(57)【要約】  第１光電変換素子および有色フィルタを有する有色画素と、第２光電変換素子および透明層を有する白色画素と、前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子と、前記有色フィルタおよび前記透明層との間に設けられた層間絶縁膜とを備え、前記有色フィルタは、前記第１光電変換素子の光入射側に設けられ、前記透明層は、前記第２光電変換素子の光入射側に設けられ、前記有色フィルタの屈折率よりも高い屈折率を有すると共に前記層間絶縁膜とは異なる材料よりなる無機誘電体膜により構成されている固体撮像装置。
2015019913.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１光電変換素子および有色フィルタを有する有色画素と、
第２光電変換素子および透明層を有する白色画素と、
前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子と、前記有色フィルタおよび前記透明層との間に設けられた層間絶縁膜と
を備え、
前記有色フィルタは、前記第１光電変換素子の光入射側に設けられ、
前記透明層は、前記第２光電変換素子の光入射側に設けられ、前記有色フィルタの屈折率よりも高い屈折率を有すると共に前記層間絶縁膜とは異なる材料よりなる無機誘電体膜により構成されている
固体撮像装置。
【請求項２】
前記透明層の厚みは、前記有色フィルタの厚みと同じ、または前記有色フィルタの厚みよりも厚い
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記層間絶縁膜は酸化シリコン膜、前記透明層は窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜により構成されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記有色画素および前記白色画素の境界線に沿って、前記層間絶縁膜の光入射側に、遮光壁が設けられている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記遮光壁の高さは、前記有色フィルタの厚みおよび前記透明層の厚みよりも低い
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記遮光壁は、タングステン、チタン、アルミニウムまたは銅により構成されている
請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記有色画素は、赤色画素と、青色画素とを含み、
前記白色画素は、市松配置され、
二つの前記白色画素と、一つの前記赤色画素と、一つの前記青色画素とが、２行×２列の単位配列を構成している
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記有色画素は、赤色画素と、青色画素と、緑色画素とを含み、
一つの前記白色画素と、一つの前記赤色画素と、一つの前記青色画素と、一つの前記緑色画素とが、２行×２列の単位配列を構成している
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項９】
固体撮像装置を備え、
前記固体撮像装置は、
第１光電変換素子および有色フィルタを有する有色画素と、
第２光電変換素子および透明層を有する白色画素と、
前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子と、前記有色フィルタおよび前記透明層との間に設けられた層間絶縁膜と
を備え、
前記有色フィルタは、前記第１光電変換素子の光入射側に設けられ、
前記透明層は、前記第２光電変換素子の光入射側に設けられ、前記有色フィルタの屈折率よりも高い屈折率を有すると共に前記層間絶縁膜とは異なる材料よりなる無機誘電体膜により構成されている
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、白色画素を含む固体撮像装置、およびこれを備えた電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、更には、タブレット型コンピュータ、スマートフォンあるいは携帯電話等に搭載される固体撮像装置として、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが挙げられる。ＣＭＯＳイメージセンサでは、光電変換素子であるフォトダイオード（ＰＤ）のｐｎ接合容量に蓄積した光電荷が、ＭＯＳトランジスタを介して読み出される。【０００３】
固体撮像装置では、画素数増大に伴い画素サイズの微細化が進んでいる。微細化に伴ってＰＤ面積が縮小し、入射光量が減少するので、感度の低下が生じる。この感度の低下を補うため、カラーフィルタに代えて、可視光領域においてほとんど吸収をもたない透明層を配置した白色画素が導入されるようになっている。透明層の材料や形成方法については様々な提案がなされているが、例えば特許文献１には、透明層を、下層の層間絶縁膜と同一材料、例えばＳｉＯ2 膜により構成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−７４７６３号公報
【発明の概要】
【０００５】
白色画素を有する固体撮像装置では、白色画素から隣接する有色画素への混色が起こりやすく、混色を抑えることが望まれていた。また、透明層を下層の層間絶縁膜と同一材料とした場合には、透明層のエッチング加工が困難になり、形状精度が低下するという問題があった。
【０００６】
従って、混色を抑制すると共に形状精度を高めることが可能な固体撮像装置、およびこの固体撮像装置を備えた電子機器を提供することが望ましい。
【０００７】
本開示の一実施の形態による固体撮像装置は、第１光電変換素子および有色フィルタを有する有色画素と、第２光電変換素子および透明層を有する白色画素と、第１光電変換素子および第２光電変換素子と、有色フィルタおよび透明層との間に設けられた層間絶縁膜とを備え、有色フィルタは、第１光電変換素子の光入射側に設けられ、透明層は、第２光電変換素子の光入射側に設けられ、有色フィルタの屈折率よりも高い屈折率を有すると共に層間絶縁膜とは異なる材料よりなる無機誘電体膜により構成されているものである。
【０００８】
本開示の一実施の形態の固体撮像装置では、透明層の屈折率が有色フィルタの屈折率よりも高いので、透明層に斜め入射した光は、透明層と有色フィルタとの界面で反射されて透明層側へ戻される。よって、透明層を通過して隣接画素に入射してしまう光の量が減り、白色画素から隣接する有色画素への混色が抑えられる。また、透明層は、層間絶縁膜とは異なる材料の無機誘電体膜により構成されているので、透明層のエッチング量を高い精度で制御可能となり、形状精度が向上する。
【０００９】
本開示の一実施の形態による電子機器は、固体撮像装置を備え、固体撮像装置は、第１光電変換素子および有色フィルタを有する有色画素と、第２光電変換素子および透明層を有する白色画素と、第１光電変換素子および第２光電変換素子と、有色フィルタおよび透明層との間に設けられた層間絶縁膜とを備え、有色フィルタは、第１光電変換素子の光入射側に設けられ、透明層は、第２光電変換素子の光入射側に設けられ、有色フィルタの屈折率よりも高い屈折率を有すると共に層間絶縁膜とは異なる材料よりなる無機誘電体膜により構成されているものである。
【００１０】
本開示の一実施の形態の電子機器では、固体撮像装置により撮像が行われる。
【００１１】
本開示の一実施の形態の固体撮像装置、または本開示の一実施の形態の電子機器によれば、透明層の屈折率を有色フィルタの屈折率よりも高くするようにしたので、透明層を通過して隣接画素に入射してしまう光の量を減らし、白色画素から隣接する有色画素への混色を抑制することが可能となる。また、透明層を、層間絶縁膜とは異なる材料の無機誘電体膜により構成するようにしたので、透明層のエッチング量を高い精度で制御可能となり、形状精度を高めることが可能となる。
【００１２】
なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本開示中に記載されたいずれの効果であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。
【図２】透明樹脂により構成された透明層の形状の一例を表す平面図である。
【図３】図２において画素サイズを微細化した場合の透明層の形状の一例を表す平面図である。
【図４】図１に示した固体撮像装置の作用を説明するための断面図である。
【図５】透明層と有色フィルタとの屈折率差と、臨界角との関係を表す図である。
【図６】臨界角を説明するための断面図である。
【図７】図１に示した固体撮像装置における２行×２列の単位配列の一例を表す平面図である。
【図８】ＲＧＢベイヤー配列を表す平面図である。
【図９】図７に示した単位配列を複数並べた構成を表す平面図である。
【図１０】図１に示した固体撮像装置における２行×２列の単位配列の他の例を表す平面図である。
【図１１】図１０に示した単位配列を複数並べた構成を表す平面図である。
【図１２】本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法が適用される単位配列を表す平面図である。
【図１３】図１２に示した単位配列を有する固体撮像装置の製造方法を工程順に表す断面図である。
【図１４】図１３に続く工程を表す断面図である。
【図１５】図１４に続く工程を表す断面図である。
【図１６】図１５に示した透明層の配置を表す平面図である。
【図１７】図１５に続く工程を表す断面図である。
【図１８】図１７に続く工程を表す断面図である。
【図１９】図１８に続く工程を表す断面図である。
【図２０】本開示の第２の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法が適用される単位配列を表す平面図である。
【図２１】図２０に示した単位配列を有する固体撮像装置の製造方法を工程順に表す断面図である。
【図２２】図２１に続く工程を表す断面図である。
【図２３】図２２に続く工程を表す断面図である。
【図２４】図２３に示した透明層の配置を表す平面図である。
【図２５】図２３に続く工程を表す断面図である。
【図２６】図２５に続く工程を表す断面図である。
【図２７】図２６に続く工程を表す断面図である。
【図２８】図２７に示した透明層および緑フィルタの配置を表す平面図である。
【図２９】図２７に続く工程を表す断面図である。
【図３０】図２９に続く工程を表す断面図である。
【図３１】本開示の第３の実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法が適用される単位配列を表す平面図である。
【図３２】図３１に示した単位配列を有する固体撮像装置の製造方法を工程順に表す断面図である。
【図３３】図３２に続く工程を表す断面図である。
【図３４】図３３に続く工程を表す断面図である。
【図３５】図３４に示した透明層の配置を表す平面図である。
【図３６】図３４に続く工程を表す断面図である。
【図３７】図３６に続く工程を表す断面図である。
【図３８】図３７に続く工程を表す断面図である。
【図３９】図３８に続く工程を表す断面図である。
【図４０】図３９に続く工程を表す断面図である。
【図４１】本開示の第４の実施の形態に係る固体撮像装置の構成を表す断面図である。
【図４２】図４１に示した遮光壁の構成を表す平面図である。
【図４３】図４１に示した固体撮像装置の製造方法における一工程を表す断面図である。
【図４４】固体撮像装置の機能ブロック図である。
【図４５】適用例に係る電子機器の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（市松配置したＷ画素と、ＲＢの有色画素とを有する例）
２．第２の実施の形態（製造方法：Ｗ画素と、ＲＧＢの有色画素とを有する例）
３．第３の実施の形態（製造方法：ＣＭＰを用いる製造方法の例）
４．第４の実施の形態（遮光壁を有する例）
５．固体撮像装置の全体構成例
６．適用例（電子機器の例）
【００１５】
（第１の実施の形態）
図１は、本開示の第１の実施の形態に係る固体撮像装置の断面構成を表したものである。この固体撮像装置１は、デジタルスチルカメラ，ビデオカメラ等の電子機器に用いられるＣＭＯＳイメージセンサであり、撮像画素領域（後述の画素部１１０）に、複数の有色画素１０および複数の白色画素２０が２次元配置されたものである。固体撮像装置１は、裏面照射型または表面照射型のいずれであってもよいが、ここでは裏面照射型の構造を例として説明する。
【００１６】
有色画素１０は、例えば、フォトダイオードからなる第１光電変換素子１１および有色フィルタ１２を有し、赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）等のいずれかの波長を検出するようになっている。有色フィルタ１２は、第１光電変換素子１１の光入射側に設けられている。なお、赤（Ｒ）は、例えば６００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長域、緑（Ｇ）は、例えば４９５ｎｍ〜５７０ｎｍの波長域、青（Ｂ）は、例えば４５０ｎｍ〜４９５ｎｍの波長域にそれぞれ対応する色である。
【００１７】
白色画素２０は、例えば、フォトダイオードからなる第２光電変換素子２１および透明層（透明フィルタ）２２を有し、入射光を色分離せず直接検出するものである。透明層２２は、第２光電変換素子２１の光入射側に設けられている。すなわち、白色画素２０は、有色フィルタ１２を有さず、可視光領域（例えば４００ｎｍ〜８００ｎｍ）においてほとんど吸収をもたない透明層２２が配置されている。これにより、白色画素２０では、通常は有色フィルタ１２により捨てられてしまう波長領域の光が第２光電変換素子２１で光電変換され、微細化による感度の低下を補い、高感度化を図ることが可能となる。
【００１８】
有色フィルタ１２および透明層２２の光入射側には、オンチップレンズ３０が配設されている。オンチップレンズ３０は、その上方から入射した光を、第１光電変換素子１１または第２光電変換素子２１の受光面へ集光させるものである。
【００１９】
第１光電変換素子１１および第２光電変換素子２１（フォトダイオード）は、シリコン（Ｓｉ）よりなる基板４０の裏面４０Ａ側に、例えば数μｍ程度の厚みで設けられている。第１光電変換素子１１および第２光電変換素子２１は、便宜上異なる符号を付すが同様の構成を有している。
【００２０】
第１光電変換素子１１および第２光電変換素子２１（基板４０の裏面４０Ａ）と、有色フィルタ１２および透明層２２との間には、層間絶縁膜５０が設けられている。層間絶縁膜５０は、第１光電変換素子１１および第２光電変換素子２１の受光面を保護する保護膜としての機能を有しており、例えば酸化シリコン膜（ＳｉＯ2 膜），窒化酸化シリコン膜（ＳｉＯＮ）, 炭化シリコン膜（ＳｉＣ）などにより構成されている。
【００２１】
基板４０の表面４０Ｂ側には、図示しないが、転送トランジスタ、フローティングディフュージョン（ＦＤ）、多層配線などが設けられている。転送トランジスタは、第１光電変換素子１１に蓄積された電荷をＦＤへ転送するためのスイッチング素子である。ＦＤは、多層配線を介して信号処理部（図示せず）に接続されている。多層配線は、第１光電変換素子１１および第２光電変換素子２１の駆動、信号伝達、各部への電圧印加などを行うものである。なお、基板４０の表面４０Ｂ側には、支持基板（図示せず）が貼り合わせられていてもよい。
【００２２】
有色フィルタ１２は、例えば、赤フィルタ１２Ｒと、緑フィルタ１２Ｇと、青フィルタ１２Ｂとを有している。赤フィルタ１２Ｒは、第１光電変換素子１１から赤の波長域に対応する信号を取得するためのものである。緑フィルタ１２Ｇは、第１光電変換素子１１から緑の波長域に対応する信号を取得するためのものである。青フィルタ１２Ｂは、第１光電変換素子１１から青の波長域に対応する信号を取得するためのものである。有色フィルタ１２は、例えば、顔料を混入した樹脂によりそれぞれ構成されており、顔料を選択することにより目的とする赤，緑あるいは青の波長域における光透過率が高く、他の波長域における光透過率が低くなるように調整されている。
【００２３】
透明層２２は、有色フィルタ１２の屈折率よりも高い屈折率を有すると共に層間絶縁膜５０とは異なる材料よりなる無機誘電体膜により構成されている。これにより、この固体撮像装置１では、混色を抑制すると共に形状精度を高めることが可能となっている。
【００２４】
透明層２２の厚みＤ２２は、有色フィルタ１２の厚みＤ１２と同じ、または有色フィルタ１２の厚みＤ１２よりも厚いことが好ましい。透明層２２の厚みＤ２２が有色フィルタ１２の厚みＤ１２よりも薄い場合には、透明層２２に入射すべき光が有色フィルタ１２に入射してしまうおそれがあるからである。
【００２５】
以下、透明層２２の上述した三つのこと、すなわち、（Ａ）無機誘電体膜により構成されていること、（Ｂ）有色フィルタ１２の屈折率よりも高い屈折率を有すること、（Ｃ）層間絶縁膜５０とは異なる材料よりなることについてそれぞれ説明する。
【００２６】
（Ａ）無機誘電体膜により構成されていること。
透明層２２を透明樹脂により構成する場合には、１μｍ以下のような微細な加工が困難となるおそれがある。感光性材料は、良く知られているように、マスクパターンが矩形であっても、光の回折により感光性材料中の露光光の光強度分布が生じ、矩形パターンの角部は丸くなってしまう。また、透明層２２の形成に用いられる感光性樹脂は、一般的にカラーフィルタ材料と同様なネガ型の感光性材料が用いられるとともに、屈折率を高くするために、無機顔料が分散されているものもある。透明層２２のパターンの微細化性能は、使用する樹脂のリソグラフィ性能と分散されている顔料濃度などにより決まる。顔料分散型感光性樹脂は、図２に示したように、現像時に矩形パターンの角部２２Ｃが削られる傾向があり、通常のリソグラフィ用フォトレジストに対して微細加工性能が劣る傾向にある。更に、図３に示したように画素を微細化すると、角部２２Ｃの削られる部分が画素面積に占める比率が大きくなり、パターンの矩形性が大きく低下し、矩形の透明層２２を精度よく形成することが難しくなる。
【００２７】
また、透明層２２を透明樹脂のリソグラフィでパターニングする場合には、可視光領域に吸収をもたずに感光性を有する材料を用いることが望ましい。しかしながら、一般的に紫外光を吸収して感光性能を発する材料は、感光基に可視光領域の短波長側（青色の側、４００ｎｍ〜４５０ｎｍ付近）に光の吸収をもつものが多い。そのため、可視光領域の吸収を小さくして高い解像度を有する材料設計が難しい。加えて、透明であるがゆえ、下地の反射などの影響を受けやすく、形状を矩形に保つことは困難である。
【００２８】
これに対して本実施の形態では、透明層２２を無機誘電体膜により構成することにより、透明層２２の形状は、エッチングマスクとして使用するリソグラフィ用レジストに依存する。微細加工用のレジストを使用することにより、形状の矩形性を保ちつつ、パターンサイズの制御も高い精度で行うことが可能となる。
【００２９】
（Ｂ）有色フィルタ１２の屈折率よりも高い屈折率を有すること。
白色画素２０は有色フィルタ１２をもたないので、一般に、白色画素２０を通る光の量はＲＧＢの有色画素１０よりも多くなる。これにより、図４に示したように、白色画素２０から隣接する有色画素１０への混色Ｌ１が起こりやすくなる。本実施の形態では、透明層２２と有色フィルタ１２との間に屈折率差をつけることにより、図４に示したように、透明層２２と有色フィルタ１２との境界付近に入射した光Ｌ２を、透明層２２と有色フィルタ１２との界面Ｐで反射させ（反射光Ｌ３）、有色フィルタ１２に入射してしまう光Ｌ１を減少させることが可能となる。
【００３０】
図５は、有色フィルタ１２の屈折率が１．５５である場合において、透明層２２と有色フィルタ１２との屈折率差と、臨界角θとの関係を表したものである。臨界角θは、図６に示したように、界面Ｐの法線Ｎと入射光Ｌ２とのなす角度であり、透明層２２と有色フィルタ１２との屈折率差により決まる。図５から分かるように、透明層２２と有色フィルタ１２との屈折率差が大きいほうが、界面Ｐで反射される反射成分Ｌ３が多くなり、混色低減の効果が高くなる。
【００３１】
（Ｃ）層間絶縁膜５０とは異なる材料よりなること
透明層２２が層間絶縁膜５０と同じ材料により構成されている場合には、有機材料よりなる有色フィルタ１２の形成後に無機材料である透明層２２を成膜・加工することは難しい。そのため、有色フィルタ１２よりも先に透明層２２を形成する。その場合、透明層２２を層間絶縁膜５０と同じ材料を用いて形成すると、異方性プラズマドライエッチングの加工装置に一般的なエンドポイントディテクタを用いることは難しく、ドライエッチング加工量は時間で調整することになる。エッチングチャンバの状態など設備状態がエッチング速度を変動させ、エッチング量に影響を及ぼし、その影響により加工ばらつきを生じる可能性がある。また、ウェットエッチングを用いる場合は、等方的に膜をエッチングしていくので、パターンサイズの制御のため、より精度の高いエッチング量制御を行うことが望ましい。ウェットエッチングは、薬液濃度、液温などによりエッチング速度の変動があり、一般的に異方性プラズマドライエッチングよりもエッチング量制御が困難であり、微細加工性に劣るため、微細な画素への適用は難しい。
【００３２】
本実施の形態では、透明層２２を下地である層間絶縁膜５０とは異なる材料により構成することにより、加工にドライエッチングを用いる場合に、一般的なエンドポイントディテクタを使用することが可能となり、エッチング量を高い精度で制御することが可能となる。
【００３３】
具体的には、層間絶縁膜５０が上述したように酸化シリコン膜（ＳｉＯ2 膜）により構成されている場合、透明層２２は、例えば、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）または酸化窒化シリコン膜（ＳｉＯＮ）により構成されていることが好ましい。
【００３４】
図７は、このような固体撮像装置１における２行×２列の単位配列の一例を表したものである。この例では、有色画素１０は、赤色画素１０Ｒと、青色画素１０Ｂとを含んでいる。二つの白色画素２０と、一つの赤色画素１０Ｒと、一つの青色画素１０Ｂとが、２行×２列の単位配列Ｕ１を構成している。白色画素２０は、単位配列Ｕ１の一方の対角線に沿って、左上および右下に配置されている。赤色画素１０Ｒおよび青色画素１０Ｂは、単位配列Ｕ１の他方の対角線に沿って、右上および左下に配置されている。すなわち、この単位配列Ｕ１は、図８に示したＲＧＢベイヤー配列における二つの緑色画素１０Ｇを、白色画素２０に置き換えたものである。
【００３５】
図９は、図７に示した単位配列Ｕ１を複数並べた構成を表したものである。単位配列Ｕ１を複数並べると、白色画素２０の配置は市松状となる。これにより、後述する製造方法において、市松配置された透明層２２を無機誘電体膜により精度良く形成したのちに、有色フィルタ１２を市松状の窪みに埋め込んで形成することが可能となる。よって、有色フィルタ１２を構成する樹脂材料が高いリソグラフィ性能などを有していなくても微細な画素パターンを形成することが可能となる。
【００３６】
図１０は、単位配列の他の例を表したものである。この例では、有色画素１０は、赤色画素１０Ｒと、青色画素１０Ｂと、緑色画素１０Ｇとを含んでいる。一つの白色画素２０と、一つの赤色画素１０Ｒと、一つの青色画素１０Ｂと、一つの緑色画素１０Ｇとが、２行×２列の単位配列Ｕ２を構成している。緑色画素１０Ｇおよび白色画素２０は、単位配列Ｕ１の一方の対角線に沿って、左上および右下に配置されている。赤色画素１０Ｒおよび青色画素１０Ｂは、単位配列Ｕ１の他方の対角線に沿って、右上および左下に配置されている。すなわち、この単位配列Ｕ２は、図８に示したＲＧＢベイヤー配列における右下の緑色画素１０Ｇを、白色画素２０に置き換えたものである。図１１は、図１０に示した単位配列Ｕ２を複数並べた構成を表したものである。
【００３７】
この固体撮像装置１は、例えば、次のようにして製造することができる。ここでは、図１２に示したように、ＲＧＢベイヤー配列における二つの緑色画素１０Ｇを白色画素２０に置き換えた単位配列Ｕ１を有する固体撮像装置１を製造する場合について説明する。
【００３８】
図１３ないし図１９は、固体撮像装置１の製造方法を工程順に表したものである。まず、図１３に示したように、シリコン（Ｓｉ）よりなる基板４０に第１光電変換素子１１および第２光電変換素子２１を形成する。次いで、基板４０の表面４０Ｂに、転送トランジスタ、ＦＤ、多層配線など（いずれも図示せず）を形成し、支持基板（図示せず）を貼り合わせる。続いて、基板４０を反転させて裏面４０Ａ側を研磨またはエッチングし、第１光電変換素子１１および第２光電変換素子２１の受光面を形成する。
【００３９】
そののち、同じく図１３に示したように、基板４０の裏面４０Ａの上に、上述した材料、例えば酸化シリコン膜（ＳｉＯ2 ）よりなる層間絶縁膜５０を形成する。
【００４０】
層間絶縁膜５０を形成したのち、同じく図１３に示したように、層間絶縁膜５０の上に、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、層間絶縁膜５０とは異なる材料よりなる無機誘電体膜、例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮ）を用いて、透明層材料膜２２Ａを形成する。
【００４１】
続いて、透明層材料膜２２Ａの上にフォトレジスト膜（図示せず）を成膜する。このフォトレジスト膜を、図１４に示したように、所望のパターンサイズ・パターン配置となるようにパターニングし、フォトレジストパターンＰＲ１を形成する。
【００４２】
そののち、図１５に示したように、異方性プラズマドライエッチングＤＥ１により、ＳｉＮよりなる透明層材料膜２２Ａを加工し、透明層２２を形成する。ここでは、透明層２２が層間絶縁膜５０とは異なる材料により構成されているので、エッチングがＳｉＯ2 膜よりなる層間絶縁膜５０まで到達したときに、エンドポイントディテクタで自動的に加工が終了する。これにより、図１６に示したように透明層２２が市松状に配置されると共に、四つの透明層２２に囲まれた凹部２２Ｂが形成される。
【００４３】
透明層２２を形成したのち、図１７に示したように、例えば青の顔料を分散した顔料分散型カラーレジストを例えばスピン塗布により凹部２２Ｂ部分があらかじめ決められた膜厚になるように成膜し、リソグラフィ手法によりパターニングすることにより、凹部２２Ｂに埋込まれたように青フィルタ１２Ｂを形成する。青フィルタ１２Ｂは、例えば２００℃で１０分間熱処理を行い、十分に硬化される。同様にして、図１８に示したように、残りの色、例えば赤フィルタ１２Ｒを形成する。
【００４４】
青フィルタ１２Ｂおよび赤フィルタ１２Ｒを形成したのち、図１９に示したように、有色フィルタ１２および透明層２２の上にオンチップレンズ３０を形成する。以上により、図１に示した固体撮像装置１が完成する。
【００４５】
この固体撮像装置１では、オンチップレンズ３０を介して有色画素１０および白色画素２０に光が入射すると、この光は、有色画素１０の有色フィルタ１２および第１光電変換素子１１、または白色画素２０の透明層２２および第２光電変換素子２１を通過し、その通過過程において光電変換される。
【００４６】
例えば図７に示した単位配列Ｕ１を有する固体撮像装置１では、青フィルタ１２Ｂの下方の第１光電変換素子１１から、青の波長域に対応する信号が得られる。赤フィルタ１２Ｂの下方の第１光電変換素子１１から、赤の波長域に対応する信号が得られる。透明層２２の下方の第２光電変換素子２１から、赤，緑および青を含む全波長域に対応する信号が得られる。
【００４７】
ここでは、透明層２２の屈折率が有色フィルタ１２の屈折率よりも高いので、図４に示したように、透明層２２に斜め入射した光Ｌ２は、透明層２２と有色フィルタ１２との界面Ｐで反射されて透明層２２側へ戻される（反射光Ｌ３）。よって、透明層２２を通過して隣接する有色画素１０に入射してしまう光Ｌ１の量が減り、白色画素２０から隣接する有色画素１０への混色が抑えられる。
【００４８】
このように本実施の形態では、透明層２２の屈折率を有色フィルタ１２の屈折率よりも高くするようにしたので、透明層２２を通過して隣接する有色画素１０に入射してしまう光Ｌ１の量を減らし、白色画素２０から隣接する有色画素１０への混色を抑制することが可能となる。また、透明層２２を、層間絶縁膜５０とは異なる材料の無機誘電体膜により構成するようにしたので、透明層２２のエッチング量を高い精度で制御可能となり、形状精度を高めることが可能となる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
次に、本開示の第２の実施の形態に係る固体撮像装置１の製造方法について説明する。この製造方法は、図２０に示したように、ＲＧＢベイヤー配列における右下の緑色画素１０Ｇを白色画素２０に置き換えた単位配列Ｕ２を有する固体撮像装置１を製造する場合に関するものである。
【００５０】
図２１ないし図２８は、本実施の形態に係る固体撮像装置１の製造方法を工程順に表したものである。まず、図２１に示したように、シリコン（Ｓｉ）よりなる基板４０に第１光電変換素子１１および第２光電変換素子２１を形成する。次いで、基板４０の表面４０Ｂに、転送トランジスタ、ＦＤ、多層配線など（いずれも図示せず）を形成し、支持基板（図示せず）を貼り合わせる。続いて、基板４０を反転させて裏面４０Ａ側を研磨またはエッチングし、第１光電変換素子１１および第２光電変換素子２１の受光面を形成する。
【００５１】
そののち、同じく図２１に示したように、基板４０の裏面４０Ａの上に、上述した材料、例えば酸化シリコン膜（ＳｉＯ2 ）よりなる層間絶縁膜５０を形成する。
【００５２】
層間絶縁膜５０を形成したのち、同じく図２１に示したように、層間絶縁膜５０の上に、例えばプラズマＣＶＤ法により、層間絶縁膜５０とは異なる材料よりなる無機誘電体膜、例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮ）を用いて、透明層材料膜２２Ａを形成する。
【００５３】
続いて、透明層材料膜２２Ａの上にフォトレジスト膜（図示せず）を成膜する。このフォトレジスト膜を、図２２に示したように、所望のパターンサイズ・パターン配置となるようにパターニングし、フォトレジストパターンＰＲ１を形成する。
【００５４】
そののち、図２３に示したように、異方性プラズマドライエッチングＤＥ１により、ＳｉＮよりなる透明層材料膜２２Ａを加工し、透明層２２を形成する。ここでは、透明層２２が層間絶縁膜５０とは異なる材料により構成されているので、エッチングがＳｉＯ2 膜よりなる層間絶縁膜５０まで到達したときに、エンドポイントディテクタで自動的に加工が終了する。これにより、図２４に示したように透明層２２が点状に配置され、それ以外の部分が凹部２２Ｂとなる。
【００５５】
透明層２２を形成したのち、図２５に示したように、緑の顔料を分散した顔料分散型カラーレジストよりなる緑フィルタ材料膜１２ＧＡを、例えばスピン塗布によりあらかじめ決められた膜厚となるよう成膜する。緑フィルタ材料膜１２ＧＡは、例えば２００℃で１０分間熱処理を行い、十分に硬化される。
【００５６】
続いて、緑フィルタ材料膜１２ＧＡの上に、フォトレジスト膜（図示せず）を成膜する。このフォトレジスト膜を、図２６に示したように、所望のパターンサイズ・パターン配置となるようにパターニングし、フォトレジストパターンＰＲ２を形成する。
【００５７】
そののち、図２７に示したように、例えば異方性プラズマドライエッチングＤＥ２により、緑フィルタ材料膜１２ＧＡを加工し、緑フィルタ１２Ｇを形成する。このとき、緑フィルタ材料膜１２ＧＡの有機材料に対して、層間絶縁膜５０の無機材料が十分な選択比を持つようなエッチング条件とすることにより、緑フィルタ材料膜１２ＧＡの不要な部分のみを除去することが可能である。これにより、図２８に示したように透明層２２および緑フィルタ１２Ｇが市松状に配置されると共に、透明層２２および緑フィルタ１２Ｇに囲まれた凹部２２Ｂが形成される。
【００５８】
緑フィルタ１２Ｇを形成したのち、図２９に示したように、例えば青の顔料を分散した顔料分散型カラーレジストを例えばスピン塗布により凹部２２Ｂ部分があらかじめ決められた膜厚になるように成膜し、リソグラフィ手法によりパターニングすることにより、凹部２２Ｂに埋込まれたように青フィルタ１２Ｂを形成する。青フィルタ１２Ｂは、例えば２００℃で１０分間熱処理を行い、十分に硬化させる。同様にして、同じく図２９に示したように、残りの色、例えば赤フィルタ１２Ｒを形成する。
【００５９】
青フィルタ１２Ｂおよび赤フィルタ１２Ｒを形成したのち、図３０に示したように、有色フィルタ１２および透明層２２の上にオンチップレンズ３０を形成する。以上により、図１に示した固体撮像装置１が完成する。
【００６０】
（第３の実施の形態）
以下、本開示の第３の実施の形態に係る固体撮像装置１の製造方法について説明する。この製造方法は、図３１に示したように、ＲＧＢベイヤー配列における二つの緑色画素１０Ｇを白色画素２０に置き換えた単位配列Ｕ１を有する固体撮像装置１を製造する場合に関するものである。
【００６１】
図３２ないし図４０は、固体撮像装置１の製造方法を工程順に表したものである。まず、図３２に示したように、シリコン（Ｓｉ）よりなる基板４０に第１光電変換素子１１および第２光電変換素子２１を形成する。次いで、基板４０の表面４０Ｂに、転送トランジスタ、ＦＤ、多層配線など（いずれも図示せず）を形成し、支持基板（図示せず）を貼り合わせる。続いて、基板４０を反転させて裏面４０Ａ側を研磨またはエッチングし、第１光電変換素子１１および第２光電変換素子２１の受光面を形成する。
【００６２】
そののち、同じく図３２に示したように、基板４０の裏面４０Ａの上に、上述した材料、例えば酸化シリコン膜（ＳｉＯ2 ）よりなる層間絶縁膜５０を形成する。
【００６３】
層間絶縁膜５０を形成したのち、同じく図３２に示したように、層間絶縁膜５０の上に、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、層間絶縁膜５０とは異なる材料よりなる無機誘電体膜、例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮ）を用いて、透明層材料膜２２Ａを形成する。
【００６４】
続いて、透明層材料膜２２Ａの上にフォトレジスト膜（図示せず）を成膜する。このフォトレジスト膜を、図３３に示したように、所望のパターンサイズ・パターン配置となるようにパターニングし、フォトレジストパターンＰＲ１を形成する。
【００６５】
そののち、図３４に示したように、異方性プラズマドライエッチングＤＥ１により、ＳｉＮよりなる透明層材料膜２２Ａを加工し、透明層２２を形成する。ここでは、透明層２２が層間絶縁膜５０とは異なる材料により構成されているので、エッチングがＳｉＯ2 膜よりなる層間絶縁膜５０まで到達したときに、エンドポイントディテクタで自動的に加工が終了する。これにより、図３５に示したように透明層２２が市松状に配置されると共に、四つの透明層２２に囲まれた凹部２２Ｂが形成される。
【００６６】
透明層２２を形成したのち、図３６に示したように、例えば赤の顔料を分散した顔料分散型カラーレジストを例えばスピン塗布により凹部２２Ｂ部分があらかじめ決められた膜厚になるように成膜し、リソグラフィ手法によりパターニングすることにより、凹部２２Ｂに埋込まれたように赤フィルタ１２Ｒを形成する。赤フィルタ１２Ｒは、例えば２００℃で１０分間熱処理を行い、十分に硬化される。このときの赤フィルタ１２Ｒは、透明層２２の上に残るようなラフなパターニングで足りる。
【００６７】
続いて、同様にして、図３７に示したように、残りの色、例えば青フィルタ１２Ｂのパターニングを行う。
【００６８】
最後の色の有色フィルタ１２（ここでは青フィルタ１２Ｂ）のパターニングおよび硬化処理を行ったのち、図３８に示したように、撮像画素領域（後述の画素部１１０）を全面ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）により研磨する。
【００６９】
このとき、透明層２２の厚みＤ２２を有色フィルタ１２の厚みに合わせておくことにより、図３９に示したように、透明層２２をＣＭＰの研磨ストッパとして用いることが可能となる。研磨が完了すると、凹部２２Ｂに赤フィルタ１２Ｒおよび青フィルタ１２が埋め込まれた状態となる。
【００７０】
青フィルタ１２Ｂおよび赤フィルタ１２Ｒを形成したのち、図４０に示したように、有色フィルタ１２および透明層２２の上にオンチップレンズ３０を形成する。以上により、図１に示した固体撮像装置１が完成する。
【００７１】
（第４の実施の形態）
図４１は、本開示の第４の実施の形態に係る固体撮像装置１Ａの断面構成を表したものである。本実施の形態では、有色画素１０および白色画素２０の境界線Ｍに沿って、層間絶縁膜５０の光入射側に、遮光壁６０を設けることにより、混色を更に確実に抑制するようにしている。このことを除いては、この固体撮像装置１Ａは、上記第１の実施の形態の固体撮像装置１と同様の構成、作用および効果を有している。よって、対応する構成要素には同一の符号を付して説明する。
【００７２】
有色画素１０、白色画素２０、オンチップレンズ３０、基板４０、層間絶縁膜５０は、上記第１の実施の形態と同様に構成されている。
【００７３】
遮光壁６０は、図４１に示したように、透明層２２と有色フィルタ１２との境界付近に入射した光Ｌ４を反射させ（反射光Ｌ５）、有色フィルタ１２に入射してしまう光Ｌ１を減少させることにより混色を更に確実に抑制するものである。遮光壁６０は、例えば図４２に示したように、有色画素１０および白色画素２０の境界線Ｍに沿った格子状の平面形状を有している。
【００７４】
遮光壁６０は、タングステン、チタン、アルミニウムまたは銅などの金属により構成されていることが好ましい。中でも、タングステンまたはチタンが好ましい。遮光壁６０をタングステンまたはチタンにより構成することで、薄い膜厚で遮光性を高くすることが可能となるからである。
【００７５】
遮光壁６０の高さＨ６０は、透明層２２の厚みＤ２２および有色フィルタ１２の厚みＤ１２よりも低いことが好ましい。遮光壁６０が透明層２２および有色フィルタ１２と同程度の高さを有する場合には、開口率が低下する。遮光壁６０の高さＨ６０は、開口率と混色抑制とのバランスを考慮して適切な値に調整されていることが好ましい。
【００７６】
この固体撮像装置１Ａは、図４３に示したように、層間絶縁膜５０の上に遮光壁６０を形成することを除いては、第１ないし第３の実施の形態と同様にして製造することができる。
【００７７】
（固体撮像装置の全体構成）
図４４は、上記実施の形態において説明した固体撮像装置１の全体構成を表す機能ブロック図である。この固体撮像装置１は、撮像画素領域としての画素部１１０を有すると共に、例えば行走査部１３１、水平選択部１３３、列走査部１３４およびシステム制御部１３２からなる回路部１３０を有している。回路部１３０は、画素部１１０の周辺領域に設けられていてもよいし、画素部１１０と積層されて（画素部１１０に対向する領域に）設けられていてもよい。
【００７８】
画素部１１０は、例えば行列状に２次元配置された複数の有色画素１０および白色画素２０（画素ＰＸＬ）を有している。この画素ＰＸＬには、例えば画素行ごとに画素駆動線Ｌread（具体的には行選択線およびリセット制御線）が配線され、画素列ごとに垂直信号線Ｌsig が配線されている。画素駆動線Ｌreadは、画素からの信号読み出しのための駆動信号を伝送するものである。画素駆動線Ｌreadの一端は、行走査部１３１の各行に対応した出力端に接続されている。
【００７９】
行走査部１３１は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、画素部１ａの各画素ＰＸＬを、例えば行単位で駆動する画素駆動部である。行走査部１３１によって選択走査された画素行の各画素ＰＸＬから出力される信号は、垂直信号線Ｌsig の各々を通して水平選択部１３３に供給される。水平選択部１３３は、垂直信号線Ｌsig ごとに設けられたアンプや水平選択スイッチ等によって構成されている。
【００８０】
列走査部１３４は、シフトレジスタやアドレスデコーダ等によって構成され、水平選択部１３３の各水平選択スイッチを走査しつつ順番に駆動するものである。この列走査部１３４による選択走査により、垂直信号線Ｌsig の各々を通して伝送される各画素の信号が順番に水平信号線１３５に伝送され、当該水平信号線１３５を通して出力される。
【００８１】
システム制御部１３２は、外部から与えられるクロックや、動作モードを指令するデータなどを受け取り、また、固体撮像装置１の内部情報などのデータを出力するものである。システム制御部１３２はさらに、各種のタイミング信号を生成するタイミングジェネレータを有し、当該タイミングジェネレータで生成された各種のタイミング信号を基に行走査部１３１、水平選択部１３３および列走査部１３４などの駆動制御を行う。
【００８２】
（適用例）
上記実施の形態等の固体撮像装置１は、例えばデジタルスチルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話など、撮像機能を備えたあらゆるタイプの電子機器に適用することができる。図４５に、その一例として、電子機器２（カメラ）の概略構成を示す。この電子機器２は、例えば静止画または動画を撮影可能なビデオカメラであり、例えば、固体撮像装置１と、光学系（撮像レンズ）３１０と、シャッタ装置３１１と、固体撮像装置１およびシャッタ装置３１１を駆動する駆動部３１３（上記回路部１３０を含む）と、信号処理部３１２と、ユーザインターフェイス３１４と、モニタ３１５とを有する。
【００８３】
光学系３１０は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の画素部１１０へ導くものである。この光学系３１０は、複数の光学レンズから構成されていてもよい。シャッタ装置３１１は、固体撮像装置１への光照射期間および遮光期間を制御するものである。駆動部３１３は、固体撮像装置１の転送動作およびシャッタ装置３１１のシャッタ動作を制御するものである。信号処理部３１２は、固体撮像装置１から出力された信号に対し、各種の信号処理を行うものである。信号処理後の映像信号Ｄout は、モニタ３１５に出力される。あるいは、映像信号Ｄout は、メモリなどの記憶媒体に記憶されてもよい。ユーザインターフェイス３１４では、撮影シーンの指定（ダイナミックレンジの指定、波長（テラヘルツ、可視、赤外、紫外、Ｘ線等）の指定など）が可能であり、この指定（ユーザインターフェイス３１４からの入力信号）は、駆動部３１３に送られ、これに基づいて固体撮像装置１において所望の撮像がなされる。
【００８４】
以上、実施の形態を挙げて本開示を説明したが、本開示は上記実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記実施の形態では、固体撮像装置１，１Ａの構成を具体的に挙げて説明したが、全ての構成要素を備えていなくてもよく、また、他の構成要素を更に備えていてもよい。
【００８５】
なお、本明細書に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また他の効果があってもよい。
【００８６】
なお、本技術は以下のような構成を取ることも可能である。
（１）
第１光電変換素子および有色フィルタを有する有色画素と、
第２光電変換素子および透明層を有する白色画素と、
前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子と、前記有色フィルタおよび前記透明層との間に設けられた層間絶縁膜と
を備え、
前記有色フィルタは、前記第１光電変換素子の光入射側に設けられ、
前記透明層は、前記第２光電変換素子の光入射側に設けられ、前記有色フィルタの屈折率よりも高い屈折率を有すると共に前記層間絶縁膜とは異なる材料よりなる無機誘電体膜により構成されている
固体撮像装置。
（２）
前記透明層の厚みは、前記有色フィルタの厚みと同じ、または前記有色フィルタの厚みよりも厚い
前記（１）記載の固体撮像装置。
（３）
前記層間絶縁膜は酸化シリコン膜、前記透明層は窒化シリコン膜または酸化窒化シリコン膜により構成されている
前記（１）または（２）記載の固体撮像装置。
（４）
前記有色画素および前記白色画素の境界線に沿って、前記層間絶縁膜の光入射側に、遮光壁が設けられている
前記（１）ないし（３）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（５）
前記遮光壁の高さは、前記有色フィルタの厚みおよび前記透明層の厚みよりも低い
前記（４）記載の固体撮像装置。
（６）
前記遮光壁は、タングステン、チタン、アルミニウムまたは銅により構成されている
前記（４）または（５）記載の固体撮像装置。
（７）
前記有色画素は、赤色画素と、青色画素とを含み、
前記白色画素は、市松配置され、
二つの前記白色画素と、一つの前記赤色画素と、一つの前記青色画素とが、２行×２列の単位配列を構成している
前記（１）ないし（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（８）
前記有色画素は、赤色画素と、青色画素と、緑色画素とを含み、
一つの前記白色画素と、一つの前記赤色画素と、一つの前記青色画素と、一つの前記緑色画素とが、２行×２列の単位配列を構成している
前記（１）ないし（６）のいずれかに記載の固体撮像装置。
（９）
固体撮像装置を備え、
前記固体撮像装置は、
第１光電変換素子および有色フィルタを有する有色画素と、
第２光電変換素子および透明層を有する白色画素と、
前記第１光電変換素子および前記第２光電変換素子と、前記有色フィルタおよび前記透明層との間に設けられた層間絶縁膜と
を備え、
前記有色フィルタは、前記第１光電変換素子の光入射側に設けられ、
前記透明層は、前記第２光電変換素子の光入射側に設けられ、前記有色フィルタの屈折率よりも高い屈折率を有すると共に前記層間絶縁膜とは異なる材料よりなる無機誘電体膜により構成されている
電子機器。
【００８７】
本出願は、日本国特許庁において２０１３年８月７日に出願された日本特許出願番号２０１３−１６４０６２号を基礎として優先権を主張するものであり、この出願のすべての内容を参照によって本出願に援用する。
【００８８】
当業者であれば、設計上の要件や他の要因に応じて、種々の修正、コンビネーション、サブコンビネーション、および変更を想到し得るが、それらは添付の請求の範囲やその均等物の範囲に含まれるものであることが理解される。
【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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【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２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【国際調査報告】
2015019913.tif 000048
2015019913.tif 000049
2015019913.tif 000050
2015019913.tif 000051