(57)【要約】【課題】隣接する画素から漏れ込む光によって発生する混色を抑制することが可能な固体撮像素子を提供する。【解決手段】光電変換がなされるセンサ部１１と、センサ部１１に対応するカラーフィルタ１５との間に設けられた遮光層１７とからなり、遮光層１７が、画素分離部に沿ってセンサ部１１に対して垂直、又は、略垂直に形成されている固体撮像素子を構成する。【選択図】図１
2008112944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換がなされるセンサ部と、前記センサ部に対応するカラーフィルタと、遮光層とからなる画素を有し、
前記遮光層が、前記センサ部と前記カラーフィルタとの間の前記画素内に設けられ、画素分離部に沿って、前記センサ部に対して垂直、又は、略垂直に形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記遮光層が金属で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記金属が、Ａｇ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕから選ばれる少なくとも１種類以上を含むことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記遮光層が、Ｗ，Ｔｉ，Ｔａから選ばれる少なくとも１種類以上を含むことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記遮光層が金属以外の無機物で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記遮光層が、Ｓｉ，Ｇｅから選ばれる少なくとも１種類以上を含むことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記画素内に、赤外カットフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記赤外カットフィルタの側壁に前記遮光層が形成されていることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記赤外カットフィルタがメサ形状であることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記赤外カットフィルタの側壁と、前記遮光層との間に保護膜が形成されていることを特徴とする請求項８に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記保護膜が、Ｔｉ，Ｃｒから選ばれる少なくとも１種類以上を含むことを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隣接する画素から漏れ込む光を遮るための遮光層が設けられた固体撮像素子に係わる。
【背景技術】
【０００２】
イメージセンサ等に用いられる固体撮像素子においては、入射した光を各画素のフォトダイオードからなるセンサ部に集光し、さらに光電変換して信号としている。
【０００３】
フォトダイオードからなるセンサ部は、可視光全体の波長範囲に感度を有しているため、そのままでは色の情報が得られない。
そこで、カラー固体撮像素子では、カラーフィルタ、例えば赤、緑、青の各色に対応するフィルタを、各画素に設けている。
【０００４】
カラーフィルタの最も一般的な色配列は、２×２の４個のセルを、１つの赤のセル、１つの青のセル、２つの緑のセルとした、ベイヤー配列である。
他の色配列としては、例えば、２×２の４個のセルを、いわゆる補色系カラーフィルタを用いて、シアン、イエロー、マゼンタ、グリーンの４色に分けた配列がある。
それぞれの純粋な色は、各色のカラーフィルタを通過して得られた信号を、補正アルゴリズムにより演算して補正することにより、得ることができる。
【０００５】
通常のカラーフィルタは、適切な吸収・透過特性を有する、特殊な有機材料により構成される。例えば、色素を含有したレジスト等が挙げられる。
【０００６】
カラーフィルタを用いた場合、カラーフィルタが完全な波長フィルタではない、という問題がある。例えば、赤のセルに入る光のすべてが赤の光というわけではない。
そのため、各色のカラーフィルタからの入力から、より純粋な色を復調することができるように、補正アルゴリズムを工夫している。また、各色のカラーフィルタの分光特性の重なりを、純粋な色の推論を助けるように活用することができるため、イメージセンサが使用される様々な条件下においても、一定の混合結果が供給される。
【０００７】
また、半導体は、赤外光に対して吸収感度を有する。このため、Ｓｉ半導体を用いた固体撮像素子などにおいては通常、可視光を遮らずに、赤外光を除去するための赤外カットフィルタが設けられている。この赤外カットフィルタは、通常、固体撮像素子の外部に設けられており、全画素に共通して１つの赤外カットフィルタが設けられている。
これに対して、赤外光を検知する画素を設けて、可視光を検知する画素から得られる画像信号を増強、補助する構成が提案されている。この構成では、赤外カットフィルタを外部に設ける代わりに、可視光を検知する画素に、内蔵赤外カットフィルタを設けている（例えば、特許文献１参照）。
【０００８】
図７は、従来のＣＭＯＳイメージセンサにおいて、内蔵赤外カットフィルタを有さない固体撮像素子の概略構成図（断面図）である。そして、図８は、内蔵赤外カットフィルタを有する固体撮像素子の概略構成図（断面図）である。
【０００９】
図７及び図８に示した固体撮像素子は、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの各色の光に対応するカラー画素６０，８０と、可視光、赤外光等のすべての光に対応する白画素７０，９０とから形成される。
これらのカラー画素６０，８０、及び白画素７０，９０では、シリコン基板上に、受光した光に対応して光電変換が行われるセンサ部６１，７１，８１，９１と、センサ部６１，７１，８１，９１上に形成されたオプティカル・カップリング層６２，７２，８２，９２が形成されている。
【００１０】
そして、各画素のセンサ部６１，７１，８１，９１上を除く部分には、配線層６９，８９が形成される。また、センサ部６１，７１，８１，９１及びオプティカル・カップリング層６２，７２，８２，９２の上には、絶縁層６４，７４，８４，９４が設けられている。配線層は、１層又は２層以上の配線が設けられ、この配線を覆うように絶縁層が設けられて構成されるが、これらの図では簡略化して示している。
【００１１】
そして、オプティカル・カップリング層６２，７２，８２，９２の上方には、絶縁層６４，７４，８４，９４を介して、画素内に入射した光をセンサ部６１，７１，８１，９１に集光するため、層内レンズ６３，７３，８３，９３がそれぞれ２層形成されている。
【００１２】
また、図８に示す構成では、カラー画素８０において、センサ部８１と層内レンズ８３との間に、絶縁層８４を介して、赤外カットフィルタ８８が形成されている。
なお、白画素９０では、可視光及び赤外光を含むすべての波長を使用するため、赤外カットフィルタは設けられていない。
【００１３】
カラー画素６０，８０の絶縁層６４，８４の上部には、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの各色に対応したカラーフィルタ６５，８５が形成されている。また、白画素７０，９０の絶縁層７４，９４の上部には、可視光、赤外光等を透過する白色フィルタ７５，９５が形成されている。
なお、白色フィルタという名称のフィルタは存在しないが、説明を簡単にするため、以下、可視光及び赤外光を共に透過する層を、「白色フィルタ」と呼ぶことにする。
カラーフィルタ６５，８５及び白色フィルタ７５，９５の上部には、表面が上側に凸な曲面であるオンチップレンズ６６，７６，８６，９６が形成されている。
【００１４】
図７に示すように、白画素７０に入射する入射角の大きな光線１０１が、画素分離部を越えて、カラー画素６０のセンサ部６１に入射する。このため、センサ部６１に、カラー画素６０内の光と隣接する白画素７０から漏れこんだ光が入射し、カラー画素６０において混色が発生する。また、カラー画素６０に入射した一部の光線１００が、センサ部６１まで到達しないため、カラー画素６０の実感度が低下する。
【００１５】
また、図８に示すように、カラー画素において赤外カットフィルタを用いた固体撮像素子では、各カラー画素に対して赤外カットフィルタ８８をそれぞれ設けなければならない。
また、この赤外カットフィルタ８８は、屈折率の異なる誘電体等の材料を複数積層することによってある程度の厚さをもって形成されている。このため、赤外カットフィルタ８８を用いた固体撮像素子の構造は、赤外カットフィルタ８８の厚さの分、全体の厚さが増加してしまう。
【００１６】
赤外カットフィルタ８８を設けることにより、全体の厚さが増加するので、オンチップレンズ８６，９６からセンサ部８１，９１までの距離が増加する。このため、隣接する白画素９０から漏れ込む光線１０３による混色の発生が増加する。また、カラー画素８０から隣接する白画素９０に光線１０２が漏れることによって、カラー画素８０の実感度が低下する。
【００１７】
図７及び図８に示したように、入射角の大きな光線１０１，１０３が、１つの画素からの隣接する画素に漏れている。図７及び図８に示した固体撮像素子の場合、中央のカラー画素６０，８０は、ＲＧＢのいずれかの色を有する画素であり、この両隣の白画素７０，９０は、可視光だけでなく、赤外光までも含めたすべての波長に対応した画素である。
従って、白画素７０，９０に入射する光の入射角が大きいと、この白画素７０，９０に入射する可視光及び赤外光を含むすべての波長が、赤色のカラー画素６０，８０に漏れる。これにより、カラー画素６０，８０において、ＲＧＢの３つのカラーフィルタからの３原色全体で計算による信号処理で補正を行なった場合においても、正確な色を再現することが困難になる。
【００１８】
このため、混色の発生を抑制するために、各画素のセンサ部の上方に、屈折率の異なる材料を挿入することにより、センサ部の上部に導波路構造を形成することが提案されている（例えば、特許文献２、特許文献３参照）。
導波路構造を形成することにより、各画素に入射角の大きな光が入射した場合でも、導波路構造内において、屈折率の差を利用して反射させることにより、隣接する光が漏れるのを防ぐことができる。
【００１９】
【特許文献１】特開２００６−１９０９５８号公報
【特許文献２】特表２００３−５１７６３５号公報
【特許文献３】米国特許第６８６１６８６号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
しかしながら、上述の導波路構造を有する固体撮像素子を形成するためには、絶縁層に深い穴を形成した後に、屈折率の高い材料を穴に埋め込む必要がある。
そのため、画素が微細化されるに従い、穴のアスペクト比（幅と高さの比）が大きくなり、穴をあける加工や材料の埋め込みが難しくなっていく。
また、導波路構造を形成するための工程を追加する必要があるため、生産効率やコストの面から商業的には実現することが困難である。
【００２１】
また、内蔵赤外カットフィルタを有する固体撮像素子に、導波路構造を適用した場合、内蔵赤外カットフィルタを形成する工程と、導波路構造を形成する工程とを、それぞれ行う必要があるため、工程が複雑になり、生産効率やコストの面から商業的には実現することが困難である。
【００２２】
このように、固体撮像素子において、センサ部に到達するまでに隣接する画素から漏れる光を除去し、混色を抑制する構造を持つことは非常に困難である。
【００２３】
上述した問題の解決のため、本発明においては、隣接する画素から漏れ込む光によって発生する混色を抑制することが可能な固体撮像素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の固体撮像素子は、光電変換がなされるセンサ部と、センサ部に対応するカラーフィルタと、遮光層とからなる画素を有し、記遮光層が、センサ部とカラーフィルタとの間の画素内に設けられ、画素分離部に沿って、センサ部に対して垂直、又は、略垂直に形成されていることを特徴とする。
【００２５】
本発明の固体撮像素子では、センサ部とカラーフィルタとの間に、画素分離部に沿って垂直、又は、略垂直に遮光層が形成されている。本発明の固体撮像素子において、遮光層が形成される略垂直の角度とは、センサ部に対して垂直から約１０度までの傾きの範囲を含む。
これにより、隣接する画素から光が漏れ込む場合でも、センサ部の上方で、遮光層によって、漏れ込む光をさえぎることができる。
また、カラーフィルタの下部に遮光層を設けることにより、カラーフィルタを通過した特定の色を有する光を遮光層で遮ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
上述した本発明の固体撮像素子の構成によれば、画素内に遮光層を有することにより、隣接する画素からの光が漏れ込むのを防ぎ、混色の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（断面図）を、図１に示す。
図１は、本発明をＣＭＯＳ型固体撮像素子に適用した場合である。
【００２８】
第１の実施の形態の固体撮像素子は、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの各色の光に対応するカラー画素１０と、可視光、赤外光等のすべての光に対応する白画素２０とから形成される。
カラー画素１０及び白画素２０では、シリコン基板上に、受光した光に対応して光電変換が行われるセンサ部１１，２１と、センサ部１１，２１上に形成されたオプティカル・カップリング層１２，２２が形成されている。
【００２９】
センサ部１１，２１は、図示しないが第１導電型、例えばｎ型の半導体領域から成り、シリコン基板上に形成された第２導電型、例えばｐ型の半導体領域によってフォトダイオードが構成される。
各画素のセンサ部１１，２１の間には、図示しないが、例えば第２導電型（ｐ型）の素子分離領域が形成されていることにより、隣接する画素が分離されている。
【００３０】
各画素のセンサ部１１，２１上を除く部分には、配線層１９が形成されている。そして、センサ部１１，２１及びオプティカル・カップリング層１２，２２上には、絶縁層１４，２４が設けられている。配線層は、図示しないが１層又は２層以上の配線が設けられ、この配線を覆うように絶縁層が設けられて構成されるが、この図では簡略化して示している。
【００３１】
そして、カラー画素１０において、絶縁層１４を介して遮光層１７が形成されている。
遮光層１７は、カラー画素１０内に在り、素子分離部に沿って、センサ部１１に対して略垂直に形成されている。
また、カラー画素１０の遮光層１７の上部に絶縁層１４を介して、画素内に入射した光をセンサ部１１に集光するため、層内レンズ１３が２層形成されている。また、白画素２０の絶縁層２４内に、画素内に入射した光をセンサ部２１に集光するため、層内レンズ２３が２層形成されている。
【００３２】
カラー画素１０の絶縁層１４の上部には、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの各色に対応したカラーフィルタ１５が形成されている。また、白画素２０の絶縁層２４の上部には、可視光、赤外光等を透過する白色フィルタ２５が形成されている。
カラーフィルタ１５及び白色フィルタ２５の上部には、表面が上側に凸な曲面であるオンチップレンズ１６、２６が形成されている。
【００３３】
なお、白画素２０に設けられる白色フィルタ２５は、可視光及び赤外光を含む全ての波長の成分を通過させるものであればよく、カラーフィルタを設けない構成や、透明なフィルタを設ける構成であってもよい。
【００３４】
白色フィルタ２５を用いて、可視光及び赤外光を含むすべての光をセンサ部２１で検知することにより、赤外光による画像、又は、赤外光と可視光とが混在した画像を得ることができる。また、各色のカラーフィルタ１５を通して対応するセンサ部１１で検知することで可視光によるカラー画像を得ることができる。
このため、赤外光と可視光の両方から撮像することが可能であり、実感度を高くすることができる。また、赤外光と可視光との両方から撮像した画像が得られるが、両者の差分を取ることにより赤外光のみの画像が得られる。
【００３５】
オプティカル・カップリング層１２，２２は、例えば、ＳｉＮやＳｉＯＮなどによって構成され、絶縁層１４，２４を形成する材料の屈折率とセンサ部１１，２１を形成する材料との屈折率との間の屈折率を有する材料によって形成される。
オプティカル・カップリング層１２，２２は、オンチップレンズ１６，２６及び層内レンズ１３，２３によって集光された光が、絶縁層１４、２４を通過して絶縁層１４，２４からセンサ部１１，２１へ入射する際に、絶縁層１４，２４の屈折率とセンサ部１１，２１の屈折率との差を緩和するために設けられている。
【００３６】
上述の遮光層１７は、可視光域における高い反射率を有する金属又は高い吸収率を有する金属が、１層又は２層以上積層して形成される。
遮光層１７には、使用する状況及び要求される反射率又は吸収率に応じて、多様な種類の金属を使用することができる。
【００３７】
可視光域において高い反射率を有する金属としては、例えば、Ａｇ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ等の金属を使用することができる。
遮光層１７を高い反射率を持つ金属で形成することにより、カラー画素１０のオンチップレンズ１６から、カラーフィルタ１５を通過した光線５０が、絶縁層１４を介して隣接する白画素２０へ漏れ込む場合においても、遮光層１７で反射される。これにより、光線５０を元のカラー画素１０内のセンサ部１１に到達させることができる。
また、隣接する白画素２０へ入射した光線５１が、オンチップレンズ２６を通り、カラー画素１０側へ漏れ込んだ場合に、遮光層１７で反射される。これにより、光線５１を元の白画素２０内のセンサ部２１へ到達させることができる。
【００３８】
このとき、遮光層１７は、センサ部１１に対して垂直か、若しくは、図１に示したように、光の入射側が狭く、センサ部１１側が広くなるように、垂直よりもやや傾いた形状で形成する。
遮光層１７を垂直よりやや傾いた形状、例えば７度程度傾けて形成することにより、遮光層１７が垂直の場合よりも、隣接する白画素２０から漏れ込む光線５１が元の白画素２０内のセンサ部２１に到達しやすい。また、カラー画素１０内から隣接する白画素２０に漏れ込む光線５０が、遮光層１７に反射して、センサ部１１に到達しやすくなる。
【００３９】
このため、遮光層１７に高い反射率を有する金属を用いることにより、カラー画素１０内に入射した光が隣接する白画素２０に漏れるのを抑制し、また、隣接する白画素２０内に入射した光がカラー画素１０に漏れ込むことを抑制することができる。これにより、入射した光を効率良くセンサ部１１，２１まで到達させることができ、固体撮像素子の感度を向上させることができる。
また、隣接する白画素２０のセンサ部２１に、カラーフィルタ１５を通過した光が漏れるのを抑制できるため、混色の発生を抑制することができる。
【００４０】
特に、白画素２０では、カラーフィルタ１５の代わりに、可視光及び赤外光を含む全ての波長を透過する白色フィルタ２５が設けられているため、この白色フィルタ２５を透過する光量が、カラーフィルタ１５を透過する光量よりも多くなる。このため、光線５１が隣接するカラー画素１０のセンサ部１１に漏れ込んだ場合に、センサ部１１に到達する光量が多く、白画素２０から漏れこむ光の影響による混色は、カラーフィルタを有する画素から漏れ込む光の影響よりも大きくなる。
しかし、上述の構成を設けることにより、隣接する白画素２０から漏れ込む光を遮光層１７で反射することができるため、混色を抑制することができる。
【００４１】
また、遮光層１７に使用する金属として、可視光域の反射率が低い金属であっても、吸収率の高い金属であれば使用することができる。
これは、遮光層１７において、隣接する白画素２０から漏れ込む光が遮光層１７に吸収されることによって光がカラー画素１０のセンサ部１１まで到達しなくなり、カラー画素１０のセンサ部１１において混色が発生しないためである。
【００４２】
可視光域において高い吸収率を有する金属としては、例えば、Ｔａ，Ｔｉ，Ｗ等の金属を使用することができる。
また、上述の高い吸収率を有する金属の代わりに、高い吸収率を有するＧｅ，Ｓｉ等の無機物を用いることもできる。
可視光域において吸収率の高い金属を使用することにより、例えばカラー画素１０のオンチップレンズ１６から、カラーフィルタ１５を通過した光線５０が、絶縁層１４を介して隣接する白画素２０へ漏れ込む場合においても、遮光層１７に吸収されることにより白画素２０のセンサ部２１へ到達することを防ぐことができる。
また、隣接する白画素２０へ入射した光線５１が、オンチップレンズ２６を通り、カラー画素１０側へ漏れ込む場合においても、遮光層１７に吸収されることによりカラー画素１０のセンサ部１１への到達を防ぐことができる。
【００４３】
遮光層１７の厚さは、使用される金属材料に依存して異なるが、遮光層１７に入射する光を反射又は吸収するためには、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さであることが好ましい。
遮光層１７の厚さが２０ｎｍ未満では、遮光層１７を透過してしまう光の量が大きくなり、反射又は吸収による遮光層１７の効果が低減する。また、遮光層１７が５０ｎｍを超えると遮光層１７が厚くなるため、デバイス全体を小型化することが困難になる。
【００４４】
上述のように、遮光層１７をカラー画素１０内に形成することにより、例えば、カラー画素１０と白画素２０との画素分離部の全面に遮光層を形成し、隣接する画素に漏れ込む光を反射するような構造に比べて、遮光層を小さくすることができる。このため、デバイスを設計する際の自由度が向上する。
さらに、デバイスのセンサ部からオンチップレンズまでが厚くなった場合でも、遮光層１７で光を反射又は吸収することにより、混色を抑制することができる。このため、デバイスの設計において、設計の自由度が向上する。
特に、図１に示したようなＣＭＯＳ型固体撮像素子では、多層配線をセンサ部１１，２１の上方に形成する必要があるため、センサ部からオンチップレンズまでの距離が大きくなりやすい。しかし、このようにデバイスが厚くなった場合においても、遮光層１７によって混色を抑制することができる。
【００４５】
なお、図１に示した第１の実施の形態の固体撮像素子には赤外カットフィルタを設けていないが、カラー画素１０の内部に内蔵赤外カットフィルタを設ける構成としてもよい。
この場合の赤外カットフィルタは、カラー画素１０の内部であって、遮光層１７の上方に設けるか、若しくは、カラー画素１０の内部であって、センサ部１１と遮光層１７との間に設けることができる。
これにより、カラー画素１０内に内蔵赤外カットフィルタが形成された固体撮像素子を構成することができる。
【００４６】
次に、図２Ａ〜Ｃ、図３Ｄ〜Ｅを用いて、第１の実施の形態の固体撮像素子の製造方法について説明する。
【００４７】
まず、配線と、この配線を覆う絶縁層とを順次成膜することにより、配線層１９を形成する。
その後、図２Ａに示すように、ＣＶＤ法などを用いてＳｉＯ２等によって絶縁層１４，２４を、遮光層１７を設ける高さまで形成する。
【００４８】
次に、絶縁層１４，２４を公知のエッチング方法を用いて、図２Ｂに示すようにセンサ部１１上の絶縁層１４がメサ形状となるようにエッチングする。
【００４９】
次に、絶縁層１４，２４の全面に、可視光域において高い反射率金属、又は、吸収率を有する金属、半金属又は無機物を被覆する。これにより、図２Ｃに示すように、絶縁層１４，２４上の全面に遮光層１７Ａが形成される。
【００５０】
次に、遮光層１７Ａに対して、異方性エッチングを行う。これにより、図３Ｄに示すように、遮光層１７Ａのメサ形状の絶縁層１４の側壁に形成されていた部分を残してエッチングすることができ、メサ形状の側壁に遮光層１７を形成することができる。
【００５１】
次に、絶縁層１４，２４及び遮光層１７上に、再びＣＶＤ法などを用いてＳｉＯ２等によって絶縁層１４，２４を形成する。
これにより、図３Ｅに示すように絶縁層１４内に遮光層１７を埋め込んだ形状を形成することができる。
【００５２】
なお、図２Ｂで示した絶縁層１４のエッチングの際、メサ形状の側壁の傾斜角度が大きいと、遮光層１７Ａを成膜した後、図３Ｄで示した工程で行うエッチングの際に、メサ形状の側壁に遮光層１７が残らなくなる。このため、メサ形状の側壁の傾斜角度は７度程度が好ましい。
【００５３】
また、遮光層１７を、センサ部１１に対して垂直に形成する場合には、図２Ｂで示した、エッチング後の絶縁層の形状をメサ形状ではなく、絶縁層１４の凸部の側壁が垂直になるようにエッチングを行う。これにより、遮光層１７をセンサ部１１に対して垂直に形成することができる。
【００５４】
この後、公知の方法により、絶縁層１４，２４内に、ＵＶ−ＳｉＮ膜等により層内レンズ１３，２３を形成する。さらに、絶縁層１４，２４上にＲＧＢのいずれかのカラーフィルタ１５と、白色フィルタ２５を形成した後、オンチップレンズ１６，２６を順次形成する。
【００５５】
以上の方法により、第１の実施の形態の固体撮像素子を製造することができる。
上述の製造方法によれば、従来から半導体製造プロセスにおいて用いられている、ＣＶＤ（chemical vapour deposition）法や、ドライエッチング等、公知のエッチング方法及び積層方法を用いることにより、遮光層１７を有する固体撮像素子を製造することができる。このため、特殊な工程を用いる必要が無く、簡易な方法により固体撮像素子を製造することができる。
【００５６】
次に、本発明の第２の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（断面図）を、図４に示す。図４は、本発明をＣＭＯＳ型固体撮像素子に適用した場合である。
【００５７】
第２の実施の形態の固体撮像素子は、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの各色の光に対応するカラー画素３０と、可視光、赤外光等のすべての光に対応する白画素４０とから形成される。
カラー画素３０及び白画素４０では、シリコン基板上に、受光した光に対応して光電変換が行われるセンサ部３１，４１と、センサ部３１，４１上に形成されたオプティカル・カップリング層３２，４２が形成されている。
【００５８】
センサ部３１，４１は、図示しないが第１導電型、例えばｎ型の半導体領域から成り、シリコン基板上に形成された第２導電型、例えばｐ型の半導体領域によってフォトダイオードが構成される。
各画素のセンサ部３１，４１の間には、図示しないが、例えば第２導電型（ｐ型）の素子分離領域が形成されていることにより、隣接する画素が分離されている。
【００５９】
各画素のセンサ部３１，４１上を除く部分には、配線層３９が形成されている。そして、センサ部３１，４１及びオプティカル・カップリング層３２，４２上には、絶縁層３４，４４が設けられている。配線層は、図示しないが１層又は２層以上の配線が設けられ、この配線を覆うように絶縁層が設けられて構成されるが、この図では簡略化して示している。
【００６０】
カラー画素３０において、絶縁層３４を介して、赤外カットフィルタ３８が設けられている。そして、赤外カットフィルタ３８の側面に、素子分離部に沿ってセンサ部３１に対して略垂直な遮光層３７が形成されている。
また、カラー画素３０の赤外カットフィルタ３８の上部に絶縁層３４を介して、画素内に入射した光をセンサ部３１に集光するため、層内レンズ３３が２層形成されている。また、白画素４０の絶縁層４４内に、画素内に入射した光をセンサ部４１に集光するため、層内レンズ４３が２層形成されている。
【００６１】
画素３０の絶縁層３４の上部には、赤色Ｒ、緑色Ｇ、青色Ｂの各色に対応したカラーフィルタ３５が形成されている。また、白画素４０の絶縁層４４の上部には、可視光、赤外光等を透過する白色フィルタ４５が形成されている。
カラーフィルタ３５及び白色フィルタ４５の上部には、表面が上側に凸な曲面であるオンチップレンズ３６、４６が形成されている。
【００６２】
なお、白画素４０に設けられる白色フィルタ４５は、可視光及び赤外光を含む全ての波長の成分を通過させるものであればよく、カラーフィルタを設けない構成や、透明なフィルタを設ける構成であってもよい。
【００６３】
白色フィルタ４５を用いて、可視光及び赤外光を含むすべての光をセンサ部４１で検知することにより、赤外光による画像、又は、赤外光と可視光とが混在して画像を得ることができる。また、各色のカラーフィルタ３５を通して対応するセンサ部３１で検知することで可視光によるカラー画像を得ることができる。
このため、赤外光と可視光の両方から撮像することが可能であり、感度を高くすることができる。また、赤外光と可視光との両方から撮像した画像が得られるが、両者の差分を取ることにより赤外光のみの画像が得られる。
【００６４】
オプティカル・カップリング層３２，４２は、例えば、ＳｉＮやＳｉＯＮなどによって構成され、絶縁層３４，４４を形成する材料の屈折率とセンサ部３１，４１を形成する材料との屈折率との間の屈折率を有する材料によって形成される。
そして、オンチップレンズ３６，４６及び層内レンズ３３，４３によって集光された光が、絶縁層３４、４４を通過し、絶縁層３４，４４からセンサ部３１，４１へ光が入射する際に、絶縁層３４，４４の屈折率とセンサ部３１，４１の屈折率との差を緩和するためにオプティカル・カップリング層３２，４２が設けられている。
【００６５】
上述の赤外カットフィルタ３８は、例えば、Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，ＳｉＮ等から選ばれた、それぞれ屈折率の異なる透明誘電体薄膜を交互に積層配置した多層膜から成り、赤外光を反射して可視光だけを透過する。
そして、この赤外カットフィルタ３８は、メサ形の断面形状を有している。
【００６６】
また、赤外カットフィルタ３８の上下と絶縁層３４との間にもオプティカル・カップリング層を設けることもできる。この場合のオプティカル・カップリング層は、例えば、ＳｉＮやＳｉＯＮなどによって構成され、絶縁層３４，４４を形成する材料の屈折率とセンサ部３１，４１を形成する材料との屈折率との間の屈折率を有する材料によって形成される。
赤外カットフィルタ３８の上下と絶縁層３４との間に、オプティカル・カップリング層を設けることにより、絶縁層３４と赤外カットフィルタ３８との屈折率の差を緩和することができる。
【００６７】
赤外カットフィルタ３８の側面に設けられた遮光層３７は、可視光域における高い反射率を有する金属又は高い吸収率を有する金属が、１層又は２層以上積層して形成される。
遮光層３７には、使用する状況、及び、要求される反射率又は吸収率に応じて、多様な種類の金属を使用することができる。
また、赤外カットフィルタ３８の側面と遮光層３７との間に、Ｔｉ，Ｃｒ等の薄膜を形成することにより、赤外カットフィルタ３８の側面及び遮光層３７との界面を保護するための保護膜を形成することもできる。
【００６８】
可視光域において高い反射率を有する金属としては、例えば、Ａｇ，Ｒｈ，Ｐｔ，Ｍｇ，Ａｌ，Ｃｕ，Ａｕ等の金属を使用することができる。
赤外カットフィルタ３８の側面に、高い反射率を持つ金属によって遮光層３７を形成する。これにより、カラー画素３０のオンチップレンズ３６から、カラーフィルタ３５を通過した光線５２が、絶縁層３４を介して隣接する白画素４０へ漏れ込む場合においても、遮光層３７に反射される。このため、光線５２を元のカラー画素３０内のセンサ部３１に到達させることができる。
また、隣接する白画素４０へ入射した光線５３が、オンチップレンズ４６を通り、カラー画素３０側へ漏れ込んだ場合に、遮光層３７で反射させる。これにより、光線５３を元の白画素４０内のセンサ部４１へ到達させることができる。
【００６９】
このとき、赤外カットフィルタ３８の側面は、センサ部３１に対して垂直か、若しくは、図４に示したように、赤外カットフィルタ３８が、光の入射側が狭く、センサ部３１側が広いメサ形の形状であり、側面が垂直よりもやや傾いた形状である。そして、遮光層３７がこの側面に沿って形成されている。
赤外カットフィルタ３８の側面を垂直よりやや傾いた形状、例えば７度程度傾けた側面に、遮光層３７を形成することにより、隣接する白画素４０から漏れ込む光線５３が元の白画素４０内のセンサ部４１に到達しやすい。また、カラー画素３０内から隣接する白画素４０に漏れる光線５２が、遮光層３７に反射して、センサ部３１に到達しやすくなる。
【００７０】
このため、遮光層３７に高い反射率を有する金属を用いることにより、画素内に入射した光が隣接する画素に漏れるのを抑制し、また、隣接する画素内に入射した光が漏れ込むことを抑制することができる。これにより、入射した光を効率良くセンサ部３１，４１まで到達させることができ、固体撮像素子の感度を向上させることができる。
また、隣接する白画素４０のセンサ部４１に、カラーフィルタ３５を通過した光が漏れるのを抑制できるため、混色の発生を抑制することができる。
【００７１】
特に、画素４０では、カラーフィルタ３５の代わりに、可視光及び赤外光を含む全ての波長を透過する白色フィルタ４５が設けられているため、この白色フィルタ４５を透過する光量が多くなる。そして、この光が隣接するセンサ部３１に漏れた場合に、センサ部３１に到達する光量が、カラーフィルタ１５を透過する光量よりも多くなる。このため、光線５３が隣接するカラー画素３０のセンサ部３１に漏れ込んだ場合に、センサ部３１に到達する光量が多く、白画素４０から漏れこむ光の影響による混色は、カラーフィルタを有する画素から漏れ込む光の影響よりも大きくなる。
しかし、上述の構成を設けることにより、隣接する白画素２０から漏れ込む光を遮光層３７で反射することができるため、混色を抑制することができる。
【００７２】
また、赤外カットフィルタ３８の側面に形成する遮光層３７として使用する金属は、可視光域の反射率が低い金属であっても、吸収率の高い金属であれば使用することができる。
これは、赤外カットフィルタの側面において、吸収率の高い遮光層３７により、隣接する画素からもれる光が吸収される。このため、隣接する白画素４０から漏れた光がカラー画素３０のセンサ部３１まで到達しなくなり、カラー画素３０のセンサ部３１において混色が発生しないためである。
【００７３】
可視光域において高い吸収率を有する金属としては、例えば、Ｔａ，Ｔｉ，Ｗ等の金属を使用することができる。
また、上述の高い吸収率を有する金属の代わりに、高い吸収率を有するＧｅ，Ｓｉ等の無機物を用いることもできる。
可視光域において吸収率の高い金属を使用することにより、例えばカラー画素３０のオンチップレンズ３６から、カラーフィルタ３５を通過した光線５２が、絶縁層３４を介して隣接する白画素４０へ漏れ込む場合においても、遮光層３７に吸収されることにより白画素４０のセンサ部４１へ到達するのを防ぐことができる。
また、隣接する白画素４０へ入射した光線５３が、オンチップレンズ４６を通ってカラー画素３０側へ漏れ込む場合においても、遮光層３７に吸収されることによりカラー画素３０のセンサ部３１へ到達するのを防ぐことができる。
【００７４】
赤外カットフィルタ３８の厚さは、除去すべき赤外光の量や、赤外カットフィルタを構成する材質等により、任意の厚さに構成することができる。
また、遮光層３７の厚さは、使用される金属材料に依存して異なるが、遮光層３７に入射する光を反射又は吸収するためには、２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の厚さであることが好ましい。
遮光層３７の厚さが２０ｎｍ未満では、遮光層３７を透過してしまう光の量が大きくなり、反射又は吸収による遮光層３７の効果が低減する。また、遮光層３７が５０ｎｍを超えると遮光層３７が厚くなるため、デバイス全体を小型化することが困難になる。
【００７５】
上述のように、赤外カットフィルタ３８の側面に遮光層３７を形成することにより、固体撮像素子に、従来から用いられている赤外カットフィルタ３８の側面を遮光層３７として利用しているため、従来に比べて特別な構造を形成する必要が無く、隣接する画素に漏れ込む光による混色を抑制することができる。また、デバイスのセンサ部からオンチップレンズまでが厚くなった場合でも、遮光層３７で反射又は吸収することにより、混色を抑制することができる。このため、デバイスの設計において、設計の自由度が向上する。
【００７６】
なお、本実施の形態では、赤外カットフィルタ３８の側面に遮光層３７を用いたが、これに限られない。例えば、バンドパスフィルタのように、特定の波長を透過することができる構成であり、センサ部３１の上部に絶縁層３４を介して形成され、側面に遮光層３７を形成することができる形状であれば、赤外カットフィルタ３８と同様に用いることができる。
【００７７】
次に、図５Ａ〜Ｃ、図６Ｄ〜Ｆを用いて、第２の実施の形態の固体撮像素子の製造方法について説明する。
【００７８】
まず、配線と、この配線を覆う絶縁層とを順次成膜することにより、配線層３９を形成する。
その後、図５Ａに示すように、ＣＶＤ法などを用いてＳｉＯ２等によって絶縁層３４，４４を、赤外カットフィルタ３８を設ける高さまで形成する。
【００７９】
次に、図５Ｂに示すように、絶縁層３４，４４上に、赤外カットフィルタ３８となる誘電体薄膜、例えば、Ａｌ２Ｏ３，ＴｉＯ２，ＳｉＯ２，ＳｉＮ等の屈折率の異なる透明誘電体薄膜を交互に積層配置して、誘電体多層膜３８Ａを形成する。
なお、誘電体多層膜３８Ａの最上部の層は、絶縁層３４，４４と同じものを積層して形成している。これにより、以降の工程で、赤外カットフィルタ３８上に形成した遮光層３７Ａをエッチングする際に、遮光層３７Ａが過剰にエッチングされた場合に、誘電体多層膜３８Ａの上部の絶縁層３４，４４がエッチングされることにより、赤外カットフィルタ３８の上部がエッチングされるのを防ぐことができる。
【００８０】
次に、公知のエッチング方法を用いて、誘電体多層膜３８Ａが図５Ｃに示すメサ形状の赤外カットフィルタ３８となるようにエッチングする。
【００８１】
次に、赤外カットフィルタ３８及び絶縁層３４，４４の全面に、可視光域において高い反射率を有する金属、又は、吸収率を有する金属又は無機物を被覆する。これにより、図６Ｄに示すように、赤外カットフィルタ３８及び絶縁層３４，４４上の全面に遮光層３７Ａが形成される。
【００８２】
また、赤外カットフィルタ３８及び絶縁層３４，４４上に遮光層３７Ａを成膜する前に、絶縁層３４，４４上にＴｉ，Ｃｒ等の薄膜を形成し、このＴｉ，Ｃｒ等の薄膜上に遮光層３７Ａを成膜することもできる。これにより、赤外カットフィルタ３８の側面及び遮光層３７との界面を保護するＴｉ，Ｃｒ等からなる保護膜を、赤外カットフィルタ３８の側面と遮光層３７との間に形成することができる。
【００８３】
次に、遮光層３７Ａに対して、異方性エッチングを行う。これにより、図６Ｅに示すように、遮光層３７Ａのメサ形状の赤外カットフィルタ３８の側壁に形成されていた部分を残してエッチングすることができ、メサ形状の側壁に遮光層３７を形成することができる。
【００８４】
次に、絶縁層３４，４４、赤外カットフィルタ３８及び遮光層３７上に、再びＣＶＤ法などを用いてＳｉＯ２等による絶縁層３４，４４を形成する。
これにより、図６Ｆに示すように絶縁層３４内に、赤外カットフィルタ３８及び遮光層３７を埋め込んだ形状を形成することができる。
【００８５】
なお、図５Ｃで示した赤外カットフィルタ３８のエッチングの際、メサ形状の側壁の傾斜角度が大きいと、遮光層３７Ａを成膜した後、図６Ｅで示した工程で行うエッチングの際に、メサ形状の側壁に遮光層３７が残らなくなる。このため、メサ形状の側壁の傾斜角度は７度程度が好ましい。
【００８６】
また、遮光層３７を、センサ部３１に対して垂直に形成する場合には、図５Ｃで示した、エッチング後の赤外カットフィルタ３８の形状をメサ形状ではなく、赤外カットフィルタ３８の側壁が垂直になるようにエッチングを行う。これにより、遮光層３７をセンサ部３１に対して垂直に形成することができる。
【００８７】
この後、公知の方法により、絶縁層３４，４４内に、ＵＶ−ＳｉＮ膜等により層内レンズ３３，４３を形成する。さらに、絶縁層３４，４４上にＲＧＢのいずれかのカラーフィルタ３５と、白色フィルタ４５を形成した後、オンチップレンズ３６，４６を順次形成する。
以上の方法により、第２の実施の形態の固体撮像素子を製造することができる。
【００８８】
上述の方法によれば、従来の画素内に赤外カットフィルタ３８を形成する工程と同様に、従来から半導体製造プロセスにおいて用いられている、ＣＶＤ法や、ドライエッチング等、公知のエッチング工程及び薄膜の積層工程を用いて、遮光層３７を形成することができる。
このため、導波路構造を製造する場合のような特別な工程を設けなくても、容易な製造プロセスによって、隣接する画素からの光を遮光層３７で反射又は吸収することによって、混色を抑制する構造の固体撮像素子を製造することができる。
【００８９】
なお、第１の実施の形態の固体撮像素子において、赤外カットフィルタが外部に設けられ、可視光のみを検出する構成として、各画素に遮光層を設けてもよい。例えば、赤外カットフィルタが外部に設けられ、白画素２０を設けずに、カラー画素１０のみによって構成し、各カラー画素１０に遮光層１７が設けられている構成とすることもできる。
【００９０】
また、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の固体撮像素子において、各画素１０，２０，３０，４０内には、層内レンズ１３，２３，３３，４３を設けられている。しかし、各画素内に、層内レンズ１３，２３，３３，４３が設けられていない構成の固体撮像素子とした場合でも、第１の実施の形態及び第２の実施の形態の固体撮像素子と同様の効果を得ることができる。
【００９１】
また、第１の実施の形態及び第２に実施の形態の固体撮像素子においては、カラー画素１０，３０のみに遮光層１７，３７を設けているが、白画素２０，４０にもカラー画素１０，３０と同様に遮光層１７，３７を設けることができる。これにより、隣接する画素へ漏れ込む光を、遮光層１７，３７において反射又は吸収することによって、混色の発生を抑制することができる。
【００９２】
第１の実施の形態及び第２の実施の形態では、可視光及び赤外光を共に透過する白色フィルタを設けた構成の固体撮像素子について説明しているが、素子の構成はこれに限られず、例えば、外部に赤外カットフィルタが設けられ、白画素に赤外光が入射しない構成や、一般的なベイヤー配列等の色配列が設けられた素子を用いることもできる。
【００９３】
また、上述の実施の形態では、ＣＭＯＳ型固体撮像素子に適用して説明しているが、これに限らず、その他の固体撮像素子（例えば、ＣＣＤ等）に本発明を適用してもよい。
【００９４】
本発明は、上述の構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（断面図）である。
【図２】Ａ〜Ｃは、本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図３】Ｄ〜Ｅは、本発明の第１の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（断面図）である。
【図５】Ａ〜Ｃは、本発明の第２の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図６】Ｄ〜Ｆは、本発明の第２の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を説明するための断面図である。
【図７】従来の固体撮像素子の概略構成図（断面図）である。
【図８】従来の固体撮像素子の概略構成図（断面図）である。
【符号の説明】
【００９６】
１０，３０，６０，８０  カラー画素、２０，４０，７０，９０  白画素、１１，２１，３１，４１，６１，７１，８１，９１  センサ部、１２，２２，３２，４２，６２，７２，８２，９２  オプティカル・カップリング層、１３，２３，３３，４３，６３，７３，８３，９３  層内レンズ、１４，２４，３４，４４，６４，７４，８４，９４  絶縁層、１５，３５，６５，８５  カラーフィルタ、２５，４５，７５，９５  白色フィルタ、１６，２６，３６，４６，６６，７６，８６，９６  オンチップレンズ、１７，１７Ａ，３７，３７Ａ  遮光層、３８，８８  赤外カットフィルタ、１９，３９，６９，８９  配線層、５０，５１，５２，５３，１００，１０１，１０２，１０３  光線、３８Ａ  誘電体多層膜
【図１】
2008112944.tif 000003
【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】
2008112944.tif 000009
【図８】
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