(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に複数の光電変換素子が配置され、前記複数の光電変換素子の上方に複数色のカラーフィルタ層が所定のパターンで形成されている固体撮像装置であって、
隣接する光電変換素子の境界領域の上方に所定幅の緑色フィルタ部が山形又は台形の断面形状となるように形成され、前記緑色フィルタ部の稜線と稜線との間に前記複数色のカラーフィルタ層のそれぞれが形成され、前記緑色フィルタ部の稜線部に位置する前記カラーフィルタ層の周辺部の膜厚が中央部の膜厚よりも薄く形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
半導体基板上に複数の光電変換素子がマトリクス状に配置され、前記複数の光電変換素子の上方に複数色のカラーフィルタ層が所定のパターンで形成されている固体撮像装置であって、
隣接する光電変換素子の境界領域の上方に所定幅の緑色フィルタ部が平面視で格子状に、かつ、断面形状が山形又は台形になるように形成され、前記複数色のカラーフィルタ層のそれぞれが前記緑色フィルタ部の稜線で囲まれた矩形領域に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
前記緑色フィルタ部の稜線部に位置する前記カラーフィルタ層の周辺部の膜厚が中央部の膜厚よりも薄く形成されている
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記緑色フィルタ部の膜厚は、前記カラーフィルタ層の膜厚と同等又はそれより薄くなるように形成されている
請求項１、２又は３記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記緑色フィルタ部の幅は、隣接する光電変換素子の境界領域の上方に形成された転送電極の上に形成される遮光膜と同等又はそれより狭く形成されている
請求項１、２、３又は４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
半導体基板上に複数の光電変換素子が配置され、前記複数の光電変換素子の上方に複数色のカラーフィルタ層が所定のパターンで形成されている固体撮像装置の製造方法であって、
隣接する光電変換素子の境界領域の上方に、断面形状が山形又は台形で所定幅の緑色フィルタ部を形成する工程と、
前記緑色フィルタ部の稜線間に前記複数色のカラーフィルタ層のそれぞれを形成し、この際、前記緑色フィルタ部の稜線部に対応する前記カラーフィルタ層の周辺部の膜厚が中央部の膜厚よりも薄くなるように前記カラーフィルタ層を形成する工程とを含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
前記カラーフィルタ層の上方にマイクロレンズを形成する工程を更に含み、
前記緑色フィルタ部を形成する工程において、前記マイクロレンズを形成するためのフォトマスクを兼用して前記緑色フィルタ部を形成する
請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項８】
前記緑色フィルタ部の形成にはネガ型レジストを使用し、前記マイクロレンズの構成にポジ型レジストを使用する
請求項７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、半導体基板上に複数の光電変換素子が配置され、その上方に複数色のカラーフィルタ層が所定のパターンで形成されている固体撮像装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー固体撮像装置は、カラー化のために各光電変換素子に対応するカラーフィルタ層（色素層）が所定の配置に従って形成されている（例えば特許文献１を参照）。以下に、カラーフィルタ層を有する従来の固体撮像装置の構造について簡単に説明する。
【０００３】
一般に、一つの固体撮像装置に三原色のカラーフィルタをかけてカラー化した単板式カラー固体撮像装置では、図９に示すようなベイヤー配列のカラーフィルタを使用することが多い。このカラーフィルタ層２０では、緑色カラーフィルタ層（ハッチング無し）２０Ｇが市松模様を形成するように配置され、他の部分を青色カラーフィルタ層（縦ハッチング）２０Ｂと赤色カラーフィルタ層（横ハッチング）２０Ｒとが交互に占めている。すなわち、ある行（Ａ−Ａ”ライン）は緑、青、緑の繰り返しとなり、その隣の行（Ｂ−Ｂ”ライン）は赤、緑、赤の繰り返しとなっている。
【０００４】
図１０は、従来の固体撮像装置における図９のＡ−Ａ”ラインに沿う断面を模式的に示した図である。この固体撮像装置の断面構造を簡単に説明すると、Ｎ型半導体基板１１上にＰ型ウェル層１２が形成され、Ｐ型ウェル層１２の上に、光電変換を行う光電変換素子１３がＮ型の半導体層として複数形成されている。また、Ｐウェル層１２及び光電変換素子１３を覆うゲート絶縁膜１４が形成され、その上には、信号の転送を行う転送電極１５が、光電変換素子１３と光電変換素子１３との間に対応する位置に形成されている。
【０００５】
さらに、転送電極１５を覆うように層間絶縁膜１６が形成され、それを覆うように遮光膜１７が形成されている。遮光膜１７は、転送電極１５への不要な入射光を防ぐ働きを有する。また、ゲート絶縁膜１４及び遮光膜１７等を覆うように表面保護膜１８が形成され、その表面の凹部を埋める第１の透明平坦化膜１９ａが形成されている。平坦になった表面保護膜１８及び第１の透明平坦化膜１９ａの表面上に熱硬化型透明樹脂による第２の透明平坦化膜１９ｂが形成され、その上にカラーフィルタ層２０が形成されている。第２の透明平坦化膜１９ｂは、カラーフィルタ層２０の密着性を向上させると共に、現像残渣も少なくする働きを有する。カラーフィルタ層２０の上には、第３の透明平坦化膜１９ｃが形成され、その上に画素ごとのマイクロレンズ２１が形成されている。マイクロレンズ２１は各画素の光電変換素子１３への集光効率を向上させる働きを有する。
【０００６】
カラーフィルタ層２０は、画素ごとに所定の色素（赤、緑又は青）を有するカラーフィルタ層の集合である。図９のＡ−Ａ”ラインに沿う断面である図１０では、青色カラーフィルタ層２０Ｂ、及び緑色カラーフィルタ層２０Ｇが交互に形成されている。特許文献１に記載された従来の固体撮像装置では、数が多い緑色カラーフィルタ層２０Ｇの面積が青色カラーフィルタ層２０Ｂの面積より大きくなるように形成されている。さらに、緑色カラーフィルタ層２０Ｇのエッジ部（他のカラーフィルタ層との界面）が斜めに形成されることによって、緑色カラーフィルタ層２０Ｇと第２の透明平坦化膜１９ｂとの接触面積が一層大きくなるようにしている。これによって、カラーフィルタ層２０が剥離し難くなる。
【０００７】
図１０の断面では、緑色カラーフィルタ層２０Ｇの大きさが画素サイズに比べて大きく、隣接する青色カラーフィルタ層２０Ｂがその分小さくなっている。このため、図１０に示すように緑色画素と青色画素との境界部に青色光が入射した場合、青色光は緑色フィルタ層２０Ｇで吸収され、遮光膜１７等の表面で乱反射される光量が少なくなる。その結果、青色カラーフィルタ層２０Ｂで囲まれた緑色カラーフィルタ層２０Ｇの下に位置する光電変換素子１３Ｇの受光量はほとんど変化しない。
【０００８】
図１１は、従来の固体撮像装置における図９のＢ−Ｂ”ラインに沿う断面を模式的に示した図である。この断面図は、カラーフィルタ層２０の構成のみが図１０の断面図と異なる。つまり、この断面では緑色カラーフィルタ層２０Ｇ及び赤色カラーフィルタ層２０Ｒが交互に形成されている。
【０００９】
図１１の断面でも、緑色カラーフィルタ層２０Ｇの大きさが画素サイズに比べて大きく、隣接する赤色カラーフィルタ層２０Ｒがその分小さくなっている。したがって、青色光が入射した場合、青色光は緑色フィルタ層２０Ｇで吸収され、遮光膜１７等の表面で乱反射される光量が少なくなる。その結果、赤色カラーフィルタ層２０Ｒで囲まれた緑色カラーフィルタ層２０Ｇの下にある光電変換素子１３Ｇの受光量はほとんど変化しない。
【００１０】
すなわち、図１０及び１１に示したように、緑色カラーフィルタ層２０Ｇの大きさが画素サイズに比べて大きく、隣接する青色カラーフィルタ層２０Ｂ及び赤色カラーフィルタ層２０Ｒがその分小さくなっている場合に、青色カラーフィルタ層２０Ｂで囲まれた緑色画素の光電変換素子１３Ｇの受光量と、赤色カラーフィルタ層２０Ｒで囲まれた緑色画素の光電変換素子１３Ｇとの間に受光量の差は生じない。
【００１１】
赤色光が入射した場合も同様である。赤色光は緑色カラーフィルタ層２０Ｇで吸収され、青色カラーフィルタ層２０Ｂで囲まれた緑色カラーフィルタ層２０Ｇの下にある光電変換素子１３Ｇの受光量も、赤色カラーフィルタ層２０Ｒで囲まれた緑色カラーフィルタ層２０Ｇの下にある光電変換素子１３Ｇの受光量もほとんど変化しない。したがって、両受光量の差は生じない。
【００１２】
このように、図９におけるＡ−Ａ”ラインでの緑色感度とＢ−Ｂ”ラインでの緑色感度が異なることにより発生するライン濃淡は、緑色フィルタ層を画素サイズよりも大きく形成することによって抑制されている。また、特許文献２には、隣接する画素間の境界領域上に黒色フィルタ部を形成して入射光を遮る構造が示されている。
【特許文献１】特開平１１−１５０２５２号公報
【特許文献２】特開平５−１１００４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記のように緑色フィルタ層の大きさが画素サイズよりも大きくなるように形成したカラーフィルタ層を有する従来の固体撮像装置は、次のような課題を有している。
【００１４】
第１に、斜め光が入射した場合に、緑色フィルタ層が大きく形成されているために、緑色フィルタ層を透過した光が隣接する青色フィルタ層又は赤色フィルタ層に入射することにより混色が発生し、精細な画像を得ることができなくなる。
【００１５】
第２に、図９のＡ−Ａ”ラインの断面で図１２に示すように斜め光が入射すると、この光は、緑色フィルタ層２０Ｇを透過した後に隣接する青色フィルタ層２０Ｂの下の青色画素の光電変換素子１３Ｂに入射する。その結果、青色分光特性において、緑色分光での長波長成分の一部が上乗せされるため、青色感度が高くなってしまう。同様に、図９のＢ−Ｂ”ラインの断面で図１３に示すように斜め光が入射すると、この光は、緑色フィルタ層２０Ｇを透過した後に隣接する赤色フィルタ層２０Ｒの下の赤色画素の光電変換素子１３Ｒに入射する。その結果、赤色分光特性において、緑色分光での成分の一部が上乗せされるため、赤色感度が高くなる。
【００１６】
第３に、緑色カラーフィルタ層の大きさを画素サイズよりも大きく設計すること（リサイズ）によってライン濃淡を抑制する場合に、そのリサイズ量を固体撮像装置に合わせて最適化することがむずかしい。つまり、斜め光の影響が少なく、かつ、ライン濃淡の抑制に有効なリサイズ量を決定することが非常に困難である。
【００１７】
また、カラーフィルタ層を形成するカラーレジストの塗布膜厚が厚くなると、フォトリソグラフィ技術における露光工程で、ｉ線がカラーレジストにより吸収されて深部まで届きにくくなり、深部での光重合反応が不十分となる結果、膜の剥がれが発生しやすくなる。他方、所望の分光特性を得るためにはカラーレジストをある程度の膜厚で塗布する必要がある。更に、顔料粒子の微粒子化が非常に困難であり、仮に微粒子化が達成されたとしても分散処理による二次粒径の増大が避けられないため、顔料分散型カラーレジストの薄膜化は困難である。
【００１８】
また、従来の固体撮像装置では、前述のようにカラーフィルタ層の断面エッジ形状が基板に垂直ではなく斜めになっている。つまり、１番目に形成される緑色カラーフィルタ層は台形形状（上底寸法＜下底寸法）の断面を有する。２番目及び３番目に形成されるカラーフィルタ層（例えば青色及び赤色）は、１番目に形成されたカラーフィルタ層のパターンを埋めるように形成されるので、上底寸法が下底寸法より大きい台形の断面形状となる。この結果、図１２及び図１３に示したように、斜め入射光が隣接画素のカラーフィルタ層のエッジ部を透過しやすくなり、所望の分光特性が得られずに混色が生じる結果となる。
【００１９】
さらに、画素サイズの微細化に伴ってカラーフィルタ層の断面形状におけるアライメントマージンが低下する問題もある。アライメントズレが発生すると、隣接画素のカラーフィルタ層の周辺部を入射光が透過することにより、さらに大きな混色が発生し、所望の分光特性が得られなくなる。
【００２０】
さらに、ベイヤー配列のカラーフィルタで緑色カラーフィルタ層が市松模様に形成される際に、カラーフィルタレジスト材料の解像度が悪い場合はカラーフィルタ層の周辺領域でのエッジ形状が悪化し、極端な場合はカラーフィルタ層の輪郭が歪んでしまうことがある。この輪郭歪みには規則性がないので、マスク設計で対策することが困難である。
【００２１】
本発明は上記のような従来の課題に鑑み、隣接するカラーフィルタ層からの混色やライン濃淡及び感度バラツキを改善することが可能な固体撮像装置及びそ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】
【００２２】
本発明による固体撮像装置は、半導体基板上に複数の光電変換素子が配置され、前記複数の光電変換素子の上方に複数色のカラーフィルタ層が所定のパターンで形成されている固体撮像装置であって、隣接する光電変換素子の境界領域の上方に所定幅の緑色フィルタ部が山形又は台形の断面形状となるように形成され、前記緑色フィルタ部の稜線と稜線との間に前記複数色のカラーフィルタ層のそれぞれが形成され、前記緑色フィルタ部の稜線部に位置する前記カラーフィルタ層の周辺部の膜厚が中央部の膜厚よりも薄く形成されていることを特徴とする。
【００２３】
また、本発明による別の固体撮像装置は、半導体基板上に複数の光電変換素子がマトリクス状に配置され、前記複数の光電変換素子の上方に複数色のカラーフィルタ層が所定のパターンで形成されている固体撮像装置であって、隣接する光電変換素子の境界領域の上方に所定幅の緑色フィルタ部が平面視で格子状に、かつ、断面形状が山形又は台形になるように形成され、前記複数色のカラーフィルタ層のそれぞれが前記緑色フィルタ部の稜線で囲まれた矩形領域に形成されていることを特徴とする。この場合も、前記緑色フィルタ部の稜線部に対応する前記カラーフィルタ層の周辺部の膜厚が中央部の膜厚よりも薄く形成されていることが好ましい。
【００２４】
また、本発明による固体撮像装置の製造方法は、半導体基板上に複数の光電変換素子が配置され、前記複数の光電変換素子の上方に複数色のカラーフィルタ層が所定のパターンで形成されている固体撮像装置の製造方法であって、隣接する光電変換素子の境界領域の上方に、断面形状が山形又は台形で所定幅の緑色フィルタ部を形成する工程と、前記緑色フィルタ部の稜線間に前記複数色のカラーフィルタ層のそれぞれを形成し、この際、前記緑色フィルタ部の稜線部に対応する前記カラーフィルタ層の周辺部の膜厚が中央部の膜厚よりも薄くなるように前記カラーフィルタ層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の固体撮像装置とその製造方法によれば、隣接する光電変換素子の境界領域の上方に断面形状が山形又は台形の緑色フィルタ部が形成され、その稜線部と稜線部との間に各カラーフィルタ層が形成される。そして、各カラーフィルタ層の周辺部（境界部）の膜厚が中央部の膜厚より薄くなるように形成されるので、カラーフィルタ層の周辺部におけるエッジ形状が改善される（基板に垂直になる）と共に輪郭の寸法精度が向上する。つまり、歪みの少ないカラーフィルタ層が形成できる。その結果、斜め入射光による隣接カラーフィルタ層からの混色が防止され、混色、ライン濃淡及び感度バラツキが改善される。なお、緑色カラーフィルタ部を具備することにより、青色光、赤色光、白色光などいずれの入射光に対してもラインごとの感度バラツキが軽減され、混色、ライン濃淡、感度バラツキが改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明による固体撮像装置は、前記緑色カラーフィルタ部の膜厚が前記各カラーフィルタ層の膜厚と同等又はそれより薄くなるように形成されていることが好ましい。また、緑色カラーフィルタ部の幅は、隣接する光電変換素子の境界領域の上方に形成された転送電極の上に形成される遮光膜と同等又はそれより狭く形成されていることが好ましい。
【００２７】
また、本発明による固体撮像装置の製造方法は、前記カラーフィルタ層の上方にマイクロレンズを形成する工程を更に含み、前記緑色フィルタ部を形成する工程において、前記マイクロレンズを形成するためのフォトマスクを兼用して前記緑色フィルタ部を形成することが好ましい。この場合に、前記緑色カラーフィルタ部の形成にはネガ型レジストを使用し、前記マイクロレンズの構成にポジ型レジストを使用することが好ましい。
【００２８】
このように、１枚のフォトマスクを緑色カラーフィルタ部の形成とマイクロレンズの形成の両方に兼用することによって、固体撮像装置の製造コストの低減に寄与することができる。
【００２９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３０】
図１は、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の断面構成を模式的に示す図である。この図は、従来技術の説明で参照した図１０に対応しており、同じ機能の要素には同じ参照番号を付している。また、この図は図９のＡ−Ａ”ラインに沿う断面であり、光電変換素子３個分の断面に相当する。なお、以下の説明において、図９のＡ−Ａ”ラインに沿う断面を単にＡ−Ａ”断面といい、同じくＢ−Ｂ”ラインに沿う断面を単にＢ−Ｂ”断面ということがある。
【００３１】
この固体撮像装置１０は、第１の伝導型（例えばＮ型）の半導体基板（Ｎ型半導体基板）１１と、第２の伝導型（Ｐ型）の半導体ウェル（Ｐウェル）層１２と、複数の光電変換素子１３と、ゲート絶縁膜１４と、転送電極１５と、層間絶縁膜１６と、遮光膜１７と、表面保護膜１８と、第１の透明平坦化膜１９ａと、第２の透明平坦化膜１９ｂと、平面視で格子状に形成された緑色カラーフィルタ部２２と、カラーフィルタ層２０（２０Ｇ，２０Ｂ、及び図３の２０Ｒ）と、第３の透明平坦化膜１９ｃと、マイクロレンズ２１等から構成されている。
【００３２】
まず、Ｎ型半導体基板１１の表面に、Ｎ型半導体基板１１と逆特性のＰウェル層１２が形成される。Ｐウェル層１２の表面には、Ｎ型半導体領域が複数形成され、これによって平面視でマトリクス状に配列された複数の光電変換素子１３が構成される。Ｐウェル層１２及び各光電変換素子１３の表面には、ゲート絶縁膜１４が形成される。
【００３３】
さらに、ゲート絶縁膜１４の上には、多結晶シリコンからなる転送電極１５が光電変換素子１３と光電変換素子１３との境界領域に形成される。転送電極１５の表面にはこれを絶縁被覆する層間絶縁膜１６が形成され、さらに層間絶縁膜１６の上にタングステン等からなる遮光膜１７が形成される。遮光膜１７は、光電変換素子１３の開口を除く全面に形成される。遮光膜１７及びゲート絶縁膜１４の表面にはＳｉＯＮ等からなる表面保護膜１８が形成される。この結果、光電変換素子１３の上部領域には凹部が形成されるが、この凹部を埋めるように第１の透明平坦化膜１９ａが形成され、その表面が表面保護膜１８の表面と面一になる。この第１の透明平坦化膜１９ａは、緑色カラーフィルタ部２２及びカラーフィルタ層２０を精度よく形成するための機能を有し、フェノール系樹脂等を主成分とする感光性透明膜を用い、周知の塗布、露光及び現像工程によって形成される。
【００３４】
その後、平面視で格子状の緑色カラーフィルタ部２２とカラーフィルタ層２０とを形成するときに、現像残渣の低減及び密着性の向上を目的として、アクリル系透明樹脂を用いた第２の透明平坦化膜１９ｂを塗布する。
【００３５】
さらに、緑色カラーレジストを塗布後、遮光膜１７よりも狭い幅に設計されたフォトマスクを用いて露光及び現像処理を行い、遮光膜１７の上方に遮光膜１７よりも狭い幅に仕上げられた格子状の緑色カラーフィルタ部２２を形成する。緑色カラーフィルタ部２２は、光電変換素子１３と光電変換素子１３との境界領域の上方において、表面保護膜１８の表面に塗布された第２の透明平坦化膜１９ｂの上に、山形又は台形の断面形状となるように形成される。
【００３６】
その後、第１（緑色）のカラーフィルタレジスト材料を塗布し、市松模様に緑色カラーフィルタ層２０Ｇが形成されるように設計されたフォトマスクを用いて、露光及び現像処理を施す。こうして、第１の（緑色）カラーフィルタ層２０Ｇが形成される。
【００３７】
その後、同様の工程により、第２（例えば青色）のカラーフィルタ層２０Ｂ及び第３（例えば赤色）のカラーフィルタ層２０Ｒを連続して形成する。このようにして、緑色カラーフィルタ部２２の稜線間にわたって各カラーフィルタ層２０Ｇ、２０Ｂ、２０Ｒが形成され、緑色カラーフィルタ部２２の稜線部に対応する各カラーフィルタ層２０Ｇ、２０Ｂ、２０Ｒの周辺部の膜厚は、中央部の膜厚より薄くなっている。これにより、プロセスマージン（フォーカスマージン、露光マージン等）を広げることができる。また、エッジ部のシャープな断面形状を確保することができる。
【００３８】
また、顔料を含むカラーレジストは紫外線（例えばｉ線）の透過率が低いので、カラーレジストの膜厚が厚くなるとカラーレジストの奥（下部）にまで光が届きにくくなる。その結果、各画素底部での解像度が悪化し、それに伴って膜剥がれが発生しやすくなる。しかし、本実施形態では、各カラーフィルタ層２０Ｇ、２０Ｂ、２０Ｒの周辺部の膜厚が中央部の膜厚より薄くなるように形成されるので、寸法精度に優れたカラーフィルタを形成することができると共に、膜剥がれの発生を抑制することができる。
【００３９】
次に、後で形成するマイクロレンズ２１を精度よく形成するために、アクリル系樹脂を主成分とする熱硬化性透明樹脂の塗布とベークを複数回繰り返した後、周知のドライエッチングによるエッチバック法によって第３の透明平坦化膜１９ｃを形成する。この後、フェノール系感光性透明樹脂を塗布し、露光、現像する工程によってマイクロレンズ２１を形成する。
【００４０】
以上のように、平面視で格子状の緑色カラーフィルタ部２２が先に形成され、その後に形成されるカラーフィルタ層２０Ｇ、２０Ｂ、２０Ｒの境界部分（周辺部分）は、光電変換素子１３の上方の中央部よりも薄いので、カラーフィルタ層２０Ｇ、２０Ｂ、２０Ｒの輪郭（エッジ部）を精度よく形成することができる。その結果、白色光、青色光及び赤色光でのライン濃淡が改善される。
【００４１】
また、従来の緑色フィルタ層を大きくする（青色カラーフィルタ層及び赤色カラーフィルタ層を小さくする）ことによるライン濃淡の改善は、前述のように斜め入射光に対して弱くなり混色が生じやすくなるが、本実施形態の構成によればライン濃淡の改善と混色の抑制を両立させることができる。その理由を図面に基づいて説明する。
【００４２】
図２は、本実施形態の固体撮像装置の青色カラーフィルタ層を含む断面において、画素と画素との境界部に光が入射する様子を示す図である。この断面は図１の断面（Ａ−Ａ”断面）に相当する。図２に示すように、画素と画素との境界部に、すなわち遮光膜１７の上方から略垂直に青色光又は赤色光が入射する場合を考える。青色光が入射した場合、緑色カラーフィルタ部２２により青色分光の大部分が吸収され、遮光膜１７等の表面で乱反射される光量は少なくなる。その結果、青色画素に囲まれた緑色画素の光電変換素子１３Ｇでの受光量はほとんど増加しない。また、赤色光が入射した場合も、緑色カラーフィルタ部２２により赤色分光の大部分が吸収されるので、遮光膜１７等の表面で乱反射される光量は少なくなる。その結果、青色画素に囲まれた緑色画素の光電変換素子１３Ｇでの受光量はほとんど増加しない。
【００４３】
図３は、本実施形態の固体撮像装置の赤色カラーフィルタ層を含む断面において、画素と画素との境界部に光が入射する様子を示す図である。この断面は、図９のＢ−Ｂ”ラインの断面に相当する。図３に示すように、画素と画素との境界部、すなわち遮光膜１７の上方から略垂直に青色光又は赤色光が入射する場合を考える。青色光が入射した場合、緑色カラーフィルタ部２２により青色分光の大部分が吸収され、遮光膜１７等の表面で乱反射される光量は少なくなる。その結果、赤色画素に囲まれた緑色画素１３Ｇでの受光量はほとんど増加しない。また、赤色光が入射した場合も、緑色カラーフィルタ部２２により赤色分光の大部分が吸収されるので、遮光膜１７等の表面で乱反射される光量は少なくなる。その結果、赤色画素に囲まれた緑色画素の光電変換素子１３Ｇでの受光量はほとんど増加しない。
【００４４】
以上のことから、青色光が入射した場合でも赤色光が入射した場合でも、青色画素に囲まれた緑色画素の光電変換素子１３Ｇの受光量と、赤色画素に囲まれた緑色画素の光電変換素子１３Ｇとの間に受光量の差は生じない。すなわち、青色光でのライン濃淡及び赤色光でのライン濃淡が共に改善される。
【００４５】
図４は、赤色光又は青色光が緑色フィルタで吸収されたときの分光特性を示すグラフである。図４（ａ）は、青色光（破線の分光特性）が緑色フィルタ（一点鎖線の分光特性）で吸収された状態を示している。緑色カラーフィルタ部２２がない場合は、青色光（破線の分光特性）がそのまま透過することになる。図４（ｂ）は赤色光（破線の分光特性）が緑色フィルタ（一点鎖線の分光特性）で吸収された状態を示している。緑色カラーフィルタ部２２がない場合は、赤色光（破線の分光特性）がそのまま透過することになる。
【００４６】
次に、斜め光が入射したときの動作を図５及び図６に基づいて説明する。図５は本実施形態の固体撮像装置のＡ−Ａ”断面において斜め光が入射する様子を示し、図６は本実施形態の固体撮像装置のＢ−Ｂ”断面において斜め光が入射する様子を示している。図５に示すように、青色画素の光電変換素子１３Ｂに斜め光が入射する場合に、本実施形態の固体撮像装置ではその斜め入射光が緑色カラーフィルタ部２２に掛からないので混色が発生しにくい。同様に、図６に示すように、赤色画素の光電変換素子１３Ｒに斜め光が入射する場合に、本実施形態の固体撮像装置ではその斜め入射光が緑色カラーフィルタ部２２に掛からないので混色が発生しにくい。
【００４７】
以上に説明したように、本実施形態の固体撮像装置は上述のような構造的特長を有するので、斜め光が入射する場合に隣接する他のカラーフィルタ層（緑色カターフィルタ層２０Ｇ）の影響を受けにくく、緑色画素で囲まれた青色画素又は赤色画素での混色が防止される。また、緑色画素で囲まれた青色画素又は赤色画素の感度が隣接する緑色画素からの混色によって増加することがない。
【００４８】
また、本実施形態の固体撮像装置では、平面視で格子状に、かつ、山形又は台形の断面形状となるように緑色カラーフィルタ部２２が形成され、その後に緑色カラーフィルタ層２０Ｇが形成される。その際、緑色カラーフィルタ層２０Ｇの周辺部の膜厚が中央部の膜厚より薄くなるように形成されるので、境界領域（エッジ領域）が安定的に形成される。
【００４９】
また、緑色カラーフィルタ層２０Ｇに続いて順次形成される青色カラーフィルタ層２０Ｂ及び赤色カラーフィルタ層２０Ｒについても同様に、緑色カラーフィルタ部２２の稜線に対応する周辺部の膜厚が中央部の膜厚より薄くなるように形成されるので、その部分での分光特性が淡くなり、アライメントズレに起因する混色の影響が軽減される。
【００５０】
また、緑色カラーフィルタ部２２の上に形成される緑色カラーフィルタ層２０Ｇの周辺部（エッジ部）が薄くなっているので、フォトマスクに近い寸法が再現性よく形成される。その結果、斜め光が入射する場合のカラーフィルタ層の寸法精度に依存する隣接カラーフィルタ層からの混色を防止することができ、感度バラツキや色ムラを低減させることが可能となる。
【００５１】
次に、このような構造を有する固体撮像装置１０の製造方法について、図１と共に図７及び図８を参照しながら説明する。図７は、本実施形態の固体撮像装置の製造工程の途中段階を示す断面図である。図８は、図７の状態から更に進んだ工程における断面図である。
【００５２】
まず、図７に示す断面までの工程を下記の（１）から（４）に説明する。なお、図７に示す断面は、Ｎ型半導体基板１１の上に順次膜が形成され表面保護膜１８まで形成された状態を示している。
【００５３】
（１）Ｎ型半導体基板１１上に、このＮ型半導体基板１１と逆特性のＰウェル層１２を形成し、Ｐウェル層１２の表面に複数のＮ型拡散層（光電変換素子）１３を平面視でマトリクス状に形成する。Ｐウェル層１２及びＮ型拡散層（光電変換素子）１３は、一般にフォトリソグラフィ工程、イオン注入工手及び熱拡散工程を繰り返すことにより形成される。
【００５４】
（２）光電変換素子１３の形成が終わると、Ｐウェル層１２及び光電変換素子１３の表面にゲート絶縁膜１４を形成する。その後、ゲート絶縁膜１４の上に多結晶シルコンからなる転送電極１５を形成する。転送電極１５は、光電変換素子１３と光電変換素子１３の境界領域に形成される。更に、この転送電極１５の表面を電気的に絶縁した状態で被覆する層間絶縁膜１６とタングステン等からなる遮光膜１７とを順次形成する。
【００５５】
（３）遮光膜１７の形成が終わると、ゲート絶縁膜１４及び遮光膜１７の表面に、例えば熱フローによるＢＰＳＧ膜（ホウ素−リンケイ酸ガラス）や、ＳｉＯＮ膜等によって表面保護膜１８が形成される。この時点では、光電変換素子１３の上方部分、すなわち転送電極１５と転送電極１５との間に凹部（窪み）ができている。
【００５６】
（４）さらに、アルミ合金等からなる配線（図示せず）を形成し、その配線を保護するために、例えばＳｉＯＮ膜等を堆積させる。その後、電極取り出し用のボンディングパット（図示せず）が形成される。
【００５７】
図８は、図７の状態から更に工程が進んで、第１のカラーフィルタ層である緑色カラーフィルタ層２０Ｇまでが形成された状態の断面を示している。図７の断面から図８に示す断面までの製造工程を下記の（５）から（８）に説明する。
【００５８】
（５）後で形成する平面視で格子状の緑色カラーフィルタ部２２とカラーフィルタ層２０とを精度よく形成するための前処理として、アルミ合金等で形成された配線領域や多結晶シリコン等で形成された転送電極１５等の凸部の間の凹部を埋める第１の透明平坦化膜１９ａが表面保護膜１８の上に形成される。第１の透明平坦化膜１９ａは、所定のフォトマスクを用い、例えばフェノール系樹脂を主成分とする感光性透明レジストを塗布し、露光及び現像（ブリーチング及びベークを含む）を行うことによって形成される。こうして、光電変換素子１３の上方の凹部を埋めるように紫外線照射により透過率が高められた第１の透明平坦化膜１９ａが形成される。
【００５９】
（６）次に、後で形成する平面視で格子状の緑色カラーフィルタ部２２とカラーフィルタ層２０とを精度よく形成するための前処理として、例えばアクリル系熱硬化型透明樹脂を用いた第２の透明平坦化膜１９ｂを塗布し、熱処理を施して硬化する。
【００６０】
（７）そして、後で形成するカラーフィルタ層２０の境界領域となる部分、つまり、互いに隣接する光電変換素子１３間に存在する非受光領域、更に言い換えると、転送電極１５及び遮光膜１７の上方に、緑色カラーフィルタ部２２を平面視で格子状に形成する。この緑色カラーフィルタ部２２の形成は、感光性ネガ型緑色カラーレジストを塗布し、所定のフォトマスクを用い、露光及び現像工程を経て行われる。この緑色カラーフィルタ部２２の幅は、遮光膜１７の幅と同等又はそれより狭く形成される。また、断面形状が山形又は台形になるように形成される。使用されるフォトマスクは、遮光膜１７よりも狭い幅に設計されたフォトマスクであるが、マイクロレンズ２１の形成用に設計されたフォトマスクを兼用することも可能である。この場合、緑色カラーフィルタ部２２を形成するための材料として、緑色カラーフィルタ層２０Ｇを形成するために使用する材料と同じネガ型緑色カラーレジストを用い、マイクロレンズ２１を形成するための材料としてポジ型透明レジストを選択すればよい。平面視で格子状の緑色カラーフィルタ部２２の形成が終わると、例えばＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）膜を蒸気塗布した後に引き続いて、例えば緑色カラーフィルタ層２０Ｇを形成するための緑色カラーレジストを塗布する。このレジストは、緑色系波長の光を選択的に透過するように調合された染料又は顔料を含む。なお、問題がなければＨＭＤＳ膜を省略することも可能である。また、平面視で格子状の緑色カラーフィルタ部２２を形成するための材料は、緑色カラーフィルタ層２０Ｇを形成するための緑色ネガ型カラーレジストと同じ材料でよい。
【００６１】
（８）引き続き、塗布された緑色ネガ型カラーレジストを所定のフォトマスクを用いて露光し、現像を行う。このフォトマスクは、所定箇所の光電変換素子１３の上方に緑色カラーフィルタ層２０Ｇが形成されるように市松模様に設計されている。
【００６２】
次に、図８の断面から図１の断面に至る工程、つまり、緑色カラーフィルタ層２０Ｇの形成後、マイクロレンズ２１の形成までの製造工程を下記の（９）から（１２）に説明する。
【００６３】
（９）緑色カラーフィルタ層２０Ｇに続いて、青色カラーフィルタ層２０Ｂ及び赤色カラーフィルタ層２０Ｒを所定の位置に形成する。これらのカラーフィルタ層２０Ｂ及び２０Ｒは、上記の緑色カラーフィルタ層２０Ｇと同様の方法で形成される。
【００６４】
（１０）さらに、後で形成するマイクロレンズ２１を精度よく形成するために、例えばアクリル系樹脂を主成分とする熱硬化性の透明樹脂を各カラーフィルタ層２０Ｇ、２０Ｂ、２０Ｒの上に塗布し、ホットプレートによるベークによって硬化する処理を複数回繰り返し、カラーフィルタ層２０形成後の表面を平坦化するための第３の透明平坦化膜１９ｃを形成する。
【００６５】
（１１）そして、感度向上を目的として受光面から各カラーフィルタ層２０Ｇ、２０Ｂ、２０Ｒ上の表面までの距離を短くするために、周知のエッチバック法により、第３の透明平坦化膜１９ｃを可能な限り薄くするエッチングを施す。
【００６６】
（１２）その後、第３の透明平坦化膜１９ｃの表面において、各光電変換素子１３の上方にフェノール系樹脂を主成分とする感光性ポジ型透明レジストを塗布し、露光及び現像（ブリーチング及びベークを含む）工程を経て、上に凸状となるマイクロレンズ２１を形成する。このマイクロレンズ２１は、紫外線照射により透過率が高められる。なお、マイクロレンズ２１のポストベークは、カラーフィルタ層２０Ｇ、２０Ｂ、２０Ｒの分光特性の劣化を防ぐために、２００℃以下の処理温度で実行することが望ましい。
【００６７】
上記のような工程により、図１に示した固体撮像装置１０を製造することができる。本実施形態の固体撮像装置１０は、平面視で格子状に緑色カラーフィルタ部２２が形成され、その後に形成される各カラーフィルタ層２０Ｇ、２０Ｂ、２０Ｒの境界部分（周辺部）の膜厚が光電変換素子１３の上方の中央部よりも薄くなるように形成されるので、各カラーフィルタ層２０Ｇ、２０Ｂ、２０Ｒを精度よく形成することが可能となる。その結果、白色光、赤色光及び青色光に対して感度バラツキが低減され、ライン濃淡や色ムラが改善される。
【００６８】
以上に説明したように、本発明の実施形態に係る固体撮像装置によれば、隣接する画素のカラーフィルタ層２０の境界部に、境界線と垂直方向の断面が山形又は台形の緑色カラーフィルタ部２２が形成され、その後に各カラーフィルタ層２０を形成するので、画素境界部でのカラーフィルタ層２０の断面形状エッジ部がより垂直に近づき、寸法バラツキが改善され、良好なエッジ形状を備えたカラーフィルタ層２０が形成できる。
【００６９】
その結果、斜め入射光による隣接カラーフィルタ層２０からの混色を防止することができ、固体撮像装置として精細な画像を得ることができる。
【００７０】
さらに、カラーフィルタ層２０の周辺部での膜厚を薄く形成できるので、光電変換素子１３の上方に精度よくカラーフィルタ層２０を形成することができる。その結果、画素間での色ムラがなくなり、固体撮像装置としてのライン濃淡や色シェーディングが改善される。
【００７１】
なお、カラーフィルタ層２０の下に形成する第１の透明平坦化膜１９ａを形成する方法として、感光性透明膜を塗布後に露光及び現像処理を行い下地表面の凹部を埋め込む方法、透明膜を複数回塗布後に周知のエッチバックにより平坦化する方法、透明膜を塗布後に熱フロー処理により平坦化する方法、及び、それらの方法を複合化して平坦性を一層向上させる方法等がある。
【００７２】
また、平面視で格子状の緑色カラーフィルタ部２２は、緑色顔料分散型カラーレジスト又は緑色染料内添型カラーレジストを塗布後に、マイクロレンズ２１を形成するためのフォトマスクを用い、あるいは遮光膜１７と同等又はそれより狭く設計されたフォトマスクを用い、露光及び現像処理を施すことにより形成される。このような製造方法により、上記のような構成、作用及び効果を有する固体撮像装置１０を製造することができる。
【００７３】
以上、本発明の実施形態に係る固体撮像装置及び製造方法について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されることなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で様々な形態で実施することができる。
【００７４】
例えば、上記の実施形態では、カラーフィルタ層２０の例として、色調が優先される固体撮像装置に用いられる原色方式について説明したが、解像度、感度が優先される固体撮像装置に用いられる補色方式であってもよい。補色方式の場合には、カラーフィルタ層として、マゼンタ光用カラーフィルタ層、緑色光用カラーフィルタ層、黄色光用カラーフィルタ層、シアン光用カラーフィルタ層が周知の色配列にしたがって定められた位置に形成される。
【００７５】
また、カラーフィルタ層２０を形成する材料として、染料内添型カラーレジストや顔料分散型カラーレジスト等が知られているが、いずれを選択してもよいし、それらの併用も可能である。
【００７６】
また、第１の透明平坦化膜１９ａの形成に関して、感光性透明樹脂による周知のフォトリソグラフィ技術について説明したが、他の方法として熱硬化性透明樹脂材料を塗布し、熱硬化を複数回繰り返し、周知のエッチバック法を用いて形成する方法もある。
【００７７】
また、第１の透明平坦化膜１９ａを形成した後に平面視で格子状の緑色カラーフィルタ部２２及びカラーフィルタ層２０の密着性を高める目的で採用したアクリル系樹脂を主成分とする熱硬化性透明樹脂材料（又はＨＭＤＳ膜）は、密着強度が保証されれば省略可能である。
【００７８】
また、上記の実施形態では本発明をＣＣＤ型の固体撮像装置に適用した場合を説明したが、これに限定されるわけではなく、ＭＯＳ型等の増幅型固体撮像装置や他のタイプの固体撮像装置に本発明を適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、半導体基板上に複数の光電変換素子が配置され、各光電変換素子の上方に複数色のカラーフィルタ層が所定のパターンで形成されている固体撮像装置に利用することができ、隣接するカラーフィルタ層からの混色やライン濃淡及び感度バラツキを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の断面構成を模式的に示す図である。
【図２】本実施形態の固体撮像装置の青色カラーフィルタ層を含む断面において、画素と画素との境界部に光が入射する様子を示す図である。
【図３】本実施形態の固体撮像装置の赤色カラーフィルタ層を含む断面において、画素と画素との境界部に光が入射する様子を示す図である。
【図４】赤色光又は青色光が緑色フィルタで吸収されたときの分光特性を示すグラフである。
【図５】本実施形態の固体撮像装置の青色カラーフィルタ層を含む断面において斜め光が入射する様子を示す図である。
【図６】本実施形態の固体撮像装置の赤色カラーフィルタ層を含む断面において斜め光が入射する様子を示す図である。
【図７】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示し、表面保護膜までが形成された状態を示す図である。
【図８】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示し、緑色カラーフィルタ層までが形成された状態を示す図である。
【図９】従来の固体撮像装置におけるベイヤー配列の三原色カラーフィルタの例を示す平面図である。
【図１０】従来の固体撮像装置における図９のＡ−Ａ”ラインに沿う断面を模式的に示した図である。
【図１１】従来の固体撮像装置における図９のＢ−Ｂ”ラインに沿う断面を模式的に示した図である。
【図１２】従来の固体撮像装置における図９のＡ−Ａ”ラインに沿う断面で斜め光が入射する様子を示す図である。
【図１３】従来の固体撮像装置における図９のＢ−Ｂ”ラインに沿う断面で斜め光が入射する様子を示す図である。
【符号の説明】
【００８１】
１０    固体撮像装置
１１    Ｎ型半導体基板
１２    Ｐウェル層
１３    光電変換素子
１３Ｇ  緑色画素の光電変換素子
１３Ｒ  赤色画素の光電変換素子
１３Ｂ  青色画素の光電変換素子
１４    ゲート絶縁膜
１５    転送電極
１６    層間絶縁膜
１７    遮光膜
１８    表面保護膜
１９ａ  第１の透明平坦化膜
１９ｂ  第２の透明平坦化膜
１９ｃ  第３の透明平坦化膜
２０  カラーフィルタ層
２０Ｇ  緑色カラーフィルタ層
２０Ｂ  青色カラーフィルタ層
２０Ｒ  赤色カラーフィルタ層
２１    マイクロレンズ
２２    緑色カラーフィルタ部
【図１】
0004771466.tif 000002
【図２】
0004771466.tif 000003
【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】
0004771466.tif 000008
【図８】
0004771466.tif 000009
【図９】
0004771466.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
0004771466.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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