(57)【要約】【課題】優れた光学特性を有する積層膜干渉フィルタを有する固体撮像装置、および当該固体撮像装置を備えるカメラを、高い歩留まりであって、且つ、低い製造コストを以って製造することができる方法を提供する。【解決手段】基板３０１に対し、その一方の主面に沿って複数の光電変換部３０３を二次元形成するステップと、複数の光電変換部３０３の各々の上方に、互いに屈折率の異なる膜４０１、・・、４１１と膜４０２、・・、４１２とを交互に積層して積層膜干渉フィルタ３０６を形成するステップとを有する。ここで、積層膜干渉フィルタ３０６を形成するステップでは、スパッタリング法を用い、膜４０１〜４１２を積層形成する。【選択図】図２
2008066470.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に対し、その一方の主面に沿って複数の光電変換部を二次元形成するステップと、
前記複数の光電変換部の各々の上方に、互いに屈折率の異なる少なくとも２種類の要素膜を交互に積層して光学干渉フィルタを形成するステップとを有し、
前記光学干渉フィルタを形成するステップでは、前記２種類の要素膜の少なくとも一方の積層形成にスパッタリング法を用いる
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記光学干渉フィルタを形成するステップでは、結晶状態をアモルファス状態に制御して、前記少なくとも一方の要素膜を積層形成する
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】
前記光学干渉フィルタを形成するステップでは、膜厚の面内均一性を±１．５％以下に制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記光学干渉フィルタを形成するステップでは、屈折率の面内均一性を±１．５％以下に制御する
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記光学干渉フィルタを形成するステップでは、前記スパッタリング法として、酸素雰囲気下において、直流電源を用いプラズマの発生とイオンの加速とを一緒に行う直流スパッタリング法を用いる
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記直流スパッタリング法を用いる前記要素膜の積層形成においては、パルス状の直流電圧をターゲットに対し印加する
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記光学干渉フィルタを形成するステップでは、前記スパッタリング法として、高周波交流電源を用いプラズマの発生とイオンの加速とを一緒に行う高周波スパッタリング法を用いる
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記光学干渉フィルタを形成するステップでは、前記スパッタリング法として、酸素雰囲気下において、プラズマの発生とイオンの加速とを別に行う電子サイクロトロン共鳴スパッタリング法を用いる
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記光学干渉フィルタを形成するステップは、撮像画素毎に透過光の波長に応じ設定された膜厚を有するスペーサ要素膜を、前記光学干渉フィルタの構成要素として積層するサブステップを含む
ことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記基板として、直径２００ｍｍ以上のシリコン基板を用いる
ことを特徴とする請求項１から９の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記基板として、直径３００ｍｍ以上のシリコン基板を用いる
ことを特徴とする請求項１から８の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記二次元形成するステップでは、一辺が４μｍよりも小さい撮像画素サイズで、前記複数の光電変換部を形成する
ことを特徴とする請求項１から１１の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記二次元形成するステップでは、撮像画素数が２００万画素以上となる状態に、前記複数の光電変換部を形成する
ことを特徴とする請求項１から１２の何れかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
請求項１から１３の何れかに記載の製造方法を用い製造された固体撮像装置を用いる
ことを特徴とするカメラの製造方法。
【請求項１５】
基板に対し、その一方の主面に沿って複数の光電変換部が二次元形成され、
前記複数の光電変換部の各々の上方に、互いに屈折率の異なる少なくとも２種類の要素膜が交互に積層されてなる構成の光学干渉フィルタを有する固体撮像装置であって、
前記基板には、直径２００ｍｍ以上のシリコン基板が用いられ、
前記光学干渉フィルタは、前記２種類の要素膜の少なくとも一方がスパッタリング法により積層形成されているとともに、前記基板上における膜厚の面内均一性および屈折率の面内均一性の少なくとも一方が±１．５％以下である
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１６】
前記光学干渉フィルタを構成する前記少なくとも一方の要素膜は、結晶状態がアモルファス状態である
ことを特徴とする請求項１５に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置の製造方法およびカメラの製造方法と固体撮像装置に関し、特に、オンチップ積層膜干渉フィルタの形成技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディジタルスティルカメラやディジタルムービカメラなどの撮像デバイスとして固体撮像装置が広く普及している。固体撮像装置では、入射される可視光から所定の波長の成分だけを選択的に透過させる色分離用の光学フィルタが備えられている。その一種として、積層膜干渉フィルタがある。積層膜干渉フィルタを備える固体撮像装置の構成について、図８を用い説明する。なお、図８では、固体撮像装置における撮像画素領域を抜き出して示す。
【０００３】
図８に示すように、固体撮像装置９は、半導体基板９０１の一方の主面上に、ゲート絶縁膜９０３が形成され、さらにその上に、互いに間隙をあけて転送電極９０４が形成されている。各転送電極９０４は、層間絶縁膜９０５を介し２層の電極層９０４Ａ、９０４Ｂから構成されている。また、各転送電極９０４は、遮光膜９０６および層間絶縁膜９０７で周囲を覆われている。
【０００４】
層間絶縁膜９０７の上には、表面が平坦化されてなる平坦化膜９０８が形成され、平坦化された表面上であって、転送電極９０４間の部分には、略半球状の凸部９０９が各々形成されている。平坦化膜９０８および凸部９０９の上には、オンチップに積層膜干渉フィルタ９１０が形成されている。積層膜干渉フィルタ９１０は、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）層９１０Ａと二酸化チタン（ＴｉＯ２）層９１０Ｂが交互に積層された構成を有する。
【０００５】
一方、半導体基板９０１とゲート絶縁膜９０３との境界から半導体基板９０１の厚み方向内側に向けての領域であって、転送電極９０４間となる部分には、フォトダイオード９０２が形成されている。
上記構成を有する固体撮像装置９では、全ての撮像画素における積層膜干渉フィルタ９１０を一度に形成することが可能である（例えば、特許文献１）。
【０００６】
また、上記の他に、２種類の誘電体層（二酸化シリコン層と二酸化チタン層）とが交互に積層されてなるλ／４誘電体多層膜によりλ／４以外の光学膜厚を以って構成されたスペーサ層を挟んだ構造の積層膜干渉フィルタも提案されている。この提案の積層膜干渉フィルタでは、スペーサ層の膜厚を、各々の領域毎での透過させるべき光の波長に応じ異ならせることで、光学干渉フィルタとしての機能を果たす（例えば、特許文献２）。
【０００７】
上述のように、固体撮像装置に用いられる積層膜干渉フィルタは、簡便には光路長となる構成膜の膜厚と屈折率との積で規定される光学距離が色分離特性を決めることになる。
従来においては、上記積層膜干渉フィルタの形成には、イオン化したガスを供給しながら基板上に蒸着を実行する、所謂、イオンアシスト蒸着法が用いられている。具体的には、蒸着装置内に設置されたペレット状または粒状などの二酸化シリコンおよび二酸化チタンに対し電子ビームを照射することで加熱蒸気化する。そして、イオン銃により酸素およびアルゴンからなる混合ガスをイオン化して蒸着装置内に対し供給し、これにより基板に対する二酸化シリコンおよび二酸化チタンの蒸着を促進するという方法が用いられている（特許文献３などを参照）。
【特許文献１】特開２０００−１８０６２１号公報
【特許文献２】特願２００５−１９７２４９号
【特許文献３】特開平０８−３４５０３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のイオンアシスト蒸着法を用いた積層膜干渉フィルタの形成方法では、積層膜干渉フィルタの膜厚および屈折率に係る面内均一性を高精度に確保することが困難である。即ち、積層膜干渉フィルタにおける色分離機能は、二酸化シリコン層と二酸化チタン層の各層数および各層の膜厚と屈折率との積（光学距離）により規定されるため、高精度の色分離機能を有する積層膜干渉フィルタを形成するためには、二酸化シリコン層および二酸化チタン層の各膜厚および屈折率を正確に制御する必要がある。具体的には、固体撮像装置として求められる色分離特性を得るためには、光学距離を±２［％］以内となるように制御する必要があり、また、上記特許文献などで提案されている構成を採用する場合にも、スペーサ層およびλ／４多層膜の光学距離を±３［％］以内となるように、膜厚および屈折率を制御する必要がある。
【０００９】
ところが、イオンアシスト蒸着法などを用い膜形成する上記従来の方法を採用する場合には、積層膜干渉フィルタの色分離特性を確保するのに必要となる膜厚の面内均一性を十分に確保することが困難である。例えば、直径φ２００［ｍｍ］のシリコン基板に対し上記特許文献２で提案の構成を有する積層膜干渉フィルタを形成する場合には、約１０［％］の面内均一性しか確保できない。
【００１０】
真空蒸着法では、成膜時に蒸着源から基板に対し飛来する粒子のエネルギが小さく、積層膜干渉フィルタの多層膜構造に必要となる密着性が低い。このため、真空蒸着法では、蒸着源から材料を蒸散させる必要があるため、高融点材料を用いた膜形成が困難である。特に、真空蒸着法を用い二酸化チタン膜を成膜しようとする場合には、チタン金属からなる蒸着源を蒸発させ基板方向に蒸散させたチタン金属原子と酸素分子とを反応させ二酸化チタンを生成するので反応過程を制御することは難しく、結晶状態を面全体でアモルファス状態に制御することが困難である。具体的には、真空蒸着法を用い二酸化チタン膜を成膜しようとする場合には、青色領域の低波長領域で消衰効果があり、光学異方性を有するアナターゼ構造やルチル構造の二酸化チタン膜が混在して形成されるに至る。そして、ルチル構造の二酸化チタン膜では、その屈折率が、ｃ軸に垂直な方向に約１０［％］も相違し、上記のように±２［％］以内となるように光学距離を制御することは現実的ではない。  
【００１１】
これら事項より、従来の技術に係る方法を採用する場合には、高精度の積層膜干渉フィルタを、高い歩留まりで低い製造コストを以って形成することが困難である。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、優れた光学特性を有する積層膜干渉フィルタを有する固体撮像装置、および当該固体撮像装置を備えるカメラと、前記固体撮像装置を高い歩留まりであって、且つ、低い製造コストを以って製造することができる方法と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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明は、次の構成を採用する。
（１）本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、基板に対し、その一方の主面に沿って複数の光電変換部を二次元形成するステップと、複数の光電変換部の各々の上方に、互いに屈折率の異なる少なくとも２種類の要素膜を交互に積層して光学干渉フィルタを形成するステップとを有する。ここで、本発明に係る製造方法の上記光学干渉フィルタを形成するステップでは、光学干渉フィルタを構成する２種類の要素膜のうちの少なくとも一方の積層形成にスパッタリング法を用いることを特徴とする。
【００１３】
（２）上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、膜の結晶状態をアモルファス状態に制御しながら上記少なくとも一方の要素膜を積層形成することを特徴とする。
（３）上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、膜厚の面内均一性を±１．５［％］以下に制御することを特徴とする。
【００１４】
（４）上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、屈折率の面内均一性を±１．５［％］以下に制御することを特徴とする。
（５）上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上記光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、酸素雰囲気下で直流（ＤＣ）電源を用い、プラズマの発生とイオンの加速とを一緒に行う直流（ＤＣ）スパッタリング法を用いることを特徴とする。
【００１５】
（６）上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、（反応性マグネトロン）ＤＣスパッタリング法を用いる要素膜の積層形成の際に、パルス状の直流電圧をターゲットに対し印加することを特徴とする。
（７）上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上記光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、高周波交流（ＲＦ）電源を用いプラズマの発生とイオンの加速とを一緒に行う高周波（ＲＦ）スパッタリング法を用いることを特徴とする。
【００１６】
（８）上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上記光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、酸素雰囲気下でマイクロ波放電を利用し、プラズマの発生とイオンの加速とを別に行う電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）スパッタリング法を用いることを特徴とする。
（９）上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上記光学干渉フィルタを形成するステップにおいて、撮像画素毎に透過光の波長に応じ設定された膜厚を有するスペーサ要素膜を、上記光学干渉フィルタの構成要素として積層するサブステップを含むことを特徴とする。
【００１７】
（１０）上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、基板として直径φ２００［ｍｍ］以上のシリコン（Ｓｉ）基板を用いることができる。
（１１）上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、基板として直径φ３００［ｍｍ］以上のシリコン（Ｓｉ）基板を用いることができる。
（１２）上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上記二次元形成するステップにおいて、一辺が４［μｍ］よりも小さい撮像画素サイズで、複数の光電変換部を形成することを特徴とする。
【００１８】
（１３）上記本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上記二次元形成するステップにおいて、撮像画素数が２００万［画素］以上となる状態に、複数の光電変換部を形成することを特徴とする。
（１４）本発明に係るカメラの製造方法は、上記（１）〜（１３）の方法を用い製造された固体撮像装置を用いることを特徴とする。
【００１９】
（１５）本発明に係る固体撮像装置は、基板に対し、その一方の主面に沿って複数の光電変換部が二次元形成され、複数の光電変換部の各々の上方に、互いに屈折率の異なる少なくとも２種類の要素膜が交互に積層されてなる構成の光学干渉フィルタを有する装置であって、基板には、直径φ２００［ｍｍ］以上のシリコン（Ｓｉ）基板が用いられ、光学干渉フィルタは、２種類の要素膜の少なくとも一方がスパッタリング法により形成されているとともに、基板上における膜厚の面内均一性および屈折率の面内均一性の少なくとも一方が±１．５［％］以下に設定されていることを特徴とする。
【００２０】
（１６）上記本発明に係る固体撮像装置では、光学干渉フィルタを構成する上記少なくとも一方の要素膜の結晶状態がアモルファス状態であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
上記（１）のように、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタを構成する２種類の要素膜の内の少なくとも一方の膜を、スパッタリング法を用い形成するので、上記従来の技術に係る製造方法で用いる蒸着法に比べて、要素膜における膜厚および屈折率の面内均一性を高く（±１．５［％］以下）することができる。よって、本発明に係る製造方法では、高い色分離特性を有する光学干渉フィルタを高効率に形成することが可能である。
【００２２】
また、上記（２）のように、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、光学干渉フィルタの形成ステップにおけるスパッタリング法を用いた要素膜の積層形成に際して、膜の結晶状態を光学異方性の少ないアモルファス状態に制御すれば、当該要素膜における屈折率の面内均一性を高く（±１．５［％］以下）することができる。よって、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、膜厚だけでなく、その屈折率の面内均一性も高精度に制御された要素膜を積層形成することができ、より一層優れた光学特性を有する光学干渉フィルタ（積層膜干渉フィルタ）を形成することができる。
【００２３】
従って、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、優れた光学特性を有する光学干渉フィルタ（積層膜干渉フィルタ）を有する固体撮像装置、および当該固体撮像装置を備えるカメラを、高い歩留まりで製造することが可能であって、総合的なコストの低減も可能となる。
具体的に、上記（５）のように、酸素雰囲気下で直流（ＤＣ）電源を用い、プラズマの発生とイオンの加速とを一緒に行う直流（ＤＣ）スパッタリング法を用いる方法を採用すれば、要素膜へのダメージを抑制しながら、面内における膜厚および屈折率の均一性が良好な膜形成を行なうことができる。また、成膜時におけるスパッタレートを高く設定することが可能であるので、生産効率を向上することができる。
【００２４】
さらに、反応性マグネトロンＤＣスパッタリング法で、メタルターゲットを用い要素膜を形成する場合には、光電変換を行う光電変換部の直上への光学干渉フィルタの形成に際してのダメージを抑制することができ、且つ、早いスパッタリング成膜レートでの形成を行なうことができる。また、本発明に係る製造方法では、光学干渉フィルタを構成する要素膜をスパッタリング法を用い形成するので、ターゲットスパッタリング時のプラズマ制御を行い、且つ、基板温度や成膜圧力や酸素流量を適宜調整することで、青色領域の低波長領域での消衰効果の少ない、屈折率などの光学異方性のないアモルファス構造の要素膜を基板の全面に形成することができる。これより、本発明に係る製造方法を採用する場合には、成膜時における配向制御が不要になる。
【００２５】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上記（６）のように、要素膜の積層形成の際に、ターゲットに対しパルス状の直流（ＤＣ）電圧を印加する方法を採用すれば、成膜中にメタルターゲットの表面に生成される反応生成物（非導電物）を印加パルスの立ち下がりの際に除去することができる。このため、上記（６）の方法を採用する場合には、膜厚および屈折率の面内均一性を確保しながら、エロージョンの抑制およびパーティクルの抑制をすることができ、高い歩留まりでの固体撮像装置の生産が可能である。
【００２６】
また、パルス状のＤＣ電圧を印加する場合には、ＤＣ電圧のパルス波形に合わせて成膜も断続的になされ、成膜の際に発生する膜中ストレスを緩和することができる。これより、本発明に係る製造方法では、光電変換部へのダメージを低減することができる。
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上記（７）のように、高周波交流（ＲＦ）電源を用いるＲＦスパッタリング法を採用すれば、成膜中にメタルターゲットの表面に生成される反応生成物（非導電物）を逆バイアス印加時に除去することができる。よって、上記（７）の製造方法では、絶縁物である各積層膜そのものをターゲット材料として用いることができ、膜厚および屈折率の面内均一性がより一層高い要素膜の形成が可能となる。
【００２７】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上記（８）のように、マイクロ波放電を利用する電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）スパッタリング法を用いる場合には、光学干渉フィルタの膜応力を低減することが可能であって、サイズの大きな基板（例えば、直径φ２００［ｍｍ］以上の基板）に対して光学干渉フィルタを形成する場合にあっても、固体撮像装置における光学干渉フィルタとして十分な光学特性を備える膜厚および屈折率の面内均一性を実現することができる。
【００２８】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上記（９）のように、光学干渉フィルタの構成要素中に、透過光の波長域に応じて膜厚が設定されたスペーサ要素膜を含むことにすれば、固体撮像装置における全ての撮像画素の光学干渉フィルタを同じ工程で形成することができる。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、上述のように、光学干渉フィルタにおける膜厚および屈折率の面内均一性を高い精度で確保することができるので、従来の技術を用いた場合には膜厚および屈折率の面内均一性という観点から問題を生じていた直径φ２００［ｍｍ］以上の基板を対象としても、高精度の面内均一性で膜厚および屈折率が制御された光学干渉フィルタを形成することができる。また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、直径φ３００［ｍｍ］以上の基板を対象とする場合にも、膜厚および屈折率の面内均一性が高精度に確保された光学干渉フィルタを形成することができる。よって、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、直径φ２００［ｍｍ］以上、あるいはφ３００［ｍｍ］以上の基板を採用する場合にも、優れた光学特性を有する光学干渉フィルタを形成することができる。
【００２９】
また、本発明に係る固体撮像装置の製造方法では、撮像画素の一辺のサイズが４［μｍ］よりも小さい微細な撮像画素構造を採る場合、あるいは、撮像画素数が２００万［画素］以上の多画素構造を採る場合にあっても、光電変換部へのダメージを抑制しながら優れた光学特性を備える光学干渉フィルタを形成することができる。
以上より、本発明に係る製造方法では、優れた光学特性を有する光学干渉フィルタを有する固体撮像装置を製造することができる。
【００３０】
また、本発明に係るカメラの製造方法では、上記（１）〜（１３）の製造方法を採用して製造された固体撮像装置を撮像デバイスとして用いるので、上述の効果がそのまま奏され、優れた色分離特性を有する光学干渉フィルタを構成中に備えるカメラを、高い歩留まりで製造することができる。
また、本発明に係る固体撮像装置は、上記本発明に係る製造方法を用い製造されるものであり、要素膜の膜厚の面内均一性および屈折率の面内均一性の少なくとも一方が±１．５［％］以下に制御されている。これにより、本発明に係る固体撮像装置は、優れた光学特性を有する光学干渉フィルタを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明で用いる各実施の形態については、本発明に係る固体撮像装置の製造方法とその作用・効果を分かりやすく説明するため一例とするものであって、本発明は、その要旨とする部分以外についてこれらに限定を受けるものではない。
１．固体撮像装置の製造方法
本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図１〜図３を用い説明する。なお、以下では、固体撮像装置の製造方法の内でも、本実施の形態が最も特徴とする積層膜干渉フィルタ３０６の製造方法について、主に説明する。
【００３２】
図１（ａ）に示すように、ｎ型半導体基板３０１に対し、一方の主面側にｐ型半導体層３０２を形成し、その上に層間絶縁膜３０４を積層する。ｐ型半導体層３０２と層間絶縁膜３０４との境界からｐ型半導体層３０２の厚み方向に向けた領域において、互いに間隔をあけてフォトダイオード３０３を形成する。実際には、フォトダイオード３０３はｎ型半導体基板３０１の主面に沿って二次元形成される。
【００３３】
また、層間絶縁膜３０４中であって、隣り合うフォトダイオード３０３とフォトダイオード３０３との間となる領域には、遮光膜３０５が形成される。
図１（ｂ）に示すように、層間絶縁膜３０４の表面上に対し、二酸化チタン層４０１、４０３と二酸化シリコン層４０２を交互に積層し、さらにその上にスペーサ準備層４０４０を積層する。ここで、二酸化チタン層４０１、４０３および二酸化シリコン層４０２は、ともにλ／４の光学膜厚を有するものであり、また、スペーサ準備層４０４０は、二酸化シリコンを用い形成される。
【００３４】
次に、図１（ｃ）に示すように、スペーサ準備層４０４０の上にレジスト膜５０１を形成した後、領域２０１ｂにおけるレジスト膜５０１を除去する。この状態でエッチングを実施し、領域２０１ｂにおける層厚が他の領域２０１ａ、２０１ｃに比べ薄いスペーサ準備層４０４１とする。なお、スペーサ準備層４０４１における層厚の薄い領域２０１ｂが、本実施の形態に係る固体撮像装置の赤色画素領域に相当する。
【００３５】
図２（ａ）に示すように、上記レジスト膜５０１を除去した後、スペーサ準備層４０４１上にレジスト膜５０２を形成し、領域２０１ｃにおけるレジスト膜５０２だけを除去する。そして、この状態でエッチングを実施し、領域２０１ｃにおけるスペーサ準備層４０４１を除去する。これにより、スペーサ層４０４が完成する。なお、本実施の形態においては、スペーサ準備層４０４１を除去する領域２０１ｃは緑色領域に相当する。
【００３６】
スペーサ層４０４の形成におけるエッチングは、例えば、ウェハー面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を用いて露光を行い、レジスト現像および最終ベーク（ポストベーク）によりレジスト膜５０１、５０２を形成し、４フッ化メタン
（ＣＦ４）系のエッチングガスを用い実行される。
【００３７】
図２（ｂ）に示すように、レジスト膜５０２を除去し、スペーサ層４０４および二酸化チタン層４０３の表面に対し、二酸化チタン層４０５、４０７、４０９、４１１および二酸化シリコン層４０６、４０８、４１０、４１２を交互に積層し、λ／４多層膜を形成する。これにより、各撮像画素の透過光波長域に対応する積層膜干渉フィルタ３０６が完成する。
【００３８】
なお、二酸化チタン層４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１および二酸化シリコン層４０２、４０６、４０８、４１０、４１２の形成方法については、後述するが、両層４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１、４０２、４０６、４０８、４１０、４１２は、それぞれが結晶構造がアモルファス構造となっている。
次に、図３（ａ）に示すように、積層膜干渉フィルタ３０６上に対し、領域２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ毎に集光レンズ３０７を形成する。このようにして、固体撮像装置における撮像画素領域２０１が完成する。なお、図３（ｂ）に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置１０１は、図１（ａ）〜図１（ｃ）、図２（ａ）、（ｂ）、図３（ａ）で示した撮像画素領域２０１の他に、垂直シフトレジスタ２０２、水平シフトレジスタ２０３、出力アンプ２０４および駆動回路２０５がｎ型半導体基板３０１に形成され構成されている。
【００３９】
２．カメラの構成
本実施の形態では、上記固体撮像装置１０１を用い、カメラ１を構成する。その構成について、図４を用い説明する。
図４に示すように、本実施の形態に係るカメラ１は、上記固体撮像装置１０１の他に、レンズ１０２、色信号合成部１０３、映像信号作成部１０４および素子駆動部１０５などから構成される。
【００４０】
集光レンズ１０２は、カメラ１に入射した光を固体撮像装置１０１における撮像画素領域２０１に集光する。固体撮像装置１０１は、フォトダイオード３０３の入射光量に応じた色信号を生成する。素子駆動部１０５は、固体撮像装置１０１から上記色信号を取り出す。
色信号合成部１０３では、固体撮像装置１０１から入力された色信号に対し、色シェーディングを施す。映像信号作成部１０４は、色信号合成部１０３において色シェーディングを施された色信号からカラー映像信号を生成する。このようにして生成されたカラー映像信号は、最終的に、カラー画像データとして記録媒体に記録される。
【００４１】
３．積層膜干渉フィルタ３０６を構成する二酸化チタン層４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１および二酸化シリコン層４０２、４０６、４０８、４１０、４１２の成膜方法
本実施の形態に係る固体撮像装置１０１の製造方法で採用する二酸化チタン層４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１および二酸化シリコン層４０２、４０６、４０８、４１０、４１２の成膜方法について、図５を用い説明する。
【００４２】
（１）成膜装置（反応性マグネトロン直流スパッタリング装置６００）の構成
本実施の形態に係る固体撮像装置１０１の製造方法においては、二酸化チタン層４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１および二酸化シリコン層４０２、４０６、４０８、４１０、４１２の成膜において、反応性マグネトロン直流スパッタリング装置（以下では、「ＤＣスパッタリング装置」と記載する。）６００を用いる。その構成は、概略次の通りである。
【００４３】
図５に示すように、本実施の形態に係る固体撮像装置１０１の製造において用いるＤＣスパッタリング装置６００は、チャンバ６０１に対しガス導入経路６０２と排気経路６０３とが接続されている。この内、ガス導入経路６０２の途中には、バルブ６０４が挿設され、また、排気経路６０２の途中には、ポンプ６０５が挿設されている。
チャンバ６０１の内方には、ワーク台６０６とターゲット６０７とが互いに間隙をあけて配されている。ワークＡは、図１（ａ）に示す状態のものであって、ワーク台６０６上に載置される。チャンバ６０１内に設置されたワーク台６０６およびターゲット６０７には、ＤＣ電源６０８が接続されており、このＤＣ電源６０８は、制御部６０９から入力される制御信号により駆動制御される。
【００４４】
制御部６０９は、ＤＣ電源６０８の制御の他に、バルブ６０４およびポンプ６０５の駆動制御も行う。
（２）成膜方法
本実施の形態においては、上記ＤＣスパッタリング装置６００を用い、プラズマの発生とイオンの加速とを一緒に行うことにより（反応性マグネトロンＤＣスパッタリング法を用い）、積層膜干渉フィルタ３０６を構成する層４０１〜４１２を成膜する。具体的には、次の通りである。
【００４５】
本実施の形態に係る成膜方法では、チャンバ６０１内を酸素雰囲気とし、チタンまたはシリコンをターゲット６０７として、ＤＣ電源６０８を用いターゲット６０７とワークＡとの間にＤＣ電圧を印加する。ＤＣ電源６０８は、ターゲット６０７とワークＡとの間にパルス状のＤＣ電圧を印加する。なお、ＤＣ電源６０８が印加するＤＣ電圧のパルス周波数は、１〜１００［Ｈｚ］（例えば、５０［Ｈｚ］）で設定される。
【００４６】
また、ＤＣ電源６０８が印加する電圧以外の成膜条件については、次のとおりである。
（二酸化チタン層４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１の成膜条件）
・ターゲット；チタンターゲット
・酸素；１０〜２０［ｓｃｃｍ］（例えば、１５［ｓｃｃｍ］）
・アルゴン；２５〜５０［ｓｃｃｍ］（例えば、３５［ｓｃｃｍ］）
・圧力；０．１〜０．８［Ｐａ］（例えば、０．４［Ｐａ］）
・パワー；３〜１２［ｋＷ］（例えば、９［ｋＷ］）
（二酸化シリコン層４０２、４０６、４０８、４１０、４１２の成膜条件）
・ターゲット；シリコンターゲット
・酸素；５〜２０［ｓｃｃｍ］（例えば、１０［ｓｃｃｍ］）
・アルゴン；１０〜２０［ｓｃｃｍ］（例えば、１５［ｓｃｃｍ］）
・圧力；０．８〜１．５［Ｐａ］（例えば、１．２［Ｐａ］）
・パワー；１〜９［ｋＷ］（例えば、３［ｋＷ］）
ここで、本実施の形態に係る成膜方法では、ターゲット６０７とワークＡとの間にパルス状のＤＣ電圧を印加することにより、成膜中にターゲット６０７表面に生成される反応生成物（非導電物である酸化物）をパルスの立ち下がり時に除去することができる。このため、本実施の形態に係る成膜方法を採れば、成膜均一性の確保とともに、エロージョンの抑制とターゲット表面より剥離するパーティクルの抑制とを図ることが可能であり、歩留まりの向上を図ることができる。
【００４７】
成膜均一性に関しては、例えば、本実施の形態に係るＤＣスパッタリング法を用いれば、直径φ２００［ｍｍ］の基板を用いた場合に、膜厚および屈折率の面内均一性を、±１．５［％］以下とすることができる。具体的には、青色領域の低波長領域での消衰効果が少ないアモルファス構造の膜（アモルファス膜）を基板上の全面に形成することができる。本実施の形態に係る製造方法のように、基板上に二酸化チタン層４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１および二酸化シリコン層４０２、４０６、４０８、４１０、４１２を成膜する場合には、膜厚の面内均一性をそれぞれ±１．０［％］および±１．３［％］とすることができる。また、屈折率の面内均一性については、ともに±０．３［％］とすることができる。
【００４８】
また、この膜厚および屈折率の均一性が確保された積層膜干渉フィルタ３０６を備える固体撮像装置１０１を採用する場合には、蒸着法を用いた成膜によって形成された積層膜干渉フィルタを有する上記従来の固体撮像装置に対し、感度が２倍に向上し、白キズの数が１／３に低減することができる。
従来の真空蒸着法では、成膜時における蒸着源から基板に対し飛来する粒子のエネルギが低いので、積層膜干渉フィルタを構成する多層膜構造に必要な密着性を確保することが困難であり、また、蒸着源から材料を蒸散させる必要があるので、高融点材料を用いた成膜が困難である。これらに対し、本実施の形態に係る成膜方法のように、上記スパッタリング法を用いる場合には、積層膜干渉フィルタ３０６を構成する膜４０１〜４１２が高い密着性を有し、また、二酸化チタンという融点の高い材料を用い成膜することも可能である。
【００４９】
さらに、本実施の形態に係る成膜方法では、パルス状のＤＣ電圧を印加するので、印加されるＤＣ電圧のパルス波形に合わせて成膜も断続的になされ、成膜の際に発生する膜中ストレスを緩和することができる。これより、本実施の形態に係る成膜方法では、積層膜干渉フィルタ３０６の形成に際しても、フォトダイオード３０３などへのダメージを低減することができる。
【００５０】
なお、上記においては、ＤＣスパッタリング法を採用したが、高周波交流電源を用いプラズマの発生とイオンの加速とを一緒に行う高周波（ＲＦ）スパッタリング法を用いることも可能である。このように積層膜干渉フィルタ３０６を構成する膜４０１〜４１２の形成に、ＲＦスパッタリング法を用いた場合にあっても、上記ＤＣスパッタリング法を用いた場合と同様に、膜厚および屈折率の面内均一性の向上を図ることができるとともに、エロージョンの抑制およびパーティクルの抑制を効果的にすることができる。また、ＲＦスパッタリング法を用いる場合には、形成された積層膜干渉フィルタ３０６における膜応力の低減を図ることができる。
【００５１】
ＲＦスパッタリング法を採用する場合においても、上記ＤＣスパッタリング法を採用する場合と同様に、例えば、直径φ２００［ｍｍ］以上の基板に対しても高い面内均一性を以って形成された積層膜干渉フィルタ３０６を備える固体撮像装置を、高い歩留まりで製造することができる。なお、ＲＦスパッタリング法を用い層４０１〜４１２を形成する場合には、スパッタ成膜中にターゲット６０７表面に生成される反応生成物（非導電物）を、逆バイアス印加の際に除去することができ、成膜均一性の確保とともに、ターゲットのエロージョンの抑制およびパーティクルの抑制とが可能となる。
【００５２】
また、ＲＦスパッタリング法を用い二酸化チタン層４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１および二酸化シリコン層４０２、４０６、４０８、４１０、４１２を成膜する場合には、ターゲットとして、それぞれ二酸化チタンおよび二酸化シリコンを用いることもできる。
（変形例）
次に、固体撮像装置１０１の製造方法、特に、積層膜干渉フィルタ３０６の構成層４０１〜４１２の形成方法に関する変形例について、図６を用い説明する。
【００５３】
（１）成膜装置（電子サイクロトロン共鳴スパッタリング装置７００）の構成
本変形例に係る固体撮像装置１０１の製造方法においては、積層膜干渉フィルタ３０６の構成層４０１〜４１２に形成において、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）スパッタリング装置７００を用いる。
図６に示すように、本変形例に係る製造方法で用いるＥＣＲスパッタリング装置７００は、２つのチャンバ７０１、７０２を有し構成されている。この内、成膜チャンバ７０１には、ガス導入経路７０３と排気経路７０４が接続されており、内部空間にワーク台７１１およびターゲット７１２が配されている。ワークＡは、ワーク台７１１上に載置されている。また、ターゲット７１２は、円筒状をしている。本変形例に係るＥＣＲスパッタリング装置７００においても、ガス導入経路７０３の途中にバルブ７０５が挿設され、排気経路７０４の途中にポンプ７０６が挿設されている。また、ターゲット７１２には、高周波交流（ＲＦ）電源７１３が接続されている。
【００５４】
一方、プラズマ生成チャンバ７０２には、ガス導入経路７０７と、マイクロ波生成部７１０に繋がる導波路７０８とが接続されている。また、プラズマ生成チャンバ７０２の周りには、コイル７１４が巻かれており、プラズマ生成チャンバ７０２内に磁場を形成することができるようになっている。
なお、ＥＣＲスパッタリング装置７００においては、バルブ７０５、７０９、ポンプ７０６、ＲＦ電源７１３、コイル７１４およびマイクロ波生成部７１０に対し駆動制御のための信号を送出する制御部７１５が接続されている。
【００５５】
（２）成膜方法
図６に示すＥＣＲスパッタリング装置７００を用いた成膜においては、マイクロ波生成部７１０において生成されたマイクロ波が、インピーダンスマッチングがとられた状態でプラズマ生成チャンバ７０２内に導入され、コイル７１４が形成する磁場を以って高効率にプラズマが生成される。ターゲット７１２は、ＲＦ電源７１３から負のバイアス電圧の印加を受け、プラズマ中の正イオン（Ａｒイオン）を引き込みスパッタを起す。
【００５６】
プラズマ中の電子は、磁場強度の高いプラズマ生成チャンバ７０２から磁場強度の低い成膜チャンバ７０１の側に、磁場勾配によりドリフトする。また、それとともに電荷中性条件を満たすのに、正のＡｒイオンもプラズマ生成チャンバ７０２から成膜チャンバ７０１へと移動し、プラズマが成膜チャンバ７０１へと流れ込む。ワーク台７１１上に載置されたワークＡは、このプラズマ流を浴びることになる。
【００５７】
本変形例に係るＥＣＲスパッタリング装置７００を用いた成膜においては、以上のような方法を以って膜４０１〜４１２の形成ができる。ここで、本変形例に係る成膜方法を用いる場合にあっては、酸素雰囲気下において、マイクロ波放電を利用してプラズマの生成とイオンの加速とを別途に行うことで、得られる積層膜干渉フィルタ３０６の膜応力を低減することができ、例えば、直径φ２００［ｍｍ］以上の基板を対象とする場合にあっても、高い面内均一性での積層膜干渉フィルタ３０６の形成ができる。よって、本変形例に係る固体撮像装置１０１の製造方法を採用する場合にも、優れた光学特性を有する固体撮像装置およびこれを備えるカメラ１を、高い歩留まりを以って製造することができる。
【００５８】
なお、本変形例に係る製造方法においても、ターゲット７１２に対しＲＦ電圧を印加するので、スパッタ成膜中にターゲット７１２表面に生成される反応生成物（非導電物）を、逆バイアス印加時に行われライトエッチングにより除去することが可能となる。よって、本変形例に係る方法を採用する場合にも、高い成膜均一性の確保とともに、エロージョンの抑制およびパーティクルの抑制を実現でき、高い歩留まりでの固体撮像装置１０１およびこれを備えるカメラ１の製造ができる。
（スパッタリング法を用い成膜した際の成膜均一性）
上記実施の形態および変形例に係る製造方法のように、スパッタリング法を用い二酸化チタン層を形成した際の成膜均一性について、図７を用い説明する。図７は、線図ａが従来の真空蒸着法を用い形成した際の二酸化チタン層のＸ線反射強度を示す特性図であり、線図ｂがスパッタリング法を用い形成した際の二酸化チタン層のＸ線反射強度を示す特性図である。
【００５９】
図７に示すように、線図ａの真空蒸着法を用い形成した二酸化チタン層では、青色領域の低波長領域で吸収が発生し、且つ、光学異方性を有するアナターゼ構造やルチル構造の結晶構造となる。結晶構造がルチル構造である二酸化チタン層では、その屈折率がｃ軸に垂直な方向において、約１０［％］も異なる。このため、このような結晶構造を有する二酸化チタン層を基板上に均一な屈折率を以って形成しようとする場合には成膜に際し高度な配向制御を必要とする。
【００６０】
また、真空蒸着法を用い成膜する場合には、基板に比べてサイズの小さい蒸着源からの材料の蒸散によって成膜を実施するため、高い面内均一性を確保することが困難である。特に、基板の直径がφ２００［ｍｍ］以上の場合には、実質的に面内均一性を確保することができない。
これに対し、図７の線図ｂで示すように、本実施の形態に係る製造方法では、スパッタリング法を用いるので、形成された二酸化チタン層では、青色領域の低波長領域での吸収が発生せず（消衰効果が少ない）、屈折率などの光学異方性のないアモルファス構造を有する。
このため、線図ｂに示す二酸化チタン層では、線図ａに示すものに対し、基板上における屈折率のバラツキを小さくすることができ、また、成膜時における配向制御が不要になり、高い歩留まりで低コスト化を図ることができる。
（その他の事項）
上記実施の形態および変形例に係る各方法を採用する場合には、直径φ２００［ｍｍ］以上の基板でも膜厚および屈折率の面内均一性の向上を図ることができ、上記従来の方法のように蒸着法を用いる場合に比べ優位である。このような優位性は、直径φ３００［ｍｍ］以上の基板を対象とする場合により顕著となる。
【００６１】
また、上記実施の形態および変形例に係る方法では、撮像画素２０１の一辺の大きさが４［μｍ］よりも小さいサイズ構成の場合に対しても、上記優位性を有するものであり、微細なフォトダイオード３０３へのダメージを軽減しながら積層膜干渉フィルタ３０６を形成することができる。
さらに、撮像画素２０１の数が２００万［画素］以上の固体撮像装置１０１に対し上記実施の形態および変形例に係る各製造方法を採用すれば、画素間での光学特性面でのバラツキが小さく、高い面内均一性を得ることができる。
【００６２】
なお、上記実施の形態などでは、二酸化チタン層４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１および二酸化シリコン層４０２、４０６、４０８、４１０、４１２の両方の成膜に対し、スパッタリング法を採用したが、少なくとも一方の種類の層形成にスパッタリング法を採用するようにすれば、その分だけ膜厚および屈折率の面内均一性を向上させることが可能となり、光学特性の向上に寄与することになる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、優れた光学特性を有する積層膜干渉フィルタを有する固体撮像装置、および当該固体撮像装置を備えるカメラを、高い歩留まりであって、且つ、低い製造コストを以って製造するのに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施の形態に係る固体撮像装置１０１の製造過程を示す模式断面図である。
【図２】実施の形態に係る固体撮像装置１０１の製造過程を示す模式断面図である。
【図３】実施の形態に係る固体撮像装置１０１の製造過程を示す模式断面図である。
【図４】実施の形態に係る固体撮像装置１０１を構成中に備えるディジタルスティルカメラ１を示すブロック構成図である。
【図５】積層膜干渉フィルタ３０６の形成に用いるＤＣスパッタリング装置６００の構成を示す模式構成図である。
【図６】積層膜干渉フィルタ３０６の形成に用いるＥＣＲスパッタリング装置７００の構成を示す模式構成図である。
【図７】二酸化チタン層のＸ線反射強度を示す特性図である。
【図８】従来技術に係る固体撮像装置９の構成を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
１．カメラ
１０１．固体撮像装置
１０２．レンズ
１０３．色信号合成部
１０４．映像信号作成部
１０５．素子駆動部
２０１．撮像画素領域
２０２．垂直シフトレジスタ
２０３．水平シフトレジスタ
２０４．出力アンプ
２０５．駆動回路
３０１．ｎ型半導体層
３０２．ｐ型半導体層
３０３．フォトダイオード
３０４．層間絶縁膜
３０５．遮光膜
３０６．積層膜干渉フィルタ
３０７．集光レンズ
４０１、４０３、４０５、４０７、４０９、４１１．二酸化チタン層
４０２、４０６、４０８、４１０、４１２．二酸化シリコン層
４０４．スペーサ層
５０１、５０２．レジスト膜
６００．ＤＣスパッタリング装置
６０１．チャンバ
６０２、７０３、７０７．ガス導入経路
６０３、７０４．排気経路
６０４、７０５、７０９．バルブ
６０５、７０６．ポンプ
６０６、７１１．ワーク台
６０７、７１２．ターゲット
６０８．ＤＣ電源
６０９、７１５．制御部
７００．ＥＣＲスパッタリング装置
７０１．成膜チャンバ
７０２．プラズマ生成チャンバ
７０８．導波管
７１０．マイクロ波生成部
７１３．ＲＦ電源
７１４．コイル
４０４０、４０４１．スペーサ準備層
【図１】
2008066470.tif 000003
【図２】
2008066470.tif 000004
【図３】
2008066470.tif 000005
【図４】
2008066470.tif 000006
【図５】
2008066470.tif 000007
【図６】
2008066470.tif 000008
【図７】
2008066470.tif 000009
【図８】
2008066470.tif 000010