反射防止膜を形成し干渉を抑えて色ムラを低減する構造を提案している。
【００１６】
また、特許文献２では反射光を低減するための反射防止構造を含むデバイスが提案されている。
【００１７】
さらに特許文献３では、受光部直上の反射防止膜の膜厚を波長ごとに変えることで反射光強度を抑制し受光効率を上げるデバイスが提案されている。
【００１８】
上記特許文献１の方法では、色ムラの原因となる干渉光を生じる高屈折率膜の反射を低減することで色ムラを抑制しようとしている。そのため、高屈折率膜の上下に膜厚一定の反射防止膜を設ける。この反射防止膜の膜厚は一定膜厚で、その膜厚は波長６２０ｎｍ付近の赤（Ｒ）の反射光を低減する膜厚及び波長５５０ｎｍ付近の緑（Ｇ）の反射光を低減する膜厚の平均膜厚としている。
【００１９】
しかしこの手法では色ムラ抑制効果は不十分である。なぜなら、４４０ｎｍ付近の青（Ｂ）の波長の光の考慮がなされていないことと、色ムラの原因となる干渉光は反射防止膜、及び高屈折率膜の膜厚に敏感なためである。
【００２０】
このことを図２１（ａ）の構造を用いて説明する。図２１（ａ）の構造はＣＣＤイメージセンサセンサ及びＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像装置の一般的な構造である。
画素ごとにフォトダイオード１１１が形成された半導体基板１１０のフォトダイオードに隣接する領域上に、不図示のゲート絶縁膜及びゲート電極などが形成されている。このゲート電極の制御によりフォトダイオード１１１に蓄積される信号電荷の転送などがなされる。
例えば、半導体基板１１０のフォトダイオード１１１及びゲート電極などを被覆して全面に酸化シリコンなどからなる下層第１絶縁膜１２０ａが形成されており、ゲート電極などに起因する凹凸が平坦化されている。
例えば、第１絶縁膜１２０ａ上に窒化シリコンなどからなる第２絶縁膜１２０ｂ及び樹脂などからなる第３絶縁膜１２０ｃなどが形成されており、その上層に酸化窒化シリコンなどからなる第４絶縁膜１２１が形成されている。
例えば、第４絶縁膜１２１上に窒化シリコンなどからなる第５絶縁膜１２２が形成されている。
【００２１】
色ムラは、例えば、入射光の半導体基板の表面からの反射光と第４絶縁膜１２１と第５絶縁膜１２２の界面からの反射光による光干渉強度がばらつくことにより生じる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００７−２４２６９７号公報
【特許文献２】特開平６−２９２２０６号公報
【特許文献３】特開２００５−１４２５１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
従来技術による固体撮像装置においては、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置において、色ムラを抑制することが困難であったことである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の固体撮像装置は、受光面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分してフォトダイオードが形成された半導体基板と、前記半導体基板に接続して前記半導体基板上に形成された多層配線を被覆して前記半導体基板の上層に形成され、少なくとも下面及び上面の表層部を構成する材料が前記半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜の上層に形成された前記第１屈折率より高い第２屈折率の第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜の上層に形成された前記第２屈折率より高い第３屈折率の第３絶縁膜と、前記画素に対応して、赤色、緑色または青色の波長領域の光を透過するように前記第３絶縁膜の上層に形成されたカラーフィルタとを有し、前記赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が、前記半導体基板の表面における反射光と、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜の界面及び前記第２絶縁膜と前記第３絶縁膜の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するように、他の画素の前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率と異なっている。
【００２５】
上記の本発明の固体撮像装置は、受光面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分してフォトダイオードが形成された半導体基板上に、半導体基板に接続して多層配線が形成され、多層配線を被覆して半導体基板の上層に少なくとも下面及び上面の表層部を構成する材料が前記半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる第１絶縁膜が形成され、第１絶縁膜の上層に第１屈折率より高い第２屈折率の第２絶縁膜が形成され、第２絶縁膜の上層に第２屈折率より高い第３屈折率の第３絶縁膜が形成され、画素に対応して、赤色、緑色または青色の波長領域の光を透過するように第３絶縁膜の上層にカラーフィルタが形成されている。
ここで、赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が、半導体基板の表面における反射光と、第１絶縁膜と第２絶縁膜の界面及び第２絶縁膜と第３絶縁膜の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するように、他の画素の第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率と異なっている。
【００２６】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の受光面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分してフォトダイオードを形成する工程と、前記半導体基板に接続して前記半導体基板上に多層配線を形成し、前記多層配線を被覆して前記半導体基板の上層に、少なくとも下面及び上面の表層部を構成する材料が前記半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる第１絶縁膜を形成する工程と、前記第１絶縁膜の上層に前記第１屈折率より高い第２屈折率の第２絶縁膜を形成する工程と、前記第２絶縁膜の上層に前記第２屈折率より高い第３屈折率の第３絶縁膜を形成する工程と、前記画素に対応して、赤色、緑色または青色の波長領域の光を透過するように前記第３絶縁膜の上層にカラーフィルタを形成する工程とを有し、前記第２絶縁膜を形成する工程において、前記赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が、前記半導体基板の表面における反射光と、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜の界面及び前記第２絶縁膜と前記第３絶縁膜の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するように、他の画素の前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率と異ならせて形成する。
【００２７】
上記の本発明の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板の受光面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分してフォトダイオードを形成し、半導体基板に接続して半導体基板上に多層配線を形成し、多層配線を被覆して半導体基板の上層に、少なくとも下面及び上面の表層部を構成する材料が半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる第１絶縁膜を形成する。次に、第１絶縁膜の上層に第１屈折率より高い第２屈折率の第２絶縁膜を形成し、第２絶縁膜の上層に第２屈折率より高い第３屈折率の第３絶縁膜を形成し、画素に対応して、赤色、緑色または青色の波長領域の光を透過するように第３絶縁膜の上層にカラーフィルタを形成する。
ここで、第２絶縁膜を形成する工程において、赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が、半導体基板の表面における反射光と、第１絶縁膜と第２絶縁膜の界面及び第２絶縁膜と第３絶縁膜の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するように、他の画素の第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率と異ならせて形成する。
【００２８】
また、本発明の固体撮像装置の設計方法は、受光面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分してフォトダイオードが形成された半導体基板と、前記半導体基板に接続して前記半導体基板上に形成された多層配線を被覆して前記半導体基板の上層に形成され、少なくとも下面及び上面の表層部を構成する材料が前記半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜の上層に形成された前記第１屈折率より高い第２屈折率の第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜の上層に形成された前記第２屈折率より高い第３屈折率の第３絶縁膜と、前記画素に対応して、赤色、緑色または青色の波長領域の光を透過するように前記第３絶縁膜の上層に形成されたカラーフィルタとを有する固体撮像装置を設計するために、前記赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が、前記半導体基板の表面における反射光と、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜の界面及び前記第２絶縁膜と前記第３絶縁膜の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するように、他の画素の前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率と異なるように設計する。
【００２９】
上記の本発明の固体撮像装置の設計方法は、半導体基板の受光面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分してフォトダイオードが形成され、半導体基板に接続して半導体基板上に多層配線が形成され、多層配線を被覆して半導体基板の上層に、少なくとも下面及び上面の表層部を構成する材料が半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる第１絶縁膜が形成され、第１絶縁膜の上層に第１屈折率より高い第２屈折率の第２絶縁膜が形成され、第２絶縁膜の上層に第２屈折率より高い第３屈折率の第３絶縁膜が形成され、画素に対応して、赤色、緑色または青色の波長領域の光を透過するように第３絶縁膜の上層にカラーフィルタが形成された固体撮像装置を設計するために、赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が、半導体基板の表面における反射光と、第１絶縁膜と第２絶縁膜の界面及び第２絶縁膜と第３絶縁膜の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するように、他の画素の第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率と異なるように設計する。
【００３０】
また、本発明の電子機器は、固体撮像装置と、前記固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有し、前記固体撮像装置は、受光面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分してフォトダイオードが形成された半導体基板と、前記半導体基板に接続して前記半導体基板上に形成された多層配線を被覆して前記半導体基板の上層に形成され、少なくとも下面及び上面の表層部を構成する材料が前記半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる第１屈折率の第１絶縁膜と、前記第１絶縁膜の上層に形成された前記第１屈折率より高い第２屈折率の第２絶縁膜と、前記第２絶縁膜の上層に形成された前記第２屈折率より高い第３屈折率の第３絶縁膜と、前記画素に対応して、赤色、緑色または青色の波長領域の光を透過するように前記第３絶縁膜の上層に形成されたカラーフィルタとを有し、前記赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が、前記半導体基板の表面における反射光と、前記第１絶縁膜と前記第２絶縁膜の界面及び前記第２絶縁膜と前記第３絶縁膜の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するように、他の画素の前記第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率と異なっている。
【００３１】
上記の本発明の電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置の撮像部に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを有する。
ここで、固体撮像装置は、半導体基板に受光面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分してフォトダイオードが形成され、半導体基板に接続して半導体基板上に多層配線が形成され、多層配線を被覆して半導体基板の上層に少なくとも下面及び上面の表層部を構成する材料が半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる第１絶縁膜が形成され、第１絶縁膜の上層に第１屈折率より高い第２屈折率の第２絶縁膜が形成され、第２絶縁膜の上層に第２屈折率より高い第３屈折率の第３絶縁膜が形成され、画素に対応して、赤色、緑色または青色の波長領域の光を透過するように第３絶縁膜の上層にカラーフィルタが形成されている。
赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率が、半導体基板の表面における反射光と、第１絶縁膜と第２絶縁膜の界面及び第２絶縁膜と第３絶縁膜の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するように、他の画素の第２絶縁膜の膜厚及び／または第２屈折率と異なっている。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の固体撮像装置によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置において、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制することができる。
【００３３】
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置として、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制できる固体撮像装置を製造することができる。
【００３４】
本発明の固体撮像装置の設計方法によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置として、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制できる固体撮像装置を設計することができる。
【００３５】
本発明の電子機器によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置を有する電子機器において、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
【図２】図２は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置の色ムラについて説明する図である。
【図３】図３は本発明の第１実施形態に係る固体撮像装置のセンサ強度と下層第２絶縁膜の膜厚との関係を示したものである。
【図４】図４（ａ）及び図４（ｂ）は第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程を示す断面図である。
【図５】図５（ａ）及び図５（ｂ）は第１実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程を示す断面図である。
【図６】図６は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置のセンサ強度と下層第２絶縁膜の膜厚との関係を示したものである。
【図７】図７は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置のセンサ強度と下層第２絶縁膜の膜厚との関係を示したものである。
【図８】図８は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置のセンサ強度と下層第２絶縁膜の膜厚との関係を示したものである。
【図９】図９は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置のセンサ強度と下層第２絶縁膜の膜厚との関係を示したものである。
【図１０】図１０は本発明の第２実施形態に係る固体撮像装置のセンサ強度と下層第２絶縁膜の膜厚との関係を示したものである。
【図１１】図１１は本発明の第３実施形態に係る固体撮像装置の画素の断面図である。
【図１２】図１２（ａ）及び図１２（ｂ）は第３実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程を示す断面図である。
【図１３】図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は第３実施形態に係る固体撮像装置の製造方法の工程を示す断面図である。
【図１４】図１４は本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置の画素の断面図である。
【図１５】図１５は本発明の第４実施形態に係る固体撮像装置のセンサ強度と下層第２絶縁膜の膜厚との関係を示したものである。
【図１６】図１６は本発明の第４実施形態の変形例に係る固体撮像装置の画素の断面図である。
【図１７】図１７は本発明の第５実施形態に係る固体撮像装置の第３絶縁膜の膜厚の設計方法を説明する図である。
【図１８】図１８は本発明の第５実施形態に係る固体撮像装置の第３絶縁膜の膜厚の設計方法を説明する図である。
【図１９】図１９は本発明の第７実施形態に係る電子機器の概略構成図である。
【図２０】図２０（ａ）は従来例に係る固体撮像装置の断面図であり、図２０（ｂ）及び図２０（ｃ）は図２０（ａ）の構成のセンサにおけるセンサ強度の膜厚依存性である。
【図２１】図２１（ａ）は従来例に係る固体撮像装置の断面図であり、図２１（ｂ）は図２１（ａ）の構成のセンサにおけるセンサ強度の膜厚依存性である。
【図２２】図２２はセルピッチに対する感度を、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）ごとに示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下に、本発明の固体撮像装置及びその製造方法と設計方法並びに電子機器の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００３８】
尚、説明は以下の順序で行う。
１．第１実施形態（ＲＧＢで第３絶縁膜の膜厚が異なる構成）
２．第２実施形態（第３絶縁膜の膜厚範囲）
３．第３実施形態（第３絶縁膜が積層絶縁膜からなる構成）
４．第４実施形態（Ｂの第３絶縁膜がＲまたはＧの第３絶縁膜と同じ膜厚の構成）
５．第５実施形態（固体撮像装置の設計方法）
６．第６実施形態（固体撮像装置の設計方法）
７．第７実施形態（電子機器への適用）
【００３９】
＜第１実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１は本実施形態に係る固体撮像装置の画素の断面図である。
例えば、赤、緑及び青のそれぞれの領域の波長の光を受光する赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）及び青画素（Ｂ）を示す。
例えば、赤画素（Ｒ）の受光する波長６２０ｎｍ、緑画素（Ｇ）の受光する波長は５５０ｎｍ、青画素（Ｂ）の受光する波長は４４０ｎｍである。
【００４０】
半導体基板１０の画素ごとにフォトダイオード１１が形成されており、半導体基板１０のフォトダイオード１１に隣接する領域上に、酸化シリコンなどのゲート絶縁膜及びポリシリコンなどのゲート電極などが形成されている。例えば、フォトダイオードに蓄積される信号電荷の転送のためのトランジスタなどを構成する。
本実施形態においては、フォトダイオードをセンサとも称し、フォトダイオードの出力強度をセンサ強度とも称する。
【００４１】
例えば、半導体基板１０のフォトダイオード１１及び不図示のトランジスタなどを被覆して全面に酸化シリコン（屈折率１．４５）などからなる下層第１絶縁膜２０ａが形成されており、トランジスタのゲート電極などに起因する凹凸が平坦化されている。
例えば、下層第１絶縁膜２０ａ上に紫外線吸収性を有する窒化シリコン（屈折率２．０）などからなる中層第１絶縁膜２０ｂが形成されている。
中層第１絶縁膜２０ｂの上層に膜厚段差を平坦化する耐熱性熱硬化性アクリル樹脂（ＪＳＳ：日本合成ゴム社製）などの樹脂（屈折率１．５）などからなる上層第１絶縁膜２０ｃが形成されている。
下層第１絶縁膜２０ａ、中層第１絶縁膜２０ｂ及び上層第１絶縁膜２０ｃが積層して第１絶縁膜２０が構成されている。第１絶縁膜２０は、上記のように少なくとも下面及び上面の表層部を構成する材料が半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる。
即ち、下面の表層部は酸化シリコンなどからなり、上面の表層部は樹脂などからなり、いずれもシリコンの半導体基板より屈折率が低い。第１屈折率の材料は、下面の表層部を構成する材料と上面の表層部を構成する材料で異なっていてもよく、同一でもよい。
【００４２】
例えば、第１絶縁膜２０の上層に、プラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などで形成された酸化窒化シリコン（屈折率１．６）などからなり、一般に反射防止膜と称せられる第２絶縁膜２１が形成されている。
例えば、第２絶縁膜２１の上層に、窒化シリコン（屈折率２．０）などからなる保護膜である第３絶縁膜２２が形成されている。
その上層に、画素ごとに、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のいずれかの領域の波長の光を透過させるカラーフィルタ（２３Ｂ，２３Ｇ，２３Ｒ）が形成されている。カラーフィルタ（２３Ｂ，２３Ｇ，２３Ｒ）の上層にオンチップレンズ２４が形成されている。
【００４３】
上記のように、半導体基板１０の受光面にマトリクス状に配置された画素ごとに区分してフォトダイオード１１が形成されている。
半導体基板１０上に、半導体基板に接続して不図示の多層配線が形成され、多層配線を被覆して半導体基板の上層に少なくとも下面及び上面の表層部を構成する材料が半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の材料からなる第１絶縁膜２０が形成されている。
第１絶縁膜２０の上層に第１屈折率より高い第２屈折率の第２絶縁膜２１が形成されている。第２絶縁膜２１の上層に第２屈折率より低い第３屈折率の第３絶縁膜２２が形成されている。
さらに、画素に対応して、赤色、緑色または青色の波長領域の光を透過するように第３絶縁膜２２の上層にカラーフィルタ（２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ）が形成されている。
【００４４】
ここで、赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタ（２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ）を有する画素における第２絶縁膜２１の膜厚が、他の画素の第２絶縁膜２１の膜厚と異なっている。
具体的には、例えば図１に示すように、赤画素（Ｒ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＲ、緑画素（Ｇ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＧ、青画素（Ｂ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＢが互いに異なっている。第２絶縁膜２１としては、赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）及び青画素（Ｂ）において共通の酸化窒化シリコン（屈折率１．６）から構成されている。
【００４５】
上記の構成の第２絶縁膜２１により、以下の効果が得られる。
半導体基板１０の表面における反射光と、第１絶縁膜２０と第２絶縁膜２１の界面及び第２絶縁膜２１と第３絶縁膜２２の界面における反射光との光干渉が生じる。
色ムラは、上記の光干渉強度がばらつくことにより生じる。上記の光干渉強度のばらつきを低減すれば、色ムラを抑制することができる。
【００４６】
本実施形態においては、上記の光干渉強度の膜厚依存性を低減するように、後述のようにして第２絶縁膜２１の膜厚が決定される。
上記のように第２絶縁膜２１の表面に段差が生じており、図面上第３絶縁膜２２が上記の段差を平坦化しているように示しているが、これは第３絶縁膜２２が第２絶縁膜２１の段差より十分に大きいために段差の影響が第３絶縁膜２２の表面に出ないものである。
【００４７】
従来技術の固体撮像装置の構造では、第２絶縁膜２１の膜厚が例えば５５０ｎｍの光に合わせて最適化されていた。しかしながら先に述べたようにこのデバイスでは色ムラを低減するには不十分である。
【００４８】
図２は上記の色ムラについて説明する図である。赤画素（Ｒ）及び緑画素（Ｇ）のそれぞれの光センサ強度の膜厚依存性を示した。
【００４９】
図２は、実線ａは５５０ｎｍの光を受光する緑画素、点線ｂは６２０ｎｍの光を受光する赤画素のセンサ強度において、第２絶縁膜２１の膜厚を所定の値に設定したときの中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚依存性を示す。
この図は中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚が変わるとセンサ強度が周期をもって変わり、そのためセンサを最大にするための中層第１絶縁膜２０ｂ膜厚を設定できることを示している。
【００５０】
さらに、図２から、波長が異なるとセンサ強度の位相及び振幅が異なることがわかる。すなわち実線ａでは、センサ強度が最大となるＸが緑画素（Ｇ）にとって最適な膜厚であるが、点線ｂからはＸは赤画素（Ｒ）にとっては最適な膜厚ではない。
従って緑画素（Ｇ）と赤画素（Ｒ）にともに最適な第２絶縁膜２１の膜厚を決めることは困難である。
【００５１】
本実施形態では、セルピッチが３μｍ以下の微細な固体撮像装置において、光入射特性を波長ごとに正確に見積もることにより、第２絶縁膜２１の膜厚あるいは膜厚範囲を規定する。
これは、固体撮像装置を構成する膜の膜厚とその屈折率を入力してセンサ部に入射する光強度を計算し光特性の要求を満たすようにするものである。ここで、光特性の要求とは、上記の光干渉強度のばらつきを低減、即ち、光干渉強度の膜厚依存性を最小にするというものである。
【００５２】
本実施形態では赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）及び青画素（Ｂ）のそれぞれについて、第２絶縁膜２１の膜厚を設定する。
例えば、第２絶縁膜２１の膜厚を種々の値に設定し、中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚を現実的なプロセスばらつきの範囲内でさまざまに変動させた場合のセンサ強度の変動をシミュレーションにより求め、次にその結果を用いて第２絶縁膜２１の膜厚を設定する。
【００５３】
図３は、第２絶縁膜２１の膜厚を４０ｎｍ〜３３０ｎｍの間で変動させた場合における、赤画素（Ｒ）及び緑画素（Ｇ）のセンサ強度と中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚との関係を示したものである。
横軸としては、プロセス変動を代表させて、中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚をとっている。図３中のＲで示す各線は赤画素について、Ｇで示す各線は緑画素について、それぞれ第２絶縁膜２１の膜厚を変動させたときのグラフである。
【００５４】
中層第１絶縁膜１９の膜厚を変えることは反射光の干渉条件を変えることに相当する。図３から、センサ強度の膜厚依存性は絶縁膜の膜厚に応じて周期を持ち、さらに第２絶縁膜２１の膜厚によって振幅が変化することがわかる。
セルピッチが微小であるデバイスではセンサ強度はグラフに示したとおり膜厚に敏感に応答する。図３に示すように、赤画素と緑画素でセンサ強度の応答が変わる。すなわち、入射光の波長に応じて第２絶縁膜２１の膜厚を決める必要がある。
【００５５】
図３では、センサ出力が変動せずに一定であることが望ましい。センサ出力が一定であることは、絶縁膜のプロセスばらつきに対してセンサ強度が一定であることを示す。
【００５６】
このような観点でグラフを見ると、第２絶縁膜２１の膜厚としては、センサ強度が安定であるのは赤画素（Ｒ）の波長では１００ｎｍ、緑画素（Ｇ）の波長では４０ｎｍが好ましい。
また、同様に青画素（Ｂ）について調べると、青画素（Ｂ）では第２絶縁膜２１の膜厚としては１８０ｎｍが好ましい。
本実施形態においては、第２絶縁膜２１の膜厚としては、上記のように赤画素（Ｒ）では１００ｎｍ、緑画素（Ｇ）では４０ｎｍ、青画素（Ｂ）では１８０ｎｍに設定されている。
【００５７】
上記のそれぞれの膜厚は特許文献１で提案されている膜厚とは異なる。
さらに特許文献３で提案されているように波長の順、即ち、赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）、青画素（Ｂ）の順で膜厚が薄くなる構成でもない。
このようにセルサイズが微細化し入射光がコヒーレントに近くなると、波長ごとの膜厚を決めることが必須である。
【００５８】
本実施形態の固体撮像装置によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置において、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制することができる。
【００５９】
［固体撮像装置の製造方法］
次に本実施形態の固体撮像装置の製造方法について、図４及び図５を参照して説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、例えば、シリコンの半導体基板１０に、画素ごとに不図示のフォトダイオードを形成し、フォトダイオードに隣接する領域上に、不図示の酸化シリコンなどのゲート絶縁膜及びポリシリコンなどのゲート電極などを含むトランジスタ及び上層配線などを形成する。
【００６０】
次に、例えば、高密度プラズマＣＶＤ法などにより、トランジスタなどを被覆して半導体基板１０上に全面に酸化シリコンなどからなる下層第１絶縁膜２０ａを形成する。不図示のトランジスタ及び上層配線などに起因する凹凸を平坦化する。
次に、例えば、ＣＶＤ法により下層第１絶縁膜２０ａ上に紫外線吸収性を有する窒化シリコンなどからなる中層第１絶縁膜２０ｂを形成する。次に、耐熱性熱硬化性アクリル樹脂などの樹脂を塗布して膜厚段差を平坦化する上層第１絶縁膜２０ｃを形成する。
上記のようにして、下層第１絶縁膜２０ａ、中層第１絶縁膜２０ｂ及び上層第１絶縁膜２０ｃを積層して第１絶縁膜２０を構成する。
【００６１】
次に、第１絶縁膜２０の上層にプラズマＣＶＤ法などにより１８０ｎｍの膜厚の酸化窒化シリコンを堆積し、第２絶縁膜２１を形成する。
【００６２】
次に、図４（ｂ）に示すように、青画素（Ｂ）領域と赤画素（Ｒ）領域を保護するフォトレジスト膜ＰＲ１をパターン形成し、フッ素ガスを用いたプラズマエッチング処理を施し、緑画素（Ｇ）領域の第２絶縁膜２１を薄膜化する。
例えば、６０ｎｍ分エッチング除去して、緑画素領域の第２絶縁膜２１の膜厚を１２０ｎｍとする。
【００６３】
次に、フォトレジスト膜ＰＲ１を除去し、図５（ａ）に示すように、青画素（Ｂ）領域を保護するフォトレジスト膜ＰＲ２をパターン形成し、フッ素ガスを用いたプラズマエッチング処理を施し、緑画素（Ｇ）領域及び赤画素（Ｒ）の第２絶縁膜２１を薄膜化する。
例えば、８０ｎｍ分エッチング除去して、緑画素領域の第２絶縁膜２１の膜厚を４０ｎｍとし、赤画素（Ｒ）領域の第２絶縁膜２１の膜厚を１００ｎｍとする。青画素（Ｂ）では１８０ｎｍのままである。
【００６４】
次に、図５（ｂ）に示すように、フォトレジスト膜ＰＲ２を除去する。
上記により、第２絶縁膜２１の膜厚を、赤画素（Ｒ）では１００ｎｍ、緑画素（Ｇ）では４０ｎｍ、青画素（Ｂ）では１８０ｎｍに加工する。
【００６５】
以降の工程としては、例えば、第２絶縁膜２１上にＣＶＤ法などにより窒化シリコンを堆積して保護膜となる第３絶縁膜２２を形成する。
次に、例えば、画素ごとに、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のいずれかの領域の波長の光を透過させるカラーフィルタ（２３Ｂ，２３Ｇ，２３Ｒ）を形成し、カラーフィルタ（２３Ｂ，２３Ｇ，２３Ｒ）の上層にオンチップレンズ２４を形成する。
【００６６】
本実施形態の固体撮像装置の製造方法によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置として、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制できる固体撮像装置を製造することができる。
【００６７】
なお、本実施形態の固体撮像装置の製造方法は、従来例に係る製造方法に対してドライエッチングの加工工程が加わるのみで、製造時間に与えるインパクトはきわめて小さい。
全ての製造工程に対する上記の追加プロセス工程のインパクトは１％程度である。
【００６８】
本実施形態ではシリコンの半導体界面と屈折率の高い中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚変動を考慮して光干渉強度の第２絶縁膜２１の膜厚依存性を調べたが、これに限らず、光干渉強度の変動を調べるための膜は適宜選択可能である。
また、第２絶縁膜２１の膜厚を決める条件として図３での振幅が小さいことを条件としたが、これに限定するものでもない。
また、第２絶縁膜２１において所望の膜厚を得るための工程としては、上記のプラズマエッチングに限らず、種々のプロセスを採用できる。
さらに上記の構成に限ることなく、本実施形態の固体撮像装置に様々な構造を付加したＣＣＤイメージセンサ、ＣＭＯＳイメージセンサなどのイメージングデバイスに適用することで、プロセスに対して安定なデバイスを作成できる。
【００６９】
また、例えば層内レンズを有する構成などの上記と異なる光学系あるいは層構成の固体撮像装置にも適用できる。
また下層第１絶縁膜２０ａ、中層第１絶縁膜２０ｂ、上層第１絶縁膜２０ｃ、第３絶縁膜２２は、必ずしも全てをこの順序で含む必要はない。半導体基板上に、少なくとも下面と上面の表層部が半導体基板の屈折率より低い第１屈折率の第１絶縁膜、第１屈折率より高い第２屈折率の第２絶縁膜、第２屈折率より高い第３屈折率の第３絶縁膜が積層された構成であれば、層構成を適宜変更できる。その場合には、上記の変更された構成において、光干渉強度のばらつきを抑制するようにシミュレーションした結果から、第２絶縁膜の膜厚を設定する。
【００７０】
上記の実施形態においては、赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタ（２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ）を有する画素における第２絶縁膜２１の膜厚が、他の画素の第２絶縁膜２１の膜厚と異なっている構成を示している。
上記に限定されず、上記の光干渉強度のばらつきを低減していれば、赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタ（２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ）を有する画素における第２絶縁膜２１の屈折率が、他の画素の第２絶縁膜２１の屈折率と異なっている構成でもよい。また、赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタ（２３Ｂ，２３Ｇ，２３Ｒ）を有する画素における第２絶縁膜２１の膜厚及び／または第２屈折率が、他の画素の第２絶縁膜２１の膜厚及び／または第２屈折率と異なる構成でもよい。
【００７１】
＜第２実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
本実施形態に係る固体撮像装置は、実質的に第１実施形態と同様である。
図６は、第２絶縁膜２１の膜厚を４０ｎｍ〜４５５ｎｍの間で変動させた場合における、赤画素（Ｒ）のセンサ強度と中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚との関係を示したものである。
図７は、第２絶縁膜２１の膜厚を４０ｎｍ〜４５５ｎｍの間で変動させた場合における、緑画素（Ｇ）のセンサ強度と中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚との関係を示したものである。
図８は、第２絶縁膜２１の膜厚を５ｎｍ〜４０ｎｍの間で変動させた場合における、緑画素（Ｇ）のセンサ強度と中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚との関係を示したものである。
図９は、第２絶縁膜２１の膜厚を４０ｎｍ〜４５５ｎｍの間で変動させた場合における、青画素（Ｂ）のセンサ強度と中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚との関係を示したものである。
図１０は、第２絶縁膜２１の膜厚を５ｎｍ〜４０ｎｍの間で変動させた場合における、青画素（Ｂ）のセンサ強度と中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚との関係を示したものである。
【００７２】
図７に注目すると、第２絶縁膜２１の膜厚に対して、センサ強度の中層第１絶縁膜２０ｂの依存性が３つのカテゴリに分けられることがわかる。
第１のカテゴリはセンザ強度の膜厚依存性がほとんどない４０ｎｍの場合、第２のカテゴリは第２絶縁膜２１の膜厚が８０，１００，２５０ｎｍの場合、第３のカテゴリは第２絶縁膜２１の膜厚が１２０，１６０，１８０，３００，３３０ｎｍの場合である。
以上３つのカテゴリで、横軸に対する縦軸の変化の度合いで判断すると、センサ強度に対する安定性は第１のカテゴリがもっとも安定で、第１のカテゴリ＞第２のカテゴリ＞第３のカテゴリの順に不安定になる。
【００７３】
従って、緑画素（Ｇ）に関しては、第２絶縁膜２１の膜厚としては、４５〜１０５ｎｍ及び４００〜４１０ｎｍで、プロセスばらつきに対して安定な構成となる。
【００７４】
同様に、赤画素（Ｒ）に対しては、第２絶縁膜２１の膜厚７０〜１３０ｎｍがプロセスばらつきに対して安定な膜厚であり、上記以外で不安定となる。プロセスばらつきに対して安定なデバイスを作成するための赤画素（Ｒ）の第２絶縁膜２１の膜厚範囲は７０ｎｍ〜１３０ｎｍである。
【００７５】
さらに、プロセスばらつきに対して安定なデバイスを作成するための青画素（Ｂ）の第２絶縁膜２１の膜厚範囲としては、２０ｎｍ〜８０ｎｍ、１６０ｎｍ〜２５０ｎｍである。
【００７６】
ここで、２０〜１４０ｎｍの膜厚の上記プロセスばらつきに対して安定な膜厚に注目すると、青画素（Ｂ）、緑画素（Ｇ）、赤画素（Ｒ）ともプロセスばらつきに対して安定な膜厚の範囲は６０ｎｍで、膜厚範囲の最小値と最大値は波長ごとにシフトする。
【００７７】
上記の青画素（Ｂ）の安定膜厚範囲２０ｎｍ〜８０ｎｍに対して、緑画素（Ｇ）で４５〜１０５ｎｍ、赤画素（Ｒ）で７０ｎｍ〜１３０ｎｍと設定することが好ましいことがわかる。
【００７８】
例えば、赤画素（Ｒ）における第２絶縁膜２１の膜厚と緑画素（Ｇ）における第２絶縁膜２１の膜厚が、（赤色の光の波長／４−緑色の光の波長／４）分の差を有することになる。
さらに、緑画素（Ｇ）における第２絶縁膜２１の膜厚と青画素（Ｂ）における第２絶縁膜２１の膜厚が、（緑色の光の波長／４−青色の光の波長／４）分の差を有する。
（赤色の光の波長／４−緑色の光の波長／４）及び（赤色の光の波長／４−緑色の光の波長／４）がおよそ２５ｎｍ程度である。青画素（Ｂ）の安定膜厚範囲２０ｎｍ〜８０ｎｍに対して、２５ｎｍ分を加算することで緑画素（Ｇ）の好ましい膜厚範囲である４５〜１０５ｎｍが得られる。同様にして、緑画素（Ｇ）の好ましい膜厚範囲である４５〜１０５ｎｍに対して、２５ｎｍ分を加算することで赤画素（Ｒ）の好ましい膜厚範囲である７０ｎｍ〜１３０ｎｍが得られる。
それぞれの好ましい膜厚の範囲の幅は６０ｎｍとなる。
【００７９】
本実施形態では、第２絶縁膜２１の材料は青画素、緑画素及び赤画素において同一の材料を用いているが、シリコン半導体基板との所定の屈折率差（たとえば０．２以上）が実現できる膜であれば色ごとに第２絶縁膜２１の材質を変えてもよい。
その場合は、上記の（緑色の光の波長／４−青色の光の波長／４）と屈折率の積に相当する差分だけ最大値と最小値がずれる。すなわち、緑画素（Ｇ）の膜厚範囲は、青画素（Ｂ）の膜厚範囲の最小値＋（緑色の光の波長／４−青色の光の波長／４）＊Ｎ（緑画素（Ｇ）の第３絶縁膜の屈折率）〜緑画素（Ｇ）の膜厚範囲の最小値＋６０ｎｍとなる。
【００８０】
第２実施形態では第２絶縁膜２１の膜厚の範囲を設定したためデバイスとしてのバリエーションやプロセス条件を広範囲に設定が可能である等プロセスばらつきに対して安定なデバイス構造を汎用的に定義することができる。
【００８１】
本実施形態の固体撮像装置によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置において、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制することができる。
【００８２】
＜第３実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１１は本実施形態に係る固体撮像装置の画素の断面図である。
第２絶縁膜２１が、下層第２絶縁膜２１ａ、中層第２絶縁膜２１ｂ、上層第２絶縁膜２１ｃの３層を積層させて構成されている。
上記以外は、実質的に第１実施形態の固体撮像装置とすることができる。
【００８３】
本実施形態の固体撮像装置によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置において、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制することができる。
【００８４】
下層第２絶縁膜２１ａ、中層第２絶縁膜２１ｂ及び上層第２絶縁膜２１ｃは、同一の材料からなる膜であってもよく、一部が異なる材料、あるいは、３層はいずれも異なる材料であってもよい。例えば、屈折率の異なる材料を用いることで、色毎に第２絶縁膜２１の屈折率の調節を行うことができる。
【００８５】
［固体撮像装置の製造方法］
次に本実施形態の固体撮像装置の製造方法について、図１２及び図１３を参照して説明する。
まず、図１２（ａ）に示すように、第１絶縁膜２０を形成する工程までを第１実施形態と同様にして行う。
次に、第１絶縁膜２０の上層にプラズマＣＶＤ法などにより８０ｎｍの膜厚の酸化窒化シリコンを堆積し、下層第２絶縁膜２１ａを形成する。
【００８６】
次に、図１２（ｂ）に示すように、青画素（Ｂ）領域を保護するフォトレジスト膜をパターン形成し、フッ素ガスを用いたプラズマエッチング処理を施し、赤画素（Ｒ）及び緑画素（Ｇ）領域の下層第２絶縁膜２１ａを除去する。
青画素（Ｂ）領域に、８０ｎｍの下層第２絶縁膜２１ａが残される。
【００８７】
次に、図１２（ａ）に示すように、第１絶縁膜２０の及び下層第２絶縁膜２１ａの上層にプラズマＣＶＤ法などにより６０ｎｍの膜厚の酸化窒化シリコンを堆積し、中層第２絶縁膜２１ｂを形成する。
【００８８】
次に、図１２（ｃ）に示すように、青画素（Ｂ）領域及び赤画素（Ｒ）領域を保護するフォトレジスト膜をパターン形成し、フッ素ガスを用いたプラズマエッチング処理を施し、緑画素（Ｇ）領域の中層第２絶縁膜２１ｂを除去する。
青画素（Ｂ）領域及び赤画素（Ｒ）領域に、６０ｎｍの中層第２絶縁膜２１ｂが残される。青画素（Ｂ）領域では、下層第２絶縁膜２１ａと中層第２絶縁膜２１ｂを合わせて１２０ｎｍの膜となる。
【００８９】
次に、第１絶縁膜２０の及び中層第２絶縁膜２１ｂの上層にプラズマＣＶＤ法などにより４０ｎｍの膜厚の酸化窒化シリコンを堆積し、上層第２絶縁膜２１ｃを形成する。
上記により、青画素（Ｂ）領域では、下層第２絶縁膜２１ａ、中層第２絶縁膜２１ｂ及び上層第２絶縁膜２１ｃを合わせて、膜厚ＴＢは１８０ｎｍの膜となる。
また、赤画素（Ｒ）領域では、中層第２絶縁膜２１ｂ及び上層第２絶縁膜２１ｃを合わせて、膜厚ＴＲは１００ｎｍの膜となる。
また、緑画素（Ｇ）領域では、膜厚ＴＧは上層第２絶縁膜２１ｃの４０ｎｍの膜となる。
上記のようにして、下層第２絶縁膜２１ａ、中層第２絶縁膜２１ｂ及び上層第２絶縁膜２１ｃを積層して第２絶縁膜２１を構成する。
【００９０】
以降の工程としては、例えば、第２絶縁膜２１上にＣＶＤ法などにより窒化シリコンを堆積して保護膜となる第３絶縁膜２２を形成する。
次に、例えば、画素ごとに、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のいずれかの領域の波長の光を透過させるカラーフィルタ（２３Ｂ，２３Ｇ，２３Ｒ）を形成し、カラーフィルタ（２３Ｂ，２３Ｇ，２３Ｒ）の上層にオンチップレンズ２４を形成する。
上記以外は、実質的に第１実施形態の固体撮像装置の製造方法同様の製造方法とすることができる。
【００９１】
本実施形態の固体撮像装置の製造方法によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置として、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制できる固体撮像装置を製造することができる。
【００９２】
下層第２絶縁膜２１ａ、中層第２絶縁膜２１ｂ及び上層第２絶縁膜２１ｃは、同一の材料からなる膜で形成してもよく、一部が異なる材料、あるいは、３層はいずれも異なる材料で形成してもよい。例えば、屈折率の異なる材料を用いることで、色毎に第２絶縁膜２１の屈折率の調節を行うことができる。
【００９３】
＜第４実施形態＞
［固体撮像装置の構成］
図１４は本実施形態に係る固体撮像装置の画素の断面図である。
本実施形態においては、赤画素（Ｒ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＲと青画素（Ｂ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＢは同一である。緑画素（Ｇ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＧが、赤画素（Ｒ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＲと青画素（Ｂ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＢと異なっている。
例えば、第２絶縁膜２１の膜厚としては、上記のように赤画素（Ｒ）では１００ｎｍ、緑画素（Ｇ）では４０ｎｍ、青画素（Ｂ）では１００ｎｍに設定されている。
上記を除いて、実質的に第１実施形態の固体撮像装置とすることができる。
【００９４】
図１５は、第２絶縁膜２１の膜厚を４０ｎｍ〜３３０ｎｍの間で変動させた場合における、青画素（Ｂ）のセンサ強度と中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚との関係を示したものである。
青画素（Ｂ）のセンサ強度の中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚依存性が、緑画素（Ｇ）あるいは赤画素（Ｒ）程大きくないことから、青画素（Ｂ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＢを赤画素（Ｒ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＲと共通化できる。
【００９５】
本実施形態では、第３実施形態と同様に、第２絶縁膜２１を複数の層の積層体で構成し、それらを異なる材料で形成すれば、画素の色に対して第２絶縁膜２１の屈折率の調節を行うことができ、最適な屈折率の膜種を選択できる。
【００９６】
本実施形態の固体撮像装置によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置において、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制することができる。
【００９７】
上記の赤画素（Ｒ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＲと青画素（Ｂ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＢを同一に形成することを除いて、実質的に第１実施形態の固体撮像装置の製造方法同様の製造方法とすることができる。
【００９８】
本実施形態の固体撮像装置の製造方法によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置として、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制できる固体撮像装置を製造することができる。
【００９９】
さらに青画素（Ｂ）の第２絶縁膜２１の膜厚を赤画素（Ｒ）と共通化することでプロセス工程が減り、固体撮像装置の製造方法が容易になる。
【０１００】
［変形例］
図１６は本実施形態の変形例に係る固体撮像装置の画素の断面図である。
本実施形態においては、緑画素（Ｇ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＧと青画素（Ｂ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＢは同一である。赤画素（Ｒ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＲが、緑画素（Ｇ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＧと青画素（Ｂ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＢと異なっている。
例えば、第２絶縁膜２１の膜厚としては、上記のように赤画素（Ｒ）では１００ｎｍ、緑画素（Ｇ）では４０ｎｍ、青画素（Ｂ）では４０ｎｍに設定されている。
上記以外は、実質的に上記の実施形態の固体撮像装置とすることができる。
【０１０１】
上記と同様に、青画素（Ｂ）のセンサ強度の中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚依存性が、緑画素（Ｇ）あるいは赤画素（Ｒ）程大きくないことから、青画素（Ｂ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＢを緑画素（Ｇ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＧと共通化したものである。
【０１０２】
本実施形態の固体撮像装置によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置において、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制することができる。
【０１０３】
上記の緑画素（Ｇ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＧと青画素（Ｂ）の第２絶縁膜２１の膜厚ＴＢを同一に形成することを除いて、実質的に第１実施形態の固体撮像装置の製造方法同様の製造方法とすることができる。
【０１０４】
本実施形態の固体撮像装置の製造方法によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置として、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制できる固体撮像装置を製造することができる。
【０１０５】
青画素（Ｂ）の第２絶縁膜２１の膜厚を緑画素（Ｇ）と共通化することでプロセス工程が減り、固体撮像装置の製造方法が容易になる。
【０１０６】
＜第５実施形態＞
［固体撮像装置の設計方法］
本実施形態は、上記各実施形態に係る固体撮像装置の設計方法である。
固体撮像装置の構成は、上記の第１〜第４実施形態と同様である。
本実施形態の固体撮像装置の設計方法では、赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における第２絶縁膜２１の膜厚及び／または第２屈折率が、他の画素の第２絶縁膜２１の膜厚及び／または第２屈折率と異なるように設計する。
上記の設計は、半導体基板１０の表面における反射光と、第１絶縁膜２０と第２絶縁膜２１の界面及び第２絶縁膜２１と第３絶縁膜２２の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するようにして行う。
【０１０７】
具体的には、例えば、以下のようにして行う。
即ち、式（１）〜（３）で表される前記フォトダイオードの受光する光強度φ２が最大であり、かつ振幅φが最小となるように以下のパラメータを設計する。
赤画素における第２絶縁膜の膜厚Ｘｒ及び第２屈折率Ｎｒ
緑画素における第２絶縁膜の膜厚Ｘｇ及び第２屈折率Ｎｇ
青画素における第２絶縁膜の膜厚Ｘｂ及び第２屈折率Ｎｂ
第２絶縁膜を除く半導体基板から前記カラーフィルタの下層の層までの膜厚Ｘｉ及び屈折率Ｎｉ
第２絶縁膜を除き半導体基板を含む層数Ｔ
上記のパラメータから、光強度φ２が最大であり、かつ振幅φが最小となるように、Ｘｒ、Ｎｒ、Ｘｇ、Ｎｇ、Ｘｂ、Ｎｂを求める。
【０１０８】
【数１】
2011100900.tif 000003
【０１０９】
上記の式（１）〜（３）において、ｆは所定の関数であるが、例えば以下の式（１ａ）〜（３ａ）に示されるものとして扱うことができる。
【０１１０】
【数２】
2011100900.tif 000004
【０１１１】
例えば、好ましくは、第２絶縁膜を除く半導体基板からカラーフィルタの下層の層までのうち、屈折率が所定の値より小さい膜を除いて、式（１）〜（３）で表される光強度φ２が最大であり、かつ振幅φが最小となるように設計する。
上記の屈折率の所定の値は、適宜選択でき、屈折率が低くて影響の少ない膜を予め排除してシミュレーションを簡便に行うことが可能である。
【０１１２】
本実施形態の固体撮像装置では、半導体基板上に少なくとも下面と上面の表層部が半導体基板より低屈折率である第１絶縁膜が形成され、その上層に第１絶縁膜の下面と上面の表層部より高い屈折率の第２絶縁膜が設けられた構成である。
低屈折率の絶縁膜、高屈折率の絶縁膜と第２絶縁膜の厚さの和であるデバイスの総厚がφの光路長であるため、入射波長ごとの振幅を最小にする第２絶縁膜２１の膜厚は上記の式（１）〜（３）あるいは式（１ａ）〜（３ａ）で決定される。
【０１１３】
決定した構造どおりの膜厚及び屈折率でデバイスを作成すると、センサ強度が強く、また層間絶縁膜の膜厚依存性がなく、さらに色ムラのないデバイスを提供できる。
本実施形態では、赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）及び青画素（Ｂ）のそれぞれの膜厚及び屈折率を最適化したが、膜厚及び屈折率はすべて異なっている必要はなく、膜種が限定されている場合やプロセスの都合に応じて膜種を共通化することができる。
その場合は、例えば赤画素（Ｒ）及び青画素（Ｂ）における第２絶縁膜２１の膜種、膜厚のいずれかを共通化したデバイスを作成すればよい。
【０１１４】
本実施形態では、第２絶縁膜の膜厚を決める条件としてグラフの振幅が小さいことを条件としたが例えば、センサ強度とある膜厚の関数を求めてセンサ強度の極大点の膜厚を赤画素（Ｒ）、緑画素（Ｇ）及び青画素（Ｂ）のそれぞれで求めて決定してもよい。
【０１１５】
図１７及び図１８は、実線ａは５５０ｎｍの光を受光する緑画素、点線ｂは６２０ｎｍの光を受光する赤画素のセンサ強度において、第２絶縁膜２１の膜厚を所定の値に設定したときの中層第１絶縁膜２０ｂの膜厚依存性を示す。
例えば、図１７に示すように、Ｘ１が緑画素（Ｇ）の最適膜厚、Ｘ２が赤画素（Ｒ）の最適膜厚と考えることができる。
一方、前記グラフの極大値を与える膜厚が近い場合は膜厚値を共通化してもよい。すなわち図１８に示すように、グラフの位相が揃っている場合は極大値を与える膜厚値は同一としてもよい。
【０１１６】
本実施形態の固体撮像装置の設計方法によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置として、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制できる固体撮像装置を設計することができる。
【０１１７】
＜第６実施形態＞
本実施形態は、上記各実施形態に係る固体撮像装置の設計方法である。
固体撮像装置の構成は、上記の第１〜第４実施形態と同様である。
本実施形態の固体撮像装置の設計方法では、赤色、緑色及び青色いずれかのカラーフィルタを有する画素における第２絶縁膜２１の膜厚及び／または第２屈折率が、他の画素の第２絶縁膜２１の膜厚及び／または第２屈折率と異なるように設計する。
上記の設計は、半導体基板１０の表面における反射光と、第１絶縁膜２０と第２絶縁膜２１の界面及び第２絶縁膜２１と第３絶縁膜２２の界面における反射光との光干渉強度のばらつきを低減するようにして行う。
【０１１８】
具体的には、例えば、以下のようにして行う。
即ち、式（４）〜（６）で表される前記フォトダイオードの受光する光干渉強度Ｉが最小となるように以下のパラメータを設計する。
赤画素における第２絶縁膜の膜厚Ｘｒ及び第２屈折率Ｎｒ
赤色の光の波長λｒ
緑画素における第２絶縁膜の膜厚Ｘｇ及び第２屈折率Ｎｇ
緑色の光の波長λｇ
青画素における第２絶縁膜の膜厚Ｘｂ及び第２屈折率Ｎｂ
青色の光の波長λｂ
第２絶縁膜を除く半導体基板から前記カラーフィルタの下層の層までの膜厚Ｘｉ及び屈折率Ｎｉ
第２絶縁膜を除き半導体基板を含む層数Ｔ
上記のパラメータから、光干渉強度Ｉが最小となるように、Ｘｒ、Ｎｒ、Ｘｇ、Ｎｇ、Ｘｂ、Ｎｂを求める。
【０１１９】
【数３】
2011100900.tif 000005
【０１２０】
上記の式（４）〜（６）において、ｆは所定の関数であるが、例えば以下の式（４ａ）〜（６ａ）に示されるものとして扱うことができる。
【０１２１】
【数４】
2011100900.tif 000006
【０１２２】
例えば、好ましくは、第２絶縁膜を除く半導体基板からカラーフィルタの下層の層までのうち、屈折率が所定の値より小さい膜を除いて、式（４）〜（６）で表される光干渉強度Ｉが最大であり、かつ振幅φが最小となるように設計する。
上記の屈折率の所定の値は、適宜選択でき、屈折率が低くて影響の少ない膜を予め排除してシミュレーションを簡便に行うことが可能である。
【０１２３】
本実施形態の固体撮像装置では、半導体基板上に少なくとも下面と上面の表層部が半導体基板より低屈折率である第１絶縁膜が形成され、その上層に第１絶縁膜の下面と上面の表層部より高い屈折率の第２絶縁膜が設けられた構成である。
入射波長ごとの光干渉強度を最小にする第２絶縁膜２１の膜厚は、上記の式（４）〜（６）あるいは式（４ａ）〜（６ａ）で決定される。
【０１２４】
本実施形態の固体撮像装置の設計方法によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置として、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制できる固体撮像装置を設計することができる。
【０１２５】
＜第７実施形態＞
［電子機器への適用］
図１９は、本実施形態に係る電子機器である電子機器の概略構成図である。本実施形態に係る電子機器は、静止画撮影又は動画撮影可能なビデオ電子機器の例である。
本実施形態に係る電子機器は、イメージセンサ（固体撮像装置）５０と、光学系５１と、信号処理回路５３などを有する。
本実施形態において、上記のイメージセンサ５０として、上記の第１実施形態に係る固体撮像装置が組み込まれている。
【０１２６】
光学系５１は、被写体からの像光（入射光）をイメージセンサ５０の撮像面上に結像させる。これによりイメージセンサ５０内に一定期間当該信号電荷が蓄積される。蓄積された信号電荷は出力信号Ｖｏｕｔとして取り出される。
シャッタ装置は、イメージセンサ５０への光照射期間及び遮光期間を制御する。
【０１２７】
画像処理部は、イメージセンサ５０の転送動作及びシャッタ装置のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。画像処理部から供給される駆動信号（タイミング信号）により、イメージセンサ５０の信号転送を行なう。信号処理回路５３は、イメージセンサ５０の出力信号Ｖｏｕｔに対して種々の信号処理を施して映像信号として出力する。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、あるいはモニタに出力される。
【０１２８】
上記の本実施形態に係る電子機器によれば、例えばセルピッチが特に３μｍ以下の世代のカラー画像を撮像する固体撮像装置を有する電子機器において、受光面に入射する光の光干渉強度のばらつきを低減し、色ムラを抑制することができる。
【０１２９】
上記の実施形態では、可視光の光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されてなるイメージセンサ５０に適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明はイメージセンサ５０への適用に限られるものではない。画素アレイ部の画素列ごとにカラム回路を配置してなるカラム方式の固体撮像装置全般に対して適用可能である。
【０１３０】
また、本発明は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像装置への適用に限らない。赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像装置や、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像装置（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
【０１３１】
また、本発明は、固体撮像装置への適用に限られるものではなく、デジタルスチル電子機器やビデオ電子機器、携帯電話機などの撮像機能を有する電子機器などに適用可能である。なお、電子機器に搭載される上記モジュール状の形態、即ち電子機器モジュールを撮像装置とする場合もある。
【０１３２】
ビデオ電子機器やデジタルスチル電子機器、さらには携帯電話機等のモバイル機器向け電子機器モジュールなどの撮像装置において、その固体撮像装置として先述した実施形態に係るイメージセンサ５０を用いることができる。
【０１３３】
本発明は上記の説明に限定されない。
例えば、実施形態においてはＣＭＯＳセンサとＣＣＤ装置のいずれにも適用できる。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【０１３４】
１０…半導体基板、１１…フォトダイオード、２０ａ…下層第１絶縁膜、２０ｂ…中層第１絶縁膜、２０ｃ…上層第１絶縁膜、２１…第２絶縁膜、２１ａ…下層第２絶縁膜、２１ｂ…中層第２絶縁膜、２１ｃ…上層第２絶縁膜、２２…第３絶縁膜、２３Ｒ，２３Ｇ，２３Ｂ…カラーフィルタ、２４…オンチップレンズ、５０…イメージセンサ、５１…光学系、５３…信号処理回路、ＰＲ１，ＰＲ２…フォトレジスト
【図１】
2011100900.tif 000009
【図２】
2011100900.tif 000010
【図４】
2011100900.tif 000011
【図５】
2011100900.tif 000012
【図６】
2011100900.tif 000013
【図７】
2011100900.tif 000014
【図８】
2011100900.tif 000015
【図９】
2011100900.tif 000016
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図３】
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