(57)【要約】【課題】平坦化膜の膜厚を測定する場合に、常に同じ領域を特定して膜厚を測定する。【解決手段】半導体基板上の画素が形成されない非画素領域に所定パターンの反射膜５を形成し、反射膜５が形成された半導体基板上にカラーフィルタ膜２０を形成し、カラーフィルタ膜２０上に、反射膜５に相当する領域が所定の膜厚になるように平坦化膜２２を形成する。カラーフィルタ膜２０における反射膜５に相当する領域は、平坦化膜２２における反射膜５に相当する領域を特定するときに照射される光を透過させるように形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の画素が形成されない非画素領域に所定パターンの反射膜を形成する反射膜形成工程と、
前記反射膜が形成された半導体基板上にカラーフィルタ膜を形成するカラーフィルタ膜形成工程と、
前記カラーフィルタ膜上に、前記反射膜に相当する領域が所定の膜厚になるように平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程とを含み、
前記カラーフィルタ膜における前記反射膜に相当する領域は、前記平坦化膜における前記反射膜に相当する領域を特定するときに照射される光を透過させるように形成されること
を特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記カラーフィルタ膜は、第１のλ／４多層膜、スペーサ層及び第２のλ／４多層膜を含み、前記スペーサ層における前記反射膜に相当する領域は、前記平坦化膜における前記反射膜に相当する領域を特定するときに照射される光を透過させるような厚みを有すること
を特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記カラーフィルタ膜における前記反射膜に相当する領域は、赤色の光を透過させること
を特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記平坦化膜における前記反射膜に相当する領域の膜厚は、前記カラーフィルタ膜における前記反射膜に相当する領域で反射される光を照射してその反射光を検出することにより測定されること
を特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記カラーフィルタ膜における前記反射膜に相当する領域は、赤色の光を透過させ、
前記カラーフィルタ膜における前記反射膜に相当する領域で反射される光は、青色の光であること
を特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記平坦化膜における前記反射膜に相当する領域の膜厚は、光学モデルを利用するエリプソメトリ法により測定され、前記光学モデルでは、前記第１のλ／４多層膜、前記スペーサ層及び前記第２のλ／４多層膜は単一層にみなされていること
を特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記カラーフィルタ膜における前記反射膜に相当する領域を含む前記非画素領域に相当する領域は、前記平坦化膜における前記反射膜に相当する領域を特定するときに照射される光を透過させるように形成されること
を特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラや携帯電話機等に用いられる固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置に用いられるカラーフィルタとして、光の干渉効果を利用する干渉フィルタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１は、第１のλ／４多層膜、スペーサ層及び第２のλ／４多層膜からなり、光の透過帯域毎にスペーサ層の厚みを異ならせた干渉フィルタを開示している。このような干渉フィルタは、顔料を利用した従来のカラーフィルタと比較しても遜色のない良好な分光特性を実現している。
【０００３】
一方、固体撮像装置は、入射光を効率よく利用するためマイクロレンズを備えている。マイクロレンズを精度よく形成するには、マイクロレンズの下地を平坦にする必要がある。そのためカラーフィルタ上に平坦化膜を形成し、平坦化膜上にマイクロレンズを形成するということが行われる。平坦化膜は、一般に透明材料をカラーフィルタ上に堆積させ、堆積した透明材料の表面をCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いて研磨することにより形成される。研磨は、平坦化膜の膜厚を常時あるいは定期的に測定しながら、所望の膜厚になるまで行われる。
【特許文献１】WO/2005/069376
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら平坦化膜の膜厚は、平坦化膜の下地となるカラーフィルタの厚みに応じて画素に相当する領域毎に異なる。したがって平坦化膜の膜厚を測定する場合には、常に同じ領域を特定して膜厚を測定する必要がある。
そこで本発明は、平坦化膜の膜厚を測定する場合に、常に同じ領域を特定して膜厚を測定することができる固体撮像装置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】
【０００５】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上の画素が形成されない非画素領域に所定パターンの反射膜を形成する反射膜形成工程と、前記反射膜が形成された半導体基板上にカラーフィルタ膜を形成するカラーフィルタ膜形成工程と、前記カラーフィルタ膜上に、前記反射膜に相当する領域が所定の膜厚になるように平坦化膜を形成する平坦化膜形成工程とを含み、前記カラーフィルタ膜における前記反射膜に相当する領域は、前記平坦化膜における前記反射膜に相当する領域を特定するときに照射される光を透過させるように形成される。
【発明の効果】
【０００６】
上記構成によれば、平坦化膜における反射膜に相当する領域を光学的に特定することができる。したがって平坦化膜における反射膜に相当する領域の膜厚を測定することとすれば、常に同じ領域を特定して膜厚を測定することができる。
また、前記カラーフィルタ膜は、第１のλ／４多層膜、スペーサ層及び第２のλ／４多層膜を含み、前記スペーサ層における前記反射膜に相当する領域は、前記平坦化膜における前記反射膜に相当する領域を特定するときに照射される光を透過させるような厚みを有することとしてもよい。
【０００７】
上記構成により、カラーフィルタ膜における反射膜に相当する領域に、平坦化膜における反射膜に相当する領域を特定するときに照射される光を透過させることができる。
また、前記カラーフィルタ膜における前記反射膜に相当する領域は、赤色の光を透過させることとしてもよい。
第１のλ／４多層膜、スペーサ層及び第２のλ／４多層膜からなるカラーフィルタ膜は、光の透過帯域の中心波長が長いほど光の透過帯域が広いという特性を有する。すなわち光の三原色の中では赤色の光の透過帯域が最も広い。したがって、カラーフィルタ膜の反射膜に相当する領域を赤色の光を透過させるようにすることで、緑色や青色を透過させるようにした場合に比べてカラーフィルタ膜２０における光の強度低下を小さくすることができる。その結果、反射膜の検出精度の向上及び検出時間の短縮を図ることができる。
【０００８】
また、前記平坦化膜における前記反射膜に相当する領域の膜厚は、前記カラーフィルタ膜における前記反射膜に相当する領域で反射される光を照射してその反射光を検出することにより測定されることとしてもよい。
第１のλ／４多層膜、スペーサ層及び第２のλ／４多層膜からなるカラーフィルタ膜は、透過帯域以外の帯域の光に対しては反射膜として機能する。上記構成によれば、平坦化膜の膜厚を測定する光はカラーフィルタ膜で反射される。したがって、膜厚測定に対するカラーフィルタ膜よりも下の層の影響を小さくすることができる。
【０００９】
また、前記カラーフィルタ膜における前記反射膜に相当する領域は、赤色の光を透過させ、前記カラーフィルタ膜における前記反射膜に相当する領域で反射される光は、青色の光であることとしてもよい。
上記構成によれば、カラーフィルタ膜の反射膜に相当する領域を赤色の光を透過させるようにすることで、緑色や青色を透過させるようにした場合に比べてカラーフィルタ膜２０における光の強度低下を小さくすることができる。その結果、反射膜の検出精度の向上及び検出時間の短縮を図ることができる。さらに、平坦化膜の反射膜に相当する領域の膜厚を測定するときに青色の光を利用するので、膜厚測定に対するカラーフィルタ膜よりも下の層の影響を非常に小さくすることができる。
【００１０】
また、前記平坦化膜における前記反射膜に相当する領域の膜厚は、光学モデルを利用するエリプソメトリ法により測定され、前記光学モデルでは、前記第１のλ／４多層膜、前記スペーサ層及び前記第２のλ／４多層膜は単一層にみなされていることとしてもよい。
上記構成によれば、単一層にみなした光学モデルを利用するので、検出結果から膜厚を導き出すまでの時間を大幅に短縮することができる。
【００１１】
また、前記カラーフィルタ膜における前記反射膜に相当する領域を含む前記非画素領域に相当する領域は、前記平坦化膜における前記反射膜に相当する領域を特定するときに照射される光を透過させるように形成されることとしてもよい。
上記構成によれば、反射膜に相当する領域であるか否かにかかわらず非画素領域に相当する領域を一様に形成することができる。したがって製造工程を簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
＜構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係る半導体基板の上面図である。
半導体基板１には固体撮像装置２が複数個形成されている。固体撮像装置２は、画素が形成される画素領域３と画素が形成されない非画素領域４とを有する。非画素領域４には所定パターンの反射膜５が形成されている。
【００１３】
図２は、本発明の実施の形態に係る半導体基板の一部断面を模式的に示す図である。
半導体基板には、Ｐ型半導体層１２、層間絶縁膜１６、カラーフィルタ膜２０、平坦化膜２２及びマイクロレンズ２４が形成されている。Ｐ型半導体層１２には、光電変換部として機能するＮ型半導体領域１４が形成されている。層間絶縁膜１６には、例えばアルミニウムやタングステンなどの金属材料により遮光膜１８及び反射膜５が形成されている。
【００１４】
カラーフィルタ膜２０は、λ／４多層膜３４、スペーサ層３６及びλ／４多層膜３８からなる。画素１０ａ、１０ｂ、１０ｃに相当する領域２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、それぞれ、青色、赤色、緑色の光を透過させる。また非画素領域１０ｄに相当する領域２０ｄは、赤色の光を透過させる。
λ／４多層膜３４は、二酸化チタン層３４ａ、二酸化シリコン層３４ｂ及び二酸化チタン層３４ｃからなる。λ／４多層膜３４を構成する各層３４ａ、３４ｂ、３４ｃは、いずれもλ／４に相当する光学膜厚を有する。λ／４多層膜３８も同様の構成を有する。一般に、干渉フィルタがλ／４多層膜のみで構成されていれば、当該干渉フィルタは波長λを中心波長とする広い帯域で光を反射する。しかし干渉フィルタが２つのλ／４多層膜でスペーサ層を挟んだ構成であれば、当該干渉フィルタは波長λを中心波長とする広い帯域で光を反射しつつスペーサ層の厚みに応じた波長を中心波長とする狭い帯域で光を透過させる。そのためスペーサ層の膜厚を異ならせることにより異なる透過特性を実現することができる。本実施の形態では、カラーフィルタ膜２０の各領域２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの膜厚をそれぞれ４２０ｎｍ、３９０ｎｍ、５２０ｎｍ、３９０ｎｍとしている。
【００１５】
平坦化膜２２は、二酸化シリコンなどの透明材料からなり反射膜５に相当する領域の膜厚が所望の膜厚になるように形成されている。
図３は、本発明の実施の形態に係るカラーフィルタ膜の分光特性を示す図である。
カラーフィルタ膜２０の各領域２０ａ、２０ｂ、２０ｃは、それぞれ、青色、赤色、緑色の光を透過させる。なお本明細書では、「青色」は４００ｎｍから４９０ｎｍまでの帯域、「緑色」は４９０ｎｍから５８０ｎｍまでの帯域、「赤色」は５８０ｎｍから７００ｎｍまでの帯域をいうものとする。
＜製造方法＞
図４乃至図６は、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【００１６】
層間絶縁膜１６には、アルミニウムやタングステンからなる反射膜５が形成されている（工程Ａ）。
層間絶縁膜１６上に高周波スパッタ装置を用いて二酸化チタン層３４ａ、二酸化シリコン層３４ｂ、二酸化チタン層３４ｃを順次積層する。これによりλ／４多層膜３４が形成される。さらに二酸化チタン層３４ｃ上に高周波スパッタ装置を用いて二酸化シリコン層４０を積層する（工程Ｂ）。
【００１７】
次に二酸化シリコン層４０の画素１０ａに相当する領域にレジストマスク４１を形成し（工程Ｃ）、エッチングする。そうすると二酸化シリコン層４０の画素１０ａに相当する領域は残留し、それ以外の領域は除去される（工程Ｄ）。
次にレジストマスク４１を除去して、一部に二酸化シリコン層４０が形成された二酸化チタン層３４ｃ上に二酸化シリコン層４２を積層する（工程Ｅ）。
【００１８】
次に二酸化シリコン層４２の画素１０ａ、１０ｂ及び非画素領域１０ｄに相当する領域にレジストマスク４３を形成し（工程Ｆ）、エッチングする。そうすると二酸化シリコン層４２の画素１０ａ、１０ｂ及び非画素領域１０ｄに相当する領域は残留し、それ以外の領域は除去される（工程Ｇ）。この二酸化シリコン層４０、４２がスペーサ層３６となる。このようにしてスペーサ層３６の画素１０ａ、１０ｂ、１０ｃに相当する領域の厚みを、それぞれ青色、赤色、緑色の光を透過するような厚みにする。またスペーサ層３６の非画素領域１０ｄに相当する領域の厚みを、赤色の光が透過するような厚みにする。
【００１９】
レジストマスク４１、４３を形成するには、例えば半導体基板にレジスト剤を塗布し、露光前ベーク（プリベーク）の後、ステッパなどの露光装置によって露光を行い、レジスト現像及び最終ベーク（ポストベーク）をすればよい。そして、４フッ化メタン系のエッチングガスを用いれば、二酸化シリコン層４０、４２をエッチングすることができる。
次にレジストマスク４３を除去して、スペーサ層３６が形成された二酸化チタン層３４ｃ上に二酸化チタン層３８ａ、二酸化シリコン層３８ｂ、二酸化チタン層３８ｃを順次積層する。これによりλ／４多層膜３８が形成される（工程Ｈ）。
【００２０】
引き続き、カラーフィルタ膜２０上に平坦化膜２２を形成する。そのために、カラーフィルタ膜２０上に二酸化シリコン４４を約１０００ｎｍ堆積させ（工程Ｉ）、堆積した二酸化シリコン４４の反射膜５に相当する領域が所望の膜厚になるまで二酸化シリコン４４の表面を研磨する（工程Ｊ）。二酸化シリコン４４の堆積は、例えば、TEOS(Tetraethoxysilane)を原料とするプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)を用いて行われる。二酸化シリコン４４の研磨は、二酸化シリコン４４の反射膜５に相当する領域の膜厚を常時あるいは定期的に測定しながら行われる。
【００２１】
最後に、平坦化膜２２上にマイクロレンズ２４を形成する（工程Ｋ）。
＜膜厚測定方法＞
二酸化シリコン４４の膜厚測定では、まず反射膜５に相当する領域を特定する必要がある。これは半導体基板１に赤色の光を照射し、反射膜５で反射された光を検出することにより行われる。カラーフィルタ膜２０の非画素領域に相当する領域２０ｄは赤色の光を透過させるので、反射膜５で反射された光を検出することができる。
【００２２】
このように本実施の形態ではカラーフィルタ膜２０の非画素領域に相当する領域２０ｄを赤色の光を透過させるようにしておき、半導体基板１に赤色の光を照射することとしている。これは図３に示すように赤色の光の透過帯域が緑色や青色の光の透過帯域に比べて広いので、カラーフィルタ膜２０において光の強度が比較的低下しにくいからである。そのため反射膜５の検出精度の向上及び検出時間の短縮を図ることができる。
【００２３】
二酸化シリコン４４の反射膜５に相当する領域が特定できれば、当該領域の膜厚を測定する。二酸化シリコン４４の膜厚測定は、エリプソメトリ法を用いる。エリプソメトリ法は、サンプルに光を照射してその反射光の偏向状態と強度比（振幅比）とを検出し、これらの検出結果を用いてサンプルを構成する各膜の膜厚や屈折率を導き出すものである。
本実施の形態では青色の光を照射してその反射光の偏向状態と強度比とを検出することとしている。これは以下の理由による。
【００２４】
カラーフィルタ膜２０の非画素領域に相当する領域２０ｄは、赤色の光を透過させるように形成されている（図７（ａ）参照）。これは当該領域２０ｄが青色の光に対しては反射膜として機能することを意味する（図７（ｂ）参照）。したがってカラーフィルタ膜２０の非画素領域に相当する領域２０ｄが透過させないような青色の光を照射することにより、その反射光の偏向状態や強度比に対するカラーフィルタ膜２０よりも下の層の影響を抑制することができる。その結果、測定精度の向上を図ることができる。
【００２５】
なおエリプソメトリ法では、光学モデルを利用する。光学モデルにおいてカラーフィルタ膜２０は、実際の構成と同様に二酸化チタン及び二酸化シリコンが７層積層されたものとしてもよいし（図８（ａ）参照）、単一の材料からなる単一層５０とみなしたものとしてもよい（図８（ｂ）参照）。単一層とみなした場合には、反射光の偏向状態や強度比を検出してから膜厚や屈折率を導き出すまでの時間を短縮することができる。
【００２６】
以上、本発明に係る固体撮像装置の製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られない。例えば、以下のような変形例が考えられる。
（１）実施の形態では、高屈折率層の材料として二酸化チタンを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて次のようにしても良い。
【００２７】
すなわち、高屈折率層の材料として、二酸化チタンに代えて、窒化シリコン（Ｓｉ3Ｎ4）や三酸化二タンタル（Ｔａ2Ｏ3）、二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）等、他の材料を用いてもよい。また、低屈折率層の材料についても二酸化シリコン以外の材料を用いてもよい。
（２）実施の形態では、スペーサ層の材料として二酸化シリコンを用いる場合について説明したが、本発明がこれに限定されないのは言うまでもなく、これに代えて他の材料を用いても良い。また、スペーサ層の材料はλ／４多層膜を構成する高屈折率層と低屈折率層との何れと同じ材料を用いてもよいし、何れとも異なる材料を用いてもよい。また、スペーサ層の画素に相当する領域毎に異なる材料を用いてもよい。
（３）実施の形態では、カラーフィルタ膜としてλ／４多層膜、スペーサ層、λ／４多層膜からなる干渉フィルタ膜を用いて説明しているが、カラーフィルタとしての機能を有してさえいれば、本発明はこれに限られない。例えば、単層膜からなる干渉フィルタ膜であってもよい。
（４）実施の形態では、カラーフィルタ膜の膜厚は画素に相当する領域毎に異なるが、本発明はこれに限られない。カラーフィルタ膜の膜厚が画素に相当する領域毎で異ならなくても、カラーフィルタ膜上に平坦化膜を形成するような場合、本発明が適用可能である。
（５）実施の形態では、カラーフィルタ膜の非画素領域に相当する領域を赤色の光を透過させるようにしておき、半導体基板に赤色の光を照射することにより、反射膜の位置を検出することとしているが、本発明は、これに限られない。カラーフィルタ膜の非画素領域に相当する領域を青色や緑色の光を透過させるようにしておき、半導体基板に青色や緑色の光を照射することとしても、反射膜で反射された光を検出することができる。
（６）実施の形態では、カラーフィルタ膜の非画素領域に相当する領域を赤色の光を透過させるようにしておき、半導体基板に青色の光を照射することにより、膜厚の測定をすることとしているが、本発明は、これに限られない。例えば、カラーフィルタ膜の非画素領域に相当する領域を赤色の光を透過させるようにしておき、半導体基板に緑色の光を照射することとしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明は、例えば、デジタルカメラや携帯電話機等に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体基板の上面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る半導体基板の一部断面を模式的に示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るカラーフィルタ膜の分光特性を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図７】カラーフィルタ膜における光の透過及び反射を示す図である。
【図８】エリプソメトリ法に用いられる光学モデルを示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１    半導体基板
２    固体撮像装置
３    画素領域
４    非画素領域
５    反射膜
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  画素
１０ｄ  非画素領域
１２    Ｐ型半導体層
１４    Ｎ型半導体領域
１６    層間絶縁膜
１８    遮光膜
２０    カラーフィルタ膜
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ  カラーフィルタ膜２０の各画素に相当する領域
２０ｄ  カラーフィルタ膜２０の非画素領域に相当する領域
２２    平坦化膜
２４    マイクロレンズ
３４    多層膜
３４ａ、３４ｃ、３８ａ、３８ｃ  二酸化チタン層
３４ｂ、３８ｂ  二酸化シリコン層
３６    スペーサ層
４０、４２    二酸化シリコン層
４１、４３    レジストマスク
４４    二酸化シリコン
【図１】
2008186833.tif 000003
【図２】
2008186833.tif 000004
【図３】
2008186833.tif 000005
【図４】
2008186833.tif 000006
【図５】
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【図６】
2008186833.tif 000008
【図７】
2008186833.tif 000009
【図８】
2008186833.tif 000010