(57)【要約】【課題】開口部内部を保護絶縁膜で埋め込むことが可能となるように、遮光膜にテーパーを形成し、カラーフィルターを無くした上でカラー化を実現し、カラーフィルターを形成するプロセスを省略することで、作製時間を短縮し歩留を向上することでコストの低い固体撮像装置、カメラ、カメラシステムを提供することを目的とする。【解決手段】単位画素を一次元状または二次元状に配列した固体撮像装置において、第一の単位画素ａ上に第一の遮光膜４の開口形状を持ち、第二画素ｂ上に第一の開口形状とは異なる第二の遮光膜４の開口形状を持つことでフォトダイオード２で異なる分光を集光し、遮光膜４の開口部の形状が、遮光膜４の下部においては基板に対して垂直な側壁、遮光膜４の上部においてはテーパー形状の側壁を有した構成とすることにより、遮光膜４の開口部６に埋め込む保護絶縁膜５に気泡が発生せず、良好な特性を有する固体撮像装置を得ることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位画素を一次元状または二次元状に配列した固体撮像装置において、第一の単位画素上に第一の遮光膜開口形状を持ち、第二画素上に第一の開口形状とは異なる第二の遮光膜開口形状を持つことでフォトダイオードで異なる分光を集光し、前記遮光膜開口部の形状が、前記遮光膜下部においては基板に対して垂直な側壁、前記遮光膜上部においてはテーパー形状の側壁であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
基板上にフォトダイオードを形成する工程と、遮光膜を前記フォトダイオード上部に全面に堆積する工程と、前記遮光膜に開口部を形成する工程とを有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記開口部は、遮光膜上部では等方性のドライエッチを行い、下部では異方性のドライエッチを行うことによって形成されていることを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記遮光膜の前記開口部が絶縁膜により、完全に充填されていることを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
請求項１または、請求項３記載の固体撮像装置を用いたカメラおよびカメラシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置、信号処理方法、信号処理装置、カメラおよびカメラシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来の固体撮像装置の断面図である。１は半導体基板、２はフォトダイオード、３は絶縁膜、４は遮光膜、５は保護絶縁膜である。入射光７が開口部６を通過することにより、半導体基板１内のフォトダイオード２に到達し、電子に光電変換される（例えば、非特許文献１を参照）。
【０００３】
【非特許文献１】
Ｔ．Ｓａｔｏｈなど１４名：”Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｌｉｍｉｔａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｃｅｌｌ  Ｓｉｚｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｉｎ  ＩＴ−ＣＣＤ  Ｉｍａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ”，ＩＥＥＥ  ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮ    ＯＮ    ＥＬＥＣＴＲＯＮ    ＤＥＶＩＣＥＳ，ＶＯＬ４４，１９９７，ページ１５９９
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
分光を可能とするために、遮光膜４の開口部６として、可視光の波長と同程度の開口幅が必要となる。また、遮光膜の膜厚にも、１波長程度の膜厚が必要である。しかし、このような微細なパターンに保護絶縁膜５を埋め込むのは困難である。なぜなら、図６に示すように保護絶縁膜５は、形成時に基板に垂直方向だけではなく、側壁に垂直な方向にも成長するためである。保護絶縁膜５が埋め込めない場合、気泡が開口部６内部に発生し、これが光の散乱を引き起こし、フィルターとしての役割を果たさなくなる。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、開口部６内部を保護絶縁膜５で埋め込むことが可能となるように、遮光膜４にテーパーを形成する技術を実現することで、カラーフィルターを無くした上でカラー化を実現し、カラーフィルターを形成するプロセスを省略することで、作製時間を短縮し歩留を向上することでコストの低い固体撮像装置、カメラ、カメラシステムを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１記載の固体撮像装置は、単位画素を一次元状または二次元状に配列した固体撮像装置において、第一の単位画素上に第一の遮光膜開口形状を持ち、第二画素上に第一の開口形状とは異なる第二の遮光膜開口形状を持つことで前記第一の単位画素のフォトダイオードと前記第二の単位画素のフォトダイオードで異なる分光の光を集めることを特徴とし、第一、第二の開口部の形状として、遮光膜下部においては基板に対して垂直な側壁、遮光膜上部においてはテーパー形状の側壁であることを特徴とするものである。
【０００７】
この構成によれば、メタルで形成された遮光膜に形成された開口部上部の側壁にテーパーがあり、下部には垂直な形状をしているため、遮光膜の開口部に埋め込む絶縁膜に気泡が発生せず、良好な特性を有する固体撮像装置を得ることができる。又、第一の単位画素と第二の単位画素とが異なる開口形状を有しているため、異なる分光を得ることができ、さらに３種類以上の異なる開口形状の画素を１つのグループとすることでよりカラーフィルターを用いなくとも、カラー特性を得ることができるというものである。
【０００８】
次に、本発明の請求項２記載の固体撮像装置の製造方法は、基板上にフォトダイオードを形成する工程と、遮光膜を前記フォトダイオード上部に全面に堆積する工程と、前記遮光膜に開口部を形成する工程とを有する固体撮像装置の製造方法であって、前記開口部は、遮光膜上部では等方性のドライエッチを行い、下部では異方性のドライエッチを行うことによって形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
これにより、メタルからなる遮光膜の開口部上部の側壁にテーパーがあり、下部には垂直な形状をした遮光膜を得ることができる。
【００１０】
次に、本発明の請求項３記載の固体撮像装置は、請求項１記載の固体撮像装置において、前記遮光膜の前記開口部が絶縁膜により、完全に充填されていることを特徴とする。
【００１１】
絶縁膜の屈折率をｎとすると、絶縁膜中では光の波長はλ／ｎとなる。そこで、この構成によれば、ホール径がｘであっても、より短波長である波長がｘ／ｎの光を分光することができるという利点がある。
【００１２】
次に、本発明の請求項４記載のカメラおよびカメラシステムは、請求項１または、請求項３記載の固体撮像装置を用いたカメラおよびカメラシステムである。
【００１３】
この構成によれば、従来のカラーフィルターを用いたＭＯＳセンサに比べ、より微細化された詳細なＭＯＳセンサを用いることにより、より詳細な画像を撮影可能という利点がある。
【００１４】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の画素断面の一構成例である。
【００１５】
図１において、従来技術における図６で開示した構成との相違点は、本発明では開口部６の側壁を垂直とするのではなく、開口部６側壁の上部をテーパーとし、下部を垂直な形状とする。この開口部により波長透過を制限する構造となっている。
【００１６】
また、図１において、第一の画素部の単位画素をａの領域で示し、第二の単位画素をｂの領域で示す。ここで、第一の単位画素ａと第二の単位画素ｂとは異なる遮光膜４の形状を有しており、異なる分光を得ることができる。赤、緑、青といった可視光を透過するためには、開口部６を埋める保護絶縁膜５の屈折率によって異なるが開口部６の幅は、可視光波長の上限付近の７５０ｎｍ以下であることが望ましい。
【００１７】
図１においては、開口６が２つ形成されているが、感度を上げるためには、同一の感度の開口をできるだけ多く開けることが望ましい。
【００１８】
図２は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法である。
【００１９】
まず、図２（ａ）で示すように、絶縁膜３上に遮光膜（メタル）４を形成する。次に、図２（ｂ）に示すように、遮光膜４上にレジストパターン８を形成する。次に、図２（ｃ）で示すように、遮光膜４を所望の深さまで、等方性のドライエッチングを行い、開口部６の側壁にテーパー形状を形成する。さらに図２（ｄ）に示すように異方性のドライエッチを行い、垂直な開口部６の側壁を形成する。この等方性エッチと異方性エッチはガス混合比、種類や印加パワーを変更することで実現できる。また、遮光膜４としては、Ｔｉ／Ａｌ膜、Ｗ膜など、一定の遮光性を有するメタルで形成することが望ましい。次に、図２（ｅ）で示すように、レジスト除去を行うことにより、テーパー形状を有する遮光膜４を形成することができる。
【００２０】
ここで、図３に示すように、遮光膜４の開口の直径をＬとし、高さをＨとし、以下、この開口部形状について、光透過率の関係を図４に示す。
【００２１】
図４（ａ）は、本発明の実施の形態における固体撮像装置であって、遮光膜４の直径をＬ＋ΔＬ、高さＨを波長の長さより高く規定した場合の、開口部形状と光透過率の関係を示したものである。
【００２２】
また、図４（ｂ）は、従来の理想的な開口部形状であって、遮光膜４の直径をＬ、高さＨを波長の長さより長く規定した場合の、開口部形状と光透過率の関係を示したものである。
【００２３】
次に、図４（ｃ）は、実際上の従来技術の課題における開口部形状であって、遮光膜４の直径をＬ、高さＨを波長の長さより長く規定したものであって、開口部に気泡が形成されている場合の、開口部形状と光透過率の関係を示したものである。
【００２４】
また、図４（ｄ）は、遮光膜４の直径をＬ、高さＨを波長の長さより短く規定した場合の、開口部形状と光透過率の関係を示したものである。
【００２５】
上記のように、本発明の固体撮像装置は、開口部上部にテーパーの形成を大きくし、図４（ａ）に示すように、波長Ｌ＋ΔＬ以下の光を透過する。
【００２６】
これは、図４（ｂ）に示すようにテーパーを形成しない場合に比べ、光の遮断性で劣ることになる。しかし、実際上は、図４（ｃ）のように、開口部に気泡が形成されるため、光が散乱され光透過率が低下する。
【００２７】
また、完全に開口部が充填されるよう、図４（ｄ）のように、開口幅の高さＨを低くし完全に絶縁膜を充填した場合には、波長Ｌ以上の光が透過するようになり、フィルターとして光を遮断することができない。
【００２８】
そこで、本発明によれば、光を波長Ｌを境に遮断するフィルターとして高い遮断性を有するため、十分な特性を得ることが可能となる。
【００２９】
また、開口部Ｌの大きさを変えることにより、画素に対して、図５のような光感度特性を実現することが可能となる。
【００３０】
図５は波長と透過率の関係を示したものであって、横軸を波長とし、縦軸を透過率とした場合に、検出波長の中で、最も長い波長をＬ、２番目に長い波長をＭ、最も短い波長ををＮとしたものである。例えば、Ｌは７００ｎｍ、Ｍは６００ｎｍ、Ｌは５００ｎｍである。
【００３１】
この関係に、赤、青、黄の光をそれぞれ分光することにより、カラーフィルターを明らかに実現することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、遮光膜開口部にテーパー形状を形成することにより、開口部を完全に絶縁膜で充填することが可能になる。
【００３３】
また、本発明の固体撮像装置によれば、開口の大きさの異なる画素を設けることで、カラーフィルターを形成しなくても、開口の異なる画素における感度の波長依存性を異なるようにすることができる。よって、カラーフィルターを形成するプロセスを省略することで、作製時間を短縮し歩留を向上することでコストの低い固体撮像装置を実現できる。
【００３４】
また、開口の異なる画素の感度を用いてマトリックス演算処理を行なうことで、赤、緑、青などのカラー信号を実現できる信号処理方法および信号処理装置を提供できる。
【００３５】
さらに、本発明の固体撮像装置を用いることにより、信号処理方法および信号処理装置を用いたカメラおよびカメラシステムを実現することができる。
【００３６】
以上、係る固体撮像装置、信号処理方法、信号処理装置、カメラおよびカメラシステムは、固体撮像装置の低コスト化を実現する要請に沿いながら、作製プロセスの短期化および歩留の向上を実現とするものであって、産業上極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における固体撮像装置の模式図
【図２】本発明の実施の形態における固体撮像装置の製造方法を示す図
【図３】段差のある部分での絶縁膜堆積の説明図
【図４】開口部形状と光透過率の関係を示す図
【図５】波長と透過率の関係を示す図
【図６】従来の実施例による固体撮像装置の模式図
【符号の説明】
１  半導体基板
２  フォトダイオード
３  絶縁膜
４  遮光膜
５  保護絶縁膜
６  開口部
７  入射光
８  レジスト
【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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