(57)【要約】【課題】カラーフィルタを形成するときにカラーフィルタ材料に起因する残渣の発生を防止することができ、良好な分光特性を得ることができる撮像素子、カラーフィルタの製造方法及び撮像素子用カラーフィルタ層を提供する。【解決手段】カラーフィルタを備えた撮像素子であって、基板上に形成された平坦化層と、平坦化層上に、Ｒのカラーフィルタ３ｒと、Ｇのカラーフィルタ３ｇと、Ｂのカラーフィルタ３ｂとを市松状に配置してなるカラーフィルタ層３とを備え、Ｇのカラーフィルタ３ｇとＢのカラーフィルタ３ｂのそれぞれの上方に、Ｒのカラーフィルタ３ｒを形成する際に、残渣の発生を防止するための撥水層６が形成されている。【選択図】図２
2008270424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラーフィルタを備えた撮像素子であって、
基板上に形成された平坦化層と、
前記平坦化層上に、複数のカラーフィルタを所定のパターンで配置してなるカラーフィルタ層とを備え、
前記Ｇのカラーフィルタと前記Ｂのカラーフィルタのそれぞれの上方に、前記Ｒのカラーフィルタを形成する際に、残渣の発生を防止するための撥水層が形成されていることを特徴とする撮像素子。
【請求項２】
半導体基板上に複数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を転送する電荷転送電極とを備え、前記複数の光電変換部の上方に前記カラーフィルタ層が配置された固体撮像素子の構成を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項３】
半導体基板の裏面側から光を照射し、前記光に応じて前記半導体基板内で発生した信号電荷を、前記半導体基板の表面側から読み出して撮像を行う裏面照射型撮像素子であって、裏面側に、前記カラーフィルタ層を備えていることを特徴とする請求項１に記載の撮像素子。
【請求項４】
前記カラーフィルタ層が、前記平坦化層上に、Ｒのカラーフィルタと、Ｇのカラーフィルタと、Ｂのカラーフィルタとを市松状に配置してなることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の撮像素子。
【請求項５】
基板上に平坦化層を形成し、前記平坦化層上に、Ｇのカラーフィルタと、Ｂのカラーフィルタとをそれぞれパターン形成するステップと、
前記Ｇのカラーフィルタ及びＢのカラーフィルタの上方に撥水層を形成するステップと、
前記Ｇのカラーフィルタ及びＢのカラーフィルタを形成した後で、前記Ｇのカラーフィルタ及びＢのカラーフィルタが形成されていない領域にＲのカラーフィルタを塗布し、Ｒの画素領域以外に塗布されたＲのカラーフィルタを除去するステップとを有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項６】
前記Ｇのカラーフィルタ及びＢのカラーフィルタが形成されていない領域に塗布されたＲのカラーフィルタを、エッチング法又はＣＭＰ法によって除去することを特徴とする請求項５に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項７】
前記Ｒのカラーフィルタを形成した後、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ上に平坦化層を形成するステップと、前記平坦化層上にマイクロレンズを形成するステップとを有することを特徴とする請求項５に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項８】
基板上に平坦化層を形成し、前記平坦化層上に、Ｒ以外のカラーフィルタをパターン形成するステップと、
前記Ｒ以外のカラーフィルタの上方に撥水層を形成するステップと、
その後、Ｒの画素領域にＲのカラーフィルタを塗布し、前記Ｒの画素領域以外に塗布されたＲのカラーフィルタを除去するステップとを有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
【請求項９】
Ｒのカラーフィルタと、Ｒ以外のカラーフィルタとを備えた、撮像素子用カラーフィルタ層であって、
前記Ｒ以外のカラーフィルタ上に、撥水層が設けられていることを特徴とする撮像素子用カラーフィルタ層。
【請求項１０】
前記撥水層の上端の高さ位置が、前記Ｒのカラーフィルタの上端の高さ位置と同じであることを特徴とする請求項９に記載の撮像素子用カラーフィルタ層。
【請求項１１】
前記Ｒ以外のカラーフィルタが、Ｂのカラーフィルタ及びＧのカラーフィルタの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項９に記載の撮像素子用カラーフィルタ層。
【請求項１２】
前記撥水層が、前記Ｒのカラーフィルタの材料をはじく成分を含むことを特徴とする請求項９に記載の撮像素子用カラーフィルタ層。
【請求項１３】
前記撥水層が、前記Ｒのカラーフィルタの顔料をはじく成分を含むことを特徴とする。請求項９に記載の撮像素子用カラーフィルタ層。
【請求項１４】
前記撥水層が、フッ素を含む材料又はフッ化処理された材料を含むことを特徴とする請求項９に記載の撮像素子用カラーフィルタ層。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタを備えた撮像素子及びカラーフィルタの製造方法に関し、特に、カラーフィルタを製造する際に残渣が生じることを防止することができる撮像素子、カラーフィルタの製造方法、及び、撮像素子用カラーフィルタ層に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子などの撮像素子を製造する際には、半導体基板上にフォトダイオードなどの光電変換部を形成する工程と、半導体基板に透明な平坦化層を形成する工程と、平坦化層上における光電変換部の上方にカラーフィルタを形成する工程とが行われる。
【０００３】
図６は、カラーフィルタを平面視した状態を模式的に示す図である。カラーフィルタは、平面視において、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のカラーフィルタを２次元平面に行方向及び列方向に配列して構成されている。従来、カラーフィルタは、Ｇのカラーフィルタを平坦化層上の全面に形成し、所定のマスクパターンを用いてＢ及びＲのカラーフィルタを形成する領域に存在するＧのカラーフィルタをエッチング除去する。次に、ＢとＲのカラーフィルタをパターンエッチングにより形成し、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタの上面に更に平坦化層を形成し、撮像素子の構成に応じて平坦化層の上面にトップマイクロレンズを形成する。カラーフィルタの形成に関する従来技術としては、例えば、下記特許文献に示すものがある。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２０９４１０号公報
【特許文献２】特開２００３−７５６２５号公報
【特許文献３】特開２００６−２２２２９０号公報
【特許文献４】特開２００６−２９２８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のカラーフィルタの製造工程では、所定の色のカラーフィルタを形成した後に残渣がカラーフィルタの表面に発生してしまうことがあった。カラーフィルタ材料は、色素として顔料を含んでおり、感光性樹脂組成物に不溶性であって、粒状で分散する顔料であるためである。特に、Ｒのカラーフィルタの材料は、アルカリ現像液に溶けにくく、現像時に残渣になりやすいという性質を有しているため、Ｒのカラーフィルタ形成後に、残渣が発生していた。
【０００６】
上記特許文献１は、最初にＲのカラーフィルタをパターン形成するため、Ｇ，Ｂのカラーフィルタを形成する領域にＲのカラーフィルタに含まれる顔料に起因する残渣が生じることがある。すると、残渣が生じたＧ，Ｂのカラーフィルタにおいて、入射光の分光が適正に行われなくなってしまう問題がある。このため、撮像素子の微細化、多画素化が進んだ撮像素子では残渣の影響が大きくなり、分光特性上好ましくなかった。
【０００７】
上記特許文献２は、１色目のカラーフィルタを形成した後に、無機質保護膜を形成すると、微細画素を前提とする凹部分に他の材料が埋め込まれ２色目以降のカラーフィルタを形成する際に、適正な膜厚に仕上げることができなくなるという問題があった。
【０００８】
上記特許文献３は、最初にＲのカラーフィルタをエッチング法によって形成することで残渣の低減を図るものであるが、Ｇのカラーフィルタをドライエッチングで加工する必要があるものである。既存のＲのカラーフィルタの材料では目的とする残渣の除去ができず、Ｇ，Ｒのカラーフィルター上の残渣が画質に与える影響を軽減できないという問題があった。また、特許文献４も、特許文献３と同様に、最初にＧのカラーフィルタを選択的にエッチングして形成し、その後、Ｇのカラーフィルタが除去された領域にＲ及びＢのカラーフィルタをリフローによって埋め込むことで形成するものであるが、Ｒの残渣が生じる問題を解決するものではない。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、カラーフィルタを形成するときにカラーフィルタ材料に起因する残渣の発生を防止することができ、良好な分光特性を得ることができる撮像素子、カラーフィルタの製造方法、及び、撮像素子用カラーフィルタ層を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の上記目的は、下記構成によって達成される。
（１）カラーフィルタを備えた撮像素子であって、
基板上に形成された平坦化層と、
前記平坦化層上に、複数のカラーフィルタを所定のパターンで配置してなるカラーフィルタ層とを備え、
前記Ｇのカラーフィルタと前記Ｂのカラーフィルタのそれぞれの上方に、前記Ｒのカラーフィルタを形成する際に、残渣の発生を防止するための撥水層が形成されていることを特徴とする撮像素子。
（２）半導体基板上に複数の光電変換部と、前記光電変換部で発生した信号電荷を転送する電荷転送電極とを備え、前記複数の光電変換部の上方に前記カラーフィルタ層が配置された固体撮像素子の構成を有することを特徴とする（１）に記載の撮像素子。
（３）半導体基板の裏面側から光を照射し、前記光に応じて前記半導体基板内で発生した信号電荷を、前記半導体基板の表面側から読み出して撮像を行う裏面照射型撮像素子であって、裏面側に、前記カラーフィルタ層を備えていることを特徴とする（１）に記載の撮像素子。
（４）前記カラーフィルタ層が、前記平坦化層上に、Ｒのカラーフィルタと、Ｇのカラーフィルタと、Ｂのカラーフィルタとを市松状に配置してなることを特徴とする上記（１）から（３）のいずれか１つに記載の撮像素子。
（５）基板上に平坦化層を形成し、前記平坦化層上に、Ｇのカラーフィルタと、Ｂのカラーフィルタとをそれぞれパターン形成するステップと、
前記Ｇのカラーフィルタ及びＢのカラーフィルタの上方に撥水層を形成するステップと、
前記Ｇのカラーフィルタ及びＢのカラーフィルタを形成した後で、前記Ｇのカラーフィルタ及びＢのカラーフィルタが形成されていない領域にＲのカラーフィルタを塗布し、Ｒの画素領域以外に塗布されたＲのカラーフィルタを除去するステップとを有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
（６）前記Ｇのカラーフィルタ及びＢのカラーフィルタが形成されていない領域に塗布されたＲのカラーフィルタを、エッチング法又はＣＭＰ法によって除去することを特徴とする（５）に記載のカラーフィルタの製造方法。
（７）前記Ｒのカラーフィルタを形成した後、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ上に平坦化層を形成するステップと、前記平坦化層上にマイクロレンズを形成するステップとを有することを特徴とする（５）に記載のカラーフィルタの製造方法。
（８）基板上に平坦化層を形成し、前記平坦化層上に、Ｒ以外のカラーフィルタをパターン形成するステップと、
前記Ｒ以外のカラーフィルタの上方に撥水層を形成するステップと、
その後、Ｒの画素領域にＲのカラーフィルタを塗布し、前記Ｒの画素領域以外に塗布されたＲのカラーフィルタを除去するステップとを有することを特徴とするカラーフィルタの製造方法。
（９）Ｒのカラーフィルタと、Ｒ以外のカラーフィルタとを備えた、撮像素子用カラーフィルタ層であって、
前記Ｒ以外のカラーフィルタ上に、撥水層が設けられていることを特徴とする撮像素子用カラーフィルタ層。
（１０）前記撥水層の上端の高さ位置が、前記Ｒのカラーフィルタの上端の高さ位置と同じであることを特徴とする上記（９）に記載の撮像素子用カラーフィルタ層。
（１１）前記Ｒ以外のカラーフィルタが、Ｂのカラーフィルタ及びＧのカラーフィルタの少なくとも一方を含むことを特徴とする上記（９）に記載の撮像素子用カラーフィルタ層。
（１２）前記撥水層が、前記Ｒのカラーフィルタの材料をはじく成分を含むことを特徴とする上記（９）に記載の撮像素子用カラーフィルタ層。
（１３）前記撥水層が、前記Ｒのカラーフィルタの顔料をはじく成分を含むことを特徴とする。上記（９）に記載の撮像素子用カラーフィルタ層。
（１４）前記撥水層が、フッ素を含む材料又はフッ化処理された材料を含むことを特徴とする上記（９）に記載の撮像素子用カラーフィルタ層。
【００１１】
本発明は、カラーフィルタの製造する際に、ＧのカラーフィルタとＢのカラーフィルタの上部に撥水層を形成した後で、Ｒのカラーフィルタを形成する。このとき、Ｒのカラーフィルタを形成する領域の周囲の領域が撥水層で覆われており、Ｒの残渣が、Ｇ，Ｂのカラーフィルタ上に付着してしまうことを防止することができる。このため、本発明によれば、カラーフィルタの材料に起因する残渣の発生を防止でき、分光特性を劣化させることがない。また、画素の面積を小さく構成する際にカラーフィルタを形成する領域が縮小した場合に、撥水層を形成することで残渣の発生を防止することができるため、撮像素子の微細化、多画素化に適用する場合に分光特性の点で好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、カラーフィルタを形成するときにカラーフィルタ材料に起因する残渣の発生を防止することができ、良好な分光特性を得ることができる撮像素子、カラーフィルタの製造方法、及び、撮像素子用カラーフィルタ層を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳しく説明する。
最初に、本発明にかかるカラーフィルタの製造方法について説明する。
図１から図３は、本発明にかかるカラーフィルタの製造方法の手順を説明する図である。カラーフィルタは、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタを図６に示すように市松状に配置する。
【００１４】
図１（ａ）〜（ｃ）は、図６のＡ−Ａ線断面を示している。図１（ａ）に示すように、半導体基板などの基板１に透明な下地層２を形成し、下地層２の上に、最初に形成する色のカラーフィルタ（本実施形態では、Ｂのカラーフィルタ３ｂ）を塗布する。エッチング停止層として、下地層２とカラーフィルタ３ｂとの間に他の透明層を形成することが望ましい。エッチング停止層により、エンドポイントを用いた安定したエッチングが可能となり、２色目以降のカラーフィルタの膜厚の均一性をより一層改善することができる。
【００１５】
Ｂのカラーフィルタ３ｂを形成した後、平坦化層４を形成し、更に平坦化層４の上面にエッチング用のレジストＲを塗布する。図１（ｂ）に示すように、レジストＲを形成した後、Ｂのカラーフィルタ３ｂのパターンが形成されたマスクを用いてフォトリソグラフィ処理を行い、その後、エッチングすることでＢのカラーフィルタ３ｂをパターニング形成する。このとき、レジストＲは、エッチングによって除去されるように厚さが設定される。本方式により、レジストＲを薬液で除去する必要がなくなり、カラーフィルタ３ｂのハガレやレジストＲの残りを防止することができる。
【００１６】
Ｂのカラーフィルタ３ｂを形成した後、Ｇのカラーフィルタ３ｇを形成する。なお、Ｂのカラーフィルタ３ｂとＧのカラーフィルタ３ｇとを形成する順番はこれに限定されず、先にＧのカラーフィルタ３ｇを形成した後で、Ｂのカラーフィルタ３ｂを形成してもよい。
【００１７】
Ｇのカラーフィルタ３ｇが、下地層２及びＢのカラーフィルタ３ｂを覆うように全面に塗布される。その後、Ｇのカラーフィルタ３ｇを薬液又はエッチング又はＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing、化学機械研磨）によって、Ｂのカラーフィルタ３ｂの上面より低くなるように処理し、熱硬化させる。そして、熱硬化したＧのカラーフィルタ３ｇの上に平坦化層５を形成する。
【００１８】
図２（ａ）から（ｃ）は、図６のＢ−Ｂ線断面で見た状態を示している。
図２（ａ）に示すように、平坦化層５の上面に撥水層６を形成する。撥水層６としては、例えば、フッ素を含有した透明膜や、フッ化処理された透明膜を用いることができる。また、撥水層６は、Ｒのカラーフィルタ３ｒの材料をはじく成分を含むもの、または、Ｒのカラーフィルタ３ｒの顔料をはじく成分を含むものを用いる。さらに、撥水層６は、フッ素を含む材料又はフッ化処理された材料を含むものを用いることができる。
【００１９】
撥水層６の上面に、Ｇのカラーフィルタ３ｇのパターンを有するマスクを介して、レジストＲをパターン形成する。そして、図２（ｂ）に示すように、Ｇのカラーフィルタ３ｇをフォトリソグラフィ工程を用いて露光現像し、エッチングによりパターン形成する。このとき、レジストＲは、エッチングによって除去されるように厚さが設定される。このとき、Ｇのカラーフィルタ３ｇの上面には、撥水層６が、平坦化膜４及び５を介して撥水層６の厚みが目減りした状態で残存している。
【００２０】
次に、図２（ｃ）に示すように、Ｇのカラーフィルタ３ｇ，Ｂのカラーフィルタ３ｂが形成されていないＲの画素領域に、Ｒのカラーフィルタ３ｒを、塗布し、例えば現像工程、硬化工程により形成する。このとき、Ｇのカラーフィルタ３ｇ及びＢのカラーフィルタ３ｂの上面には撥水層６が形成されているため、Ｒのカラーフィルタ３ｒの材料に含まれる顔料成分がはじかれることで、残渣の発生を防止することができる。また、Ｒのカラーフィルタ３ｒは、エッチング法又はＣＭＰ法によって表面を平坦化処理によって除去することで、残渣の発生をより一層低減させることができる。こうすることで、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ３ｒ，３ｇ，３ｂからなるカラーフィルタ層３を形成することができる。
【００２１】
図３（ａ）に示すように、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタ３ｒ，３ｇ，３ｂを形成した後、カラーフィルタ層３上に平坦化層７を形成する。そして、図３（ｂ）に示すように、平坦化層７の上面に、上方に凸面が突出しているマイクロレンズ層８を形成する。なお、上記実施形態では、平坦化層７がマイクロレンズ層８を形成する場合に、下地層として機能しているが、混色が発生しない場合など必要に応じて平坦化層７を形成しないで省略することもできる。
【００２２】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示す、基板１にカラーフィルタ層を備えた構成をカラーフィルタアレイとして、カラーイメージセンサとして用いられる撮像素子に組みあせて用いることもできる。このとき、次の実施形態で説明するように、組み合わせる撮像素子の構成に応じて、カラーフィルタアレイのマイクロレンズ層８は適宜省略することができる。
【００２３】
図４は、カラーフィルタアレイを固体撮像素子に適用した構成を示す断面図である。
シリコンなどの半導体基板１１に不純物イオンをドーピングすることで、フォトダイオードなどの光電変換部１２や、図示しない転送チャネル領域を形成する。本実施形態では、光電変換部１２が入射光を受光することで信号電荷を生成する光電変換部として機能する。半導体基板１１の撮像面の面方向に複数の光電変換部１２が配列されている。
【００２４】
半導体基板１１上には、ゲート絶縁膜１３が熱酸化やＣＶＤ法（化学気相成長法）などによって形成される。ゲート絶縁膜１３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ）膜、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、酸化シリコン膜を順に積層してなる多層構造、又は、酸化シリコン（ＳｉＯ）膜、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜を積層してなる２層構造を有している。
【００２５】
半導体基板１１上には、ゲート絶縁膜１３を介して、光電変換部１２で発生した信号電荷を転送するための電荷転送電極１４が形成されている。電荷転送電極１４を形成するときには、ゲート絶縁膜１３の上面にＣＶＤ法によって導電性のシリコン膜（例えば、ポリシリコンやアモルファスシリコン）を形成し、このシリコン膜をフォトリソグラフィ工程を用いてパターニングする。電荷転送電極１４は光電変換部である光電変換部１３で発生した信号電荷を転送するように撮像面の縦方向及び横方向に沿って延設されており、固体撮像素子の構成を有する半導体素子において電荷転送部の機能を有する。なお、電荷転送電極１４は、第１電荷転送電極と第２電荷転送電極とを互いにゲート絶縁膜上に並べた構成や、第１電荷転送電極上に第２電荷転送電極の一部が積層された多層電極構成とすることができる。
【００２６】
また、ゲート絶縁膜１３上に該電荷転送電極１４を覆うようにＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ４からなる層間絶縁膜１５をＣＶＤ法によって形成し、フォトリソグラフィ工程のパターニングによって、電荷転送電極１４の側面及び上面に層間絶縁膜１５を残すことで形成する。電荷転送電極１４の上面にタングステンなどの遮光膜１６を形成する。そして、フォトリソグラフィ工程のパターニングによって、光電変換部１２の上部の遮光膜１６を除去することで開口が形成されている。
【００２７】
半導体基板１１及び遮光膜１６の上に、透明の絶縁層１７が形成されている。
絶縁層１７の上面には、カラーフィルタ層３、平坦化層７、マイクロレンズ層８とが順に積層されたカラーフィルタアレイＣが貼り合わされている。ここで、カラーフィルタアレイＣは、上記実施形態の手順で製造することで、光電変換部１２や電荷転送電極１４が形成された素子基板側とは別に製造することができる。
こうすれば、カラーフィルタアレイＣと素子基板とを別々に製造して後から貼り合わせる製造工程とすれば、カラーフィルタアレイＣ及び素子基板のいずれか一方の歩留まりに影響されることないため、製造コストを削減させることができる。絶縁層１７は、Ｂ（ボロン）やＰ（リン）を含んだＳｉＯ２膜を熱リフローさせて容易に形成され、周辺回路部の金属配線を保護するため、ＳｉＮ膜により保護される積層構造が一般的であり、また、凹凸がある場合にはカラーフィルタアレイを平坦に形成するため、更に透明の平坦化層を形成することが知られている。
【００２８】
図５は、カラーフィルタアレイを裏面照射型の撮像素子に適用した構成を示す断面図である。
図５に示す裏面照射型撮像素子は、ｐ型のシリコン層（以下、ｐ層という）３１とｐ層３１よりも不純物濃度の高いｐ＋＋型のシリコン層（以下、ｐ＋＋層という）３２とからなるｐ型の半導体基板（以下、ｐ基板という）６０を備える。裏面照射型撮像素子は、図中下方から上方に向かって光を入射させて撮像を行うものである。本明細書では、ｐ基板６０の光入射方向に対して垂直な２つの面のうち、光入射側の面を裏面といい、その反対面を表面という。又、裏面照射型撮像素子１００を構成する各構成要素を基準にしたときに、入射光が進む方向を、その構成要素の上方と定義し、入射光が進む方向の反対方向を、その構成要素の下方と定義する。又、ｐ基板６０の裏面及び表面に直交する方向を垂直方向、ｐ基板６０の裏面及び表面に平行な方向を水平方向と定義する。
【００２９】
ｐ層３１内の、ｐ基板６０表面近傍の水平方向に延びる同一面上には、入射光に応じてｐ基板６０内で発生した電荷を蓄積するためのｎ型の不純物拡散層（以下、ｎ層という）３４が複数配列されている。ｎ層３４は、ｐ基板６０の表面側に形成されたｎ層３４ａと、ｎ層３４ａの下に形成されたｎ層３４ａよりも不純物濃度の低いｎ−層３４ｂとの２層構造となっているが、これに限らない。ｎ層３４で発生した電荷と、このｎ層３４に入射する光の経路上でｐ基板６０内に発生した電荷とが、ｎ層３４に蓄積される。
【００３０】
各ｎ層３４上にはｐ基板６０表面に発生する暗電荷が各ｎ層３４に蓄積されるのを防ぐための高濃度のｐ型の不純物拡散層（以下、ｐ＋層という）３５が形成されている。各ｐ＋層３５内部には、ｐ基板６０の表面からその内側に向かってｎ層３４よりも高濃度のｎ型の不純物拡散層（以下、ｎ＋層という）３６が形成されている。ｎ＋層３６は、ｎ層３４に蓄積される不要な電荷を排出するためのオーバーフロードレインとして機能し、ｐ＋層３５が、このオーバーフロードレインのオーバーフローバリアとしても機能する。図示したように、ｎ＋層３６は、ｐ基板６０の表面に露出する露出面を有している。
【００３１】
ｐ＋層３５及びｎ層３４の右隣には、少し離間してｎ層３４よりも高濃度のｎ型不純物拡散層からなる電荷転送チャネル４２が形成され、電荷転送チャネル４２の周囲にはｐ＋層３５よりも濃度の低いｐ層４１が形成されている。
【００３２】
ｐ＋層３５及びｎ層３４と電荷転送チャネル４２との間のｐ層４１及びｐ層３１には、ｎ層３４に蓄積された電荷を電荷転送チャネル４２に読み出すための電荷読み出し領域（図示せず）が形成されている。電荷転送チャネル４２と電荷読み出し領域の上方には、シリコン酸化膜やＯＮＯ膜等からなるゲート絶縁膜２０を介して、電荷転送チャネル４２に電圧を供給して電荷転送動作を制御するための電荷転送電極と、電荷読み出し領域に読み出し電圧を供給して電荷読み出し動作を制御するための電荷読み出し電極とを兼ねたポリシリコン等からなる電極４３が形成されている。電極４３の周囲には酸化シリコン等の絶縁膜４４が形成されている。電荷転送チャネル４２とその上方の電極４３とにより、ＣＣＤが構成される。
【００３３】
隣接するｎ層３４同士の間には、ｐ層４１の下にｐ型不純物拡散層からなる素子分離層４５が形成されている。素子分離層４５は、ｎ層３４に蓄積されるべき電荷が、その隣のｎ層３４に漏れてしまうのを防ぐためのものである。
【００３４】
ｐ基板６０の表面上にはゲート絶縁膜２０が形成されており、ゲート絶縁膜２０上には酸化シリコン等の絶縁層３９が形成されており、この絶縁層３９内に電極４３及び絶縁膜４４が埋設されている。
【００３５】
なお、ｎ＋層３６に移動した電荷を、ｎ＋層３６の露出面に接続された図示しない電極に移動させることで、ｎ＋層３６をオーバーフロードレインとして機能させることができる。
【００３６】
ｐ基板６０の裏面から内側には、ｐ基板６０の裏面で発生する暗電荷がｎ層３４に移動するのを防ぐために、ｐ＋＋層３２が形成されている。ｐ＋＋層３２には端子が接続され、この端子に所定の電圧が印加できるようになっている。ｐ＋＋層３２の濃度は、例えば１×１０１７／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３である。
【００３７】
ｐ＋＋層３２の下には、酸化シリコンや窒化シリコン等の入射光に対して透明な絶縁層３３が形成されている。絶縁層３３の下には、絶縁層３３とｐ基板６０との屈折率差に起因するｐ基板６０の裏面での光の反射を防止するために、窒化シリコンやダイヤモンド構造炭素膜等の入射光に対して透明な高屈折率透明層４６が形成されている。高屈折率透明層４６としては、プラズマＣＶＤや光ＣＶＤ等の４００℃以下の低温形成が可能なアモルファス窒化シリコン等のｎ＝１．４６を超える屈折率の層とすることが好ましい。
【００３８】
高屈折率透明層４６の下には、カラーフィルタアレイＣが貼り合わされている。カラーフィルタアレイＣは、高屈折率透明層４６側から順にカラーフィルタ層３、平坦化層７、マイクロレンズ層８を順に積層させた構成である。カラーフィルタアレイは、上記実施形態の手順によって製造することができる。
【００３９】
このように構成された裏面照射型撮像素子では、カラーフィルタアレイＣの１つのマイクロレンズに入射した光が、そのマイクロレンズ上方のカラーフィルタ層３に入射し、ここを透過した光が、カラーフィルタの色に対応するｎ層３４へと入射される。このとき、ｐ基板６０のうち入射光の経路となる部分でも電荷が発生するが、この電荷は、光電変換領域に形成されたポテンシャルスロープを介してｎ層３４へと移動し、ここで蓄積される。ｎ層３４に入射してここで発生した電荷も、ここに蓄積される。ｎ層３４に蓄積された電荷は、電荷転送チャネル４２に読み出されて転送され、出力アンプによって信号に変換されて外部に出力される。
【００４０】
本発明にかかるカラーフィルタの製造方法を固体撮像素子に適用する場合には、エッチングダメージが導入されると暗時の特性劣化が懸念されるが、裏面照射型固体撮像素子のリッドとなる材料上に本技術を応用してカラーフィルタを形成することができる。
【００４１】
また、裏面照射型固体撮像素子の場合、オプティカルブラック部をどのように形成するかが問題となる。例えば、金属遮光材料を予め形成した後に、本技術を応用してカラーフィルタを形成することが可能となる。特に、カラーフィルタを平坦化手法のＣＭＰにおいて研磨停止層として機能させることも可能である。この場合、金属遮光膜の厚さまでカラーフィルタの膜厚を薄くすることが可能となるため、高感度化が実現できる。例えば、タングステン遮光膜の厚さと同等の２００ｎｍとすることができる。極度なカラーフィルタ膜厚の薄層化は色再現性の劣化が懸念されるものの、カラーフィルタ材料中の顔料を高濃度とすることで熱硬化型材料を用いることや、画像信号処理の工夫により色再現性を劣化を軽減することが可能である。
【００４２】
ここで、カラーフィルタアレイＣは、上記実施形態の手順で製造することで、光電変換領域が形成された素子基板側とは別に製造することができる。こうすれば、カラーフィルタアレイＣと素子基板とを別々に製造して後から貼り合わせる製造工程とすることができ、カラーフィルタアレイＣ及び素子基板のいずれか一方の歩留まりに影響されることないため、製造コストを削減させることができる。
【００４３】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良などが可能である。
例えば、カラーフィルタアレイを貼り合わせる撮像素子の構成としては、上記実施形態のものに限定されない。
例えば、上記実施形態では、カラーフィルタ層が平坦化層上にＲのカラーフィルタと、Ｇのカラーフィルタと、Ｂのカラーフィルタとを市松状に配置してなる構成としたが、これに限定されない。カラーフィルタ層は、Ｒ，Ｇ，Ｂのカラーフィルタの３色に、更にＷ（白）等の他のカラーフィルタを備え、これら複数のカラーフィルタを所定のパターンで配置してなる構成としてもよい。このような構成のカラーフィルタを製造する方法としては、基板上に平坦化層を形成し、平坦化層上に、Ｒ以外のカラーフィルタをパターン形成するステップと、Ｒ以外のカラーフィルタの上方に撥水層を形成するステップと、その後、Ｒの画素領域にＲのカラーフィルタを塗布し、Ｒの画素領域以外に塗布されたＲのカラーフィルタを除去するステップとを有する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】カラーフィルタの製造方法の手順を説明する図である。
【図２】カラーフィルタの製造方法の手順を説明する図である。
【図３】カラーフィルタの製造方法の手順を説明する図である。
【図４】カラーフィルタアレイを固体撮像素子に適用した構成を示す断面図である。
【図５】カラーフィルタアレイを裏面照射型の撮像素子に適用した構成を示す断面図である。
【図６】カラーフィルタを平面視した状態を模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１    基板（半導体基板）
２    平坦化層
３    カラーフィルタ層
３ｒ  Ｒ（赤）のカラーフィルタ
３ｇ  Ｇ（緑）のカラーフィルタ
３ｂ  Ｂ（青）のカラーフィルタ
６    撥水層
Ｃ    カラーフィルタアレイ
【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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