(57)【要約】【課題】効果的な周辺減光の補正を安価に行うことができる光学素子の製造方法、及び光学素子を提供する。【解決手段】半導体基板２１上に第１平坦化層２８を形成して表面を平坦化した後、第１平坦化層２８の表面で、且つ配線層２４の上方に位置する箇所にフレア防止膜３２を形成する。第１平坦化層２８の上方にカラーフィルタ２９を形成する。このとき、フレア防止膜３２との間に隙間が形成されるようにカラーフィルタ２９を形成する。化学的機械的研磨により、カラーフィルタ２９の表面を平坦化する。このとき、カラーフィルタ２９とフレア防止膜３２との間に隙間が設けられているので、カラーフィルタ２９の厚さは中心部３３と比較して周辺部３４が薄くなる。最後に、マイクロレンズ３１をカラーフィルタ２９の上方に第２平坦化層３０を介して形成する。【選択図】図２
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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た配列面上にカラーフィルタが設けられた光学素子の製造方法において、
前記配列面の中心部と比較して周辺部の厚さが薄くなるように前記カラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
前記カラーフィルタ形成工程において、前記カラーフィルタに対して化学的機械的研磨を行うことを特徴とする請求項１記載の光学素子の製造方法。
【請求項３】
前記化学的機械的研磨のストッパ膜と前記カラーフィルタとの間に隙間を設けることを特徴とする請求項２記載の光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記画素の１／３個以上３個以下の幅で、前記隙間を形成することを特徴とする請求項３記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
前記ストッパ膜は、フレアが発生することを防止するフレア防止膜であることを特徴とする請求項３又は４記載の光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記ストッパ膜は、前記配列面の周辺に設けられた配線を遮光する遮光膜であることを特徴とする請求項３乃至５何れか記載の光学素子の製造方法。
【請求項７】
前記ストッパ膜は、前記カラーフィルタを構成する青色フィルタであることを特徴とする請求項３乃至６何れか記載の光学素子の製造方法。
【請求項８】
前記光学素子は、前記画素に入射した光を光電変換して撮像信号を出力する固体撮像素子であることを特徴とする請求項１乃至７何れか記載の光学素子の製造方法。
【請求項９】
複数の画素が配列された配列面上にカラーフィルタが設けられた光学素子において、
前記カラーフィルタは、前記配列面の中心部と比較して周辺部の厚さが薄いことを特徴とする光学素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周辺減光を効果的に補正し得る光学素子の製造方法、及び光学素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の画素が配列された光学素子として、例えば、ＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像素子や、ＬＣＯＳ（反射型液晶素子）が知られている。このような光学素子を使用した撮像装置には撮像レンズが使用されるが、撮像レンズの絞りを開放側にすると開口効率の低下によってレンズの中央部に対して周辺部の光量が少なくなり、画素の配列面の周辺部の画素への入射光量が低下する、いわゆる周辺減光の問題がある。
【０００３】
従来、周辺減光を補正するために、様々な提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載の方法では、周辺部の画素の面積を中心部よりも大きくすることで、周辺部の画素への入射光量を増やし、中心部と周辺部とで均一な出力を得るようにしている。なお、この方法の他にも、画素に光を集束するマイクロレンズのうち、周辺部に配置されたマイクロレンズを、画素の中心に対して配列面の中心部側にずらして配置するなどの方法が提案されている。
【特許文献１】特開平０７−１４３４１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１記載の方法では、周辺部の画素の面積を変化させるために、画素を形成する際に専用のマスクを用意する必要があり、製造コストが嵩むという問題があった。また、周辺部の画素の面積を大きくした分、配列面のサイズが大きくなる。或いは、配列面のサイズはそのままで、画素の個数を減少させると、解像度が低くなってしまう。マイクロレンズをずらして配置する方法では、特許文献１記載の方法と同様に、専用のマスクを用意する必要があり、やはり製造コストの面で難点がある。
【０００５】
ところでまた、画素が配列された配列面上に配置するカラーフィルタを、配列面の中心部と比較して周辺部の厚さが薄くなるようにすることで、周辺減光の補正を行うことができると考えられる。しかしながら従来の半導体基板の製造工程では、図６（Ａ）に示すように、フレア防止膜１０１に囲われるよう半導体基板１０２上に、フレア防止膜１０１との間に隙間を設けることなくカラーフィルタ１０３を形成する。そして化学的機械的研磨を施して、図６（Ｂ）に示すように、フレア防止膜１０１及びカラーフィルタ１０３を平坦化させている。このため、カラーフィルタ１０３の厚さを中心部と周辺部とで異なるようにすることは容易ではない。
【０００６】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、効果的な周辺減光の補正を安価に行うことができる光学素子の製造方法、及び光学素子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】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明の光学素子の製造方法は、複数の画素が配列された配列面上にカラーフィルタが設けられた光学素子の製造方法であって、配列面の中心部と比較して周辺部の厚さが薄くなるようにカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程を有することを特徴とする。
【０００８】
なお、カラーフィルタ形成工程において、カラーフィルタに対して化学的機械的研磨を行うことが好ましい。
【０００９】
また、化学的機械的研磨のストッパ膜とカラーフィルタとの間にカラーフィルタの周辺部の厚さを制御する適切な隙間を設けることが好ましい。
【００１０】
また、画素の１／３個以上３個以下の幅で、隙間を形成することが好ましい。
【００１１】
また、ストッパ膜は、フレアが発生することを防止するフレア防止膜であることが好ましく、具体的には、配列面の周辺に設けられた配線を遮光する遮光膜であることが好ましい。
【００１２】
また、ストッパ膜は、カラーフィルタを構成する青色フィルタであることが好ましい。
【００１３】
また、光学素子は、画素に入射した光を光電変換して撮像信号を出力する固体撮像素子であることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の光学素子は、複数の画素が配列された配列面上にカラーフィルタが設けられた光学素子であって、カラーフィルタは、配列面の中心部と比較して周辺部の厚さが薄いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の光学素子の製造方法、及び光学素子によれば、カラーフィルタの厚さを、画素の配列面の中心部と比較して周辺部を薄くするので、効果的な周辺減光の補正を安価に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１に示すように、固体撮像素子１１は、インターライントランスファ方式のＣＣＤイメージセンサであり、垂直（Ｖ）方向および水平（Ｈ）方向に所定のピッチで行列状（２次元マトリクス状）に配列された複数のフォトダイオード（受光素子）１２と、フォトダイオード１２の垂直列毎に設けられた垂直ＣＣＤ（ＶＣＣＤ）１３と、フォトダイオード１２とＶＣＣＤ１３との間に設けられた読出し転送ゲート（ＴＧ）１４と、各ＶＣＣＤ１３の最終段が共通に接続された水平ＣＣＤ（ＨＣＣＤ）１５と、ＨＣＣＤ１５の最終段に隣接して設けられた出力ゲート（ＯＧ）１６及びフローティングディフュージョン（ＦＤ）１７と、ＦＤ１７に接続されたソースフォロア型のアンプ回路１８とから構成されている。
【００１７】
フォトダイオード１２は、マイクロレンズ３１（図２参照）を介して入射した光を受光して光電変換し、入射光の光量に応じた信号電荷を生成して蓄積する。ＴＧ１４は、フォトダイオード１２に蓄積された信号電荷をＶＣＣＤ１３へ転送する。ＶＣＣＤ１３は、ＴＧ１４を介してフォトダイオード１２から転送された信号電荷を受け取り、受け取った信号電荷をＨＣＣＤ１５に向けて１行ずつ垂直方向に転送する。ＨＣＣＤ１５は、ＶＣＣＤ１３の最終段から出力される信号電荷を１行ずつ受け取り、１行分の信号電荷を受け取るたびにＯＧ１６に向けて水平転送する。ＯＧ１６は、ＨＣＣＤ１５から送られた信号電荷を画素毎に順にＦＤ１７へ転送する。ＦＤ１７は、ＯＧ１６から転送された信号電荷を電圧信号に変換する。アンプ回路１８は、ＦＤ１７が生成した電圧信号を増幅し、撮像信号Ｖｏｕｔとして出力する。
【００１８】
図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面を示す図２において、フォトダイオード１２、ＶＣＣＤ１３、及びＴＧ１４は、半導体基板２１内に設けられている。ＶＣＣＤ１３上には、絶縁膜２２を介して転送電極２３が形成されている。転送電極２３には、ＶＣＣＤ１３による垂直転送、及びＴＧ１４による信号電荷の読出し転送を制御する電圧が印加される。また、絶縁膜２２は、例えば熱酸化法やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などによって形成されたＳｉＯ２（二酸化シリコン）からなる。転送電極２３は、例えばＣＶＤ法などによって形成されたポリシリコンからなる。
【００１９】
半導体基板２１上には、遮光膜２５と、絶縁層２６と、レンズ層２７と、第１平坦化層２８と、カラーフィルタ２９と、第２平坦化層３０と、マイクロレンズ３１と、フレア防止膜３２とが形成されている。遮光膜２５は、スパッタリング法などにより形成されたタングステンなどの高融点金属からなり、転送電極２３を覆って遮光する。絶縁層２６は、透光性を有する絶縁材料、例えばＢＰＳＧ（ホウ素リンシリケートガラス）などからなり、絶縁膜２２、及び遮光膜２５の上面を覆っている。レンズ層２７は、Ｐ−ＳｉＮからなる。レンズ層２７は、絶縁層２６の上方を覆うように形成され、各フォトダイオード１２の上方にそれぞれ位置する箇所が上下両方向に凸レンズ形状となっている。第１平坦化層２８は、例えばＰ−ＳｉＯ２，Ｐ−ＳｉＮ，有機材料などからなる。第１平坦化層２８は、その表面が平坦化され、透光性を有している。なお、図示は省略したが、転送電極２３と遮光膜２５との間には、酸化シリコンなどからなる絶縁層が形成されている。
【００２０】
カラーフィルタ２９は、第１平坦化層２８の表面に形成される。カラーフィルタ２９は、例えば、３色（Ｒ，Ｇ，Ｂ）又は４色（Ｍｇ，Ｇ，Ｃｙ，Ｙｅ）の色に対応する色素がそれぞれ含まれたカラーレジスト材などを塗布・パターニングして形成される。
【００２１】
カラーフィルタ２９は、第１平坦化層２８の表面に形成された後、化学的機械的研磨により表面が平坦化される。化学的機械的研磨によりカラーフィルタ２９の厚さは、中心部３３と比較して周辺部３４が薄くなる。したがって、カラーフィルタ２９の光の透過率は、中心部３３と比較して周辺部３４の方が大きくなる。これにより、周辺部のフォトダイオード１２への入射光量が増加し、周辺減光が補正される。
【００２２】
マイクロレンズ３１は、凸レンズ形状を有しており、各フォトダイオード１２の上方にそれぞれ位置するように、化学的機械的研磨が施されたカラーフィルタ２９上に第２平坦化層３０を介して形成されている。マイクロレンズ３１は、その中心を通る光軸がフォトダイオード１２の中心を通り、且つフォトダイオード１２の面に垂直になるように配されている。マイクロレンズ３１は、光軸に平行な入射光を効率良くフォトダイオード１２に向けて集光するような曲率を有する。なお、一つのフォトダイオード１２、カラーフィルタ２９、及びマイクロレンズ３１により、一つの画素３６が構成される。以下の説明では、画素３６が配列された固体撮像素子１１の面を、配列面３７という。
【００２３】
配列面３７の周辺（画素３６が設けられていない箇所）の絶縁層２６上には、配線層２４が設けられている。配線層２４は、例えばアルミニウムなどの金属からなり、転送電極２３、及び固体撮像素子１１と外部制御回路とを繋ぐボンディングワイヤが接続されるボンディングパット（図示せず）に接続している。
【００２４】
フレア防止膜３２は、配線層２４の上方に位置するように第１平坦化層２８の表面に形成されている。フレア防止膜３２は、例えば可視光吸収基を有する遮光材料からなる。フレア防止膜３２は、入射光が配線層２４で反射してフォトダイオード１２に入射し、フレアやゴーストが発生するのを防止する。なお、フレア防止膜３２の上方には第２平坦化層３０が形成され、その表面が平坦化されている。
【００２５】
カラーフィルタ２９とフレア防止膜３２との間には、隙間ｄａが設けられている。周辺部３４のカラーフィルタ２９は、隙間ｄａが設けられているため、化学的機械的研磨を施した際に中心部３３よりも過研磨となり、中心部３３よりも厚さが若干薄くなる。周辺部３４のカラーフィルタ２９の厚さｄｂは、隙間ｄａ、及び化学的機械的研磨の研磨時間などの諸条件を制御することで、最適な周辺減光の補正が行えるような値となる。なお、周辺部３４と対向するフレア防止膜３２の端部も周辺部３４のカラーフィルタ２９と同様に、他の部分よりも厚さが若干薄くなる。
【００２６】
隙間ｄａは、画素３６の１／３個以上、３個以下の幅を有する。隙間ｄａをこのように規定するのは、隙間ｄａが画素３６の１／３個未満の幅であると、カラーフィルタ２９の平坦化は可能であるが、厚さｄｂの制御が不可能となり、隙間ｄａが画素３６の３個を超える幅であると、過研磨が進んで厚さｄｂが薄くなり過ぎ、中心部３３と周辺部３４とのカラーフィルタ２９のカラーバランスが画素に影響を及ぼすほどに崩れるためである。
【００２７】
以下、上記実施形態の固体撮像素子１１の製造工程について、図３のフローチャート、及び図４、図５を参照して説明する。なお、第１平坦化層２８より下方の構造は、周知の半導体デバイス製造工程により形成されるものであり、ここでの説明は省略する。
【００２８】
第１平坦化層２８を形成して表面を平坦化した後、図４（Ａ）に示すように、第１平坦化層２８の表面で、且つ配線層２４の上方に位置する箇所にフレア防止膜３２を形成する。なお、フレア防止膜を青色フィルタで形成する場合は、画素部の青色フィルタを形成する工程と同時に行っても良い。
【００２９】
次いで、図４（Ｂ）に示すように、カラーフィルタ２９を第１平坦化層２８上に形成する。このとき、フレア防止膜３２との間に隙間が形成されるようにカラーフィルタ２９を形成する。カラーフィルタ２９は、周知のカラーフィルタ製造方法（例えば、特開２００６−３１９１３３号公報）によって形成される。
【００３０】
次いで、化学的機械的研磨により、図５に示すように、カラーフィルタ２９の表面を平坦化する。このとき、カラーフィルタ２９とフレア防止膜３２との間に隙間が設けられているので、カラーフィルタ２９の厚さは中心部３３と比較して周辺部３４が薄くなる。
【００３１】
そして、カラーフィルタ２９及びフレア防止膜３２上に第２平坦化層３０を形成して平坦化する。その後、マイクロレンズ３１をカラーフィルタ２９上に形成する。マイクロレンズ３１は、周知のマイクロレンズ製造工程によって、各フォトダイオード１２の上方にそれぞれ位置するように形成される。以上のような工程を経て、図２に示す固体撮像素子１１を完成させる。
【００３２】
以上のように本実施形態では、化学的機械的研磨により、カラーフィルタ２９の厚さを中心部３３と比較して周辺部３４を薄くすることができる。これにより、周辺減光を効果的に補正することができる。
【００３３】
また、従来の固体撮像素子の製造工程で一般的に行われている化学的機械的研磨を利用しているので、周辺部の画素の面積を変化させたり、マイクロレンズをずらして配置したりする従来の方法と比べて、製造コストが掛からない。
【００３４】
また、隙間ｄａを画素３６の１／３個以上、３個以下とするので、周辺減光の補正の効果を確実に得ることができ、且つ画質に影響を及ぼさないカラーフィルタ２９のカラーバランスを維持することができる。さらに、フレア防止膜３２を化学的機械的研磨のストッパ膜と兼用するので、専用のストッパ膜を設ける必要がなく、製造コストをさらに削減することができる。
【００３５】
なお、フレア防止膜として、カラーフィルタを構成する青色フィルタを用いても良い。青色フィルタは、可視光の吸収率が比較的高い材料からなるので、フレア防止膜としての役割を十分に果たす。この場合、まず青色フィルタを平坦化層の全面に形成する。そして、フレア防止膜として機能する部分、及びカラーフィルタとして機能する部分を残してパターニングした後、緑色、赤色フィルタを順次形成し、カラーフィルタを完成させる。このようにすれば、製造工程が短縮され、製造コストのさらなる削減に寄与することができる。
【００３６】
なお、上記実施形態では、光学素子として固体撮像素子１１を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるのではなく、例えば、ＬＣＯＳ（Liquid Crystal On Silicon）などの表示素子にも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】固体撮像素子の構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す固体撮像素子のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】固体撮像素子の製造工程を示すフローチャートである。
【図４】固体撮像素子の製造工程を示す説明図であり、（Ａ）は平坦化層上にフレア防止膜を形成したとき、（Ｂ）は平坦化層上にカラーフィルタを形成したときをそれぞれ示す。
【図５】固体撮像素子の製造工程を示す説明図であり、化学的機械的研磨を施したときを示す。
【図６】従来の固体撮像素子の製造工程を示す説明図であり、（Ａ）はカラーフィルタを形成したとき、（Ｂ）は化学的機械的研磨を施したときをそれぞれ示す。
【符号の説明】
【００３８】
１１  固体撮像素子（撮像素子）
１２  フォトダイオード（受光素子）
２９  カラーフィルタ
３１  マイクロレンズ
３２  フレア防止膜
３３  中心部
３４  周辺部
３６  画素
３７  配列面
【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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