(57)【要約】【課題】新規な構造のカラーフィルターにおいてクロストーク（混色）を改善する。【解決手段】１つの実施形態によれば、固体撮像装置において、カラーフィルターは、多層干渉フィルターと導波モード共鳴格子とを有する。多層干渉フィルターでは、第１の層と第２の層とが交互に積層されている。第１の層と第２の層とは、互いに屈折率が異なる。導波モード共鳴格子は、多層干渉フィルターの上方又は下方に配されている。導波モード共鳴格子は、複数の回折格子と複数の格子間領域とを有する。複数の回折格子は、第１の屈折率を有する材料でそれぞれ形成されている。複数の回折格子は、少なくとも１次元的に周期的に配列されている。複数の格子間領域は、少なくとも複数の回折格子の間に配されている。複数の格子間領域のそれぞれは、絶縁膜領域とエアギャップ領域とを有する。絶縁膜領域は、第２の屈折率を有する材料で形成されている。第２の屈折率は、第１の屈折率より低い。【選択図】図１
2013088557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光電変換層と、
前記第１の光電変換層の上方に配されたカラーフィルターと、
を備え、
前記カラーフィルターは、
互いに屈折率の異なる第１の層と第２の層とが交互に積層された多層干渉フィルターと、
前記多層干渉フィルターの上方又は下方に配された導波モード共鳴格子と、
を有し、
前記導波モード共鳴格子は、
第１の屈折率を有する材料で形成され、少なくとも１次元的に周期的に配列された複数の回折格子と、
少なくとも前記複数の回折格子の間に配された複数の格子間領域と、
を有し、
前記複数の格子間領域は、
前記第１の屈折率より低い第２の屈折率を有する材料で形成された絶縁膜領域と、
エアギャップ領域と、
を有し、
前記格子間領域の体積に占める前記エアギャップ領域の体積の割合は、５０％以上９０％以下である
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
第１の光電変換層と、
前記第１の光電変換層の上方に配されたカラーフィルターと、
を備え、
前記カラーフィルターは、
互いに屈折率の異なる第１の層と第２の層とが交互に積層された多層干渉フィルターと、
前記多層干渉フィルターの上方又は下方に配された導波モード共鳴格子と、
を有し、
前記導波モード共鳴格子は、
第１の屈折率を有する材料で形成され、少なくとも１次元的に周期的に配列された複数の回折格子と、
少なくとも前記複数の回折格子の間に配された複数の格子間領域と、
を有し、
前記複数の格子間領域は、
前記第１の屈折率より低い第２の屈折率を有する材料で形成された絶縁膜領域と、
エアギャップ領域と、
を有する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
前記格子間領域の体積に占める前記エアギャップ領域の体積の割合は、５０％以上である
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
第２の光電変換層と、
前記第２の光電変換層の上方に配され、前記第１のカラーフィルターと異なる第２のカラーフィルターと、
をさらに備え、
前記第２のカラーフィルターは、
互いに屈折率の異なる第１の層と第２の層とが交互に積層された第２の多層干渉フィルターと、
前記第２の多層干渉フィルターの上又は下に配された第２の導波モード共鳴格子と、
を有し、
前記第２の導波モード共鳴格子は、
第１の屈折率を有する材料で形成され、少なくとも１次元的に周期的に配列された複数の第２の回折格子と、
前記複数の第２の回折格子の間に配された複数の第２の格子間領域と、
を有し、
前記複数の第２の格子間領域は、
前記第１の屈折率より低い第２の屈折率を有する材料で形成された第２の絶縁膜領域と、
第２のエアギャップ領域と、
を有し、
前記第２の格子間領域の体積に占める前記第２のエアギャップ領域の体積の割合は、前記格子間領域の体積に占める前記エアギャップ領域の体積の割合と異なる
ことを特徴とする請求項２又は３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記エアギャップ領域は、断面視において、略三角形状を有している
ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記絶縁膜領域は、前記エアギャップ領域の側部及び底部を覆っている
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記格子間領域の上端は、前記回折格子の上面より高く、
前記エアギャップ領域の上端は、前記回折格子の上面より高い
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記複数の回折格子は、複数のラインパターンを含み、
前記複数の格子間領域は、複数のスペースパターンを含む
ことを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記複数の格子間領域は、複数のホールパターンを含み、
前記複数の回折格子は、複数のホールパターン間領域を含む
ことを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の回折格子は、複数の柱状パターンを含み、
前記複数の格子間領域は、複数の柱状パターン間領域を含む
ことを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
光電変換層を形成することと、
前記光電変換層の上方にカラーフィルターを形成することと、
を備え、
前記カラーフィルターの形成は、
互いに屈折率の異なる第１の層と第２の層とが交互に積層された多層干渉フィルターを形成することと、
前記多層干渉フィルターの上方又は下方となるべき位置に導波モード共鳴格子を形成することと、
を含み、
前記導波モード共鳴格子の形成は、
少なくとも１次元的に周期的に配列されるように複数の回折格子を第１の屈折率を有する材料で形成することと、
前記複数の回折格子の間にエアギャップ領域が形成されるように前記複数の回折格子の間に前記第１の屈折率より低い第２の屈折率を有する絶縁膜を埋め込み、前記エアギャップ領域及び絶縁膜領域を有する複数の格子間領域を少なくとも前記複数の回折格子の間に形成することと、
前記埋め込まれた絶縁膜の上面を平坦化することと、
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１２】
前記絶縁膜の埋め込みでは、シラン及び酸化性ガスを原料ガスとするプラズマＣＶＤ法により酸化膜を堆積して前記複数の回折格子の間に埋め込む
ことを特徴とする請求項１１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】
本発明の実施形態は、固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在イメージセンサーに用いられるカラーフィルターは有機顔料により構成されていることが多い。しかしながら、画素の微細化（画素数増大）や裏面照射型にも代表される低背化の技術動向に対して、有機顔料のフィルターでは微細化や薄膜化（低背化に寄与）に対応することが加工的に困難になることが予想される。そこで、有機顔料のフィルターに変わる新規な構造のカラーフィルターの開発が望まれる。さらに、そのような新規な構造のカラーフィルターにおいてクロストーク（混色）を改善することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１７０９７９号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２５９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
１つの実施形態は、例えば、新規な構造のカラーフィルターにおいてクロストーク（混色）を改善できる固体撮像装置、及び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】
１つの実施形態によれば、第１の光電変換層とカラーフィルターとを有することを特徴とする固体撮像装置が提供される。カラーフィルターは、第１の光電変換層の上方に配されている。カラーフィルターは、多層干渉フィルターと導波モード共鳴格子とを有する。多層干渉フィルターでは、第１の層と第２の層とが交互に積層されている。第１の層と第２の層とは、互いに屈折率が異なる。導波モード共鳴格子は、多層干渉フィルターの上方又は下方に配されている。導波モード共鳴格子は、複数の回折格子と複数の格子間領域とを有する。複数の回折格子は、第１の屈折率を有する材料でそれぞれ形成されている。複数の回折格子は、少なくとも１次元的に周期的に配列されている。複数の格子間領域は、少なくとも複数の回折格子の間に配されている。複数の格子間領域は、絶縁膜領域とエアギャップ領域とを有する。絶縁膜領域は、第２の屈折率を有する材料で形成されている。第２の屈折率は、第１の屈折率より低い。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】実施形態にかかる固体撮像装置の構成を示す図。
【図２】実施形態におけるカラーフィルターの構成及び特性を示す図。
【図３】実施形態における導波モード共鳴格子の構成例を示す図。
【図４】実施形態における導波モード共鳴格子の他の構成例を示す図。
【図５】実施形態における導波モード共鳴格子の他の構成例を示す図。
【図６】実施形態における導波モード共鳴格子の透過波長域ごとの構成の違いを示す図。
【図７】実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図８】実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図９】実施形態にかかる固体撮像装置の製造方法を示す図。
【図１０】比較例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる固体撮像装置、及び固体撮像装置の製造方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
【０００８】
（実施形態）
実施形態にかかる固体撮像装置１について図１を用いて説明する。図１は、実施形態にかかる固体撮像装置１における３画素分の断面構成を例示的に示す図である。
【０００９】
固体撮像装置１は、光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂ、多層配線構造３０ｒ、３０ｇ、３０ｂ、カラーフィルター７０ｒ、７０ｇ、７０ｂ、平坦化層４０ｒ、４０ｇ、４０ｂ、及びマイクロレンズ５０ｒ、５０ｇ、５０ｂを備える。
【００１０】
光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、半導体基板１０におけるウエル領域１２内に配されている。光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、それぞれ、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）の波長領域の光を受光する。光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、それぞれ、受けた光に応じた電荷を発生させて蓄積する。光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂは、例えば、フォトダイオードであり、電荷蓄積領域を含む。
【００１１】
ウエル領域１２は、第１導電型（例えば、Ｐ型）の不純物を低い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成されている。Ｐ型の不純物は、例えば、ボロンである。光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂにおける電荷蓄積領域は、それぞれ、第１導電型と反対導電型である第２導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を、ウエル領域１２における第１導電型の不純物の濃度よりも高い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成されている。Ｎ型の不純物は、例えば、リン又は砒素である。
【００１２】
多層配線構造３０ｒ、３０ｇ、３０ｂは、半導体基板１０の上に配されている。多層配線構造３０ｒ、３０ｇ、３０ｂは、層間絶縁膜中を複数層の配線パターンが延びている。これにより、多層配線構造３０ｒ、３０ｇ、３０ｂは、それぞれ、光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂに対応した開口領域ＯＲｒ、ＯＲｇ、ＯＲｂを規定する。層間絶縁膜は、例えば、酸化シリコンで形成されている。配線パターンは、例えば金属で形成されている。
【００１３】
カラーフィルター７０ｒは、光電変換層１１ｒの上方に配されている。これにより、カラーフィルター７０ｒは、入射した光のうち赤色（Ｒ）の波長領域の光を選択的に光電変換層１１ｒに導く。
【００１４】
具体的には、カラーフィルター７０ｒは、多層干渉フィルター２０ｒ及び導波モード共鳴格子６０ｒを有する（図２（ａ）参照）。多層干渉フィルター２０ｒ及び導波モード共鳴格子６０ｒは、いずれもフィルタ特性を有するが、多層干渉フィルター２０ｒは、主として、入射した光のうち赤色（Ｒ）の波長領域の光を選択的に透過させる機能を担い、導波モード共鳴格子６０ｒは、主として、入射した光のうち混色成分（赤色（Ｒ）以外の波長領域の光）を選択的に反射させて除去する機能を担う。なお、多層干渉フィルター２０ｒ及び導波モード共鳴格子６０ｒは、いずれも無機物で形成されている。
【００１５】
多層干渉フィルター２０ｒは、例えば、無機材料（低屈折率材料、高屈折率材料）が積層されたフォトニック結晶型の赤用のフィルターである。多層干渉フィルター２０ｒは、上部積層構造２４ｒ、干渉層２３ｒ、及び下部積層構造２５ｒを有する。上部積層構造２４ｒ及び下部積層構造２５ｒは、それぞれ、互いに反射面の対向したミラーとして機能する。このとき、上部積層構造２４ｒ及び下部積層構造２５ｒは、可視領域（例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域）の中央部の波長（例えば、５５０ｎｍ）を中心波長（すなわち、ミラーの反射率がピークとなる波長）として有する。干渉層２３ｒは、上部積層構造２４ｒ及び下部積層構造２５ｒの界面に配され、上部積層構造２４ｒ及び下部積層構造２５ｒの反射面で多重反射した光の干渉（多光束干渉）を行わせる。すなわち、多層干渉フィルター２０ｒは、ファブリーペロー干渉計と同じ原理に基づいて機能する。
【００１６】
上部積層構造２４ｒでは、互いに屈折率の異なる第１の層２１ｒ−３、２１ｒ−４と第２の層２２ｒ−３とが交互に積層されている。上部積層構造２４ｒでは、例えば、第１の層２１ｒ−３、第２の層２２ｒ−３、及び第１の層２１ｒ−４が順に積層されている。
【００１７】
下部積層構造２５ｒでは、互いに屈折率の異なる第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２と第２の層２２ｒ−１とが交互に積層されている。上部積層構造２４ｒでは、例えば、第１の層２１ｒ−１、第２の層２２ｒ−１、及び第１の層２１ｒ−２が順に積層されている。
【００１８】
第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−３、２１ｒ−４の屈折率は、例えば、第２の層２２ｒ−１、２２ｒ−３の屈折率より高い。第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−３、２１ｒ−４は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２、屈折率２．５）で形成されている。第２の層２２ｒ−１、２２ｒ−３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２、屈折率１．４５）で形成されている。
【００１９】
干渉層２３ｒの屈折率は、第１の層２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−３、２１ｒ−４の屈折率より低い。干渉層２３ｒは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２、屈折率１．４５）で形成されている。
【００２０】
導波モード共鳴格子６０ｒは、例えば、無機材料（低屈折率材料、高屈折率材料）が少なくとも１次元的に配列された、導波モード共鳴現象を利用した赤用のフィルターである。導波モード共鳴格子６０ｒは、多層干渉フィルター２０ｒの下に配されている。これにより、導波モード共鳴格子６０ｒは、多層干渉フィルター２０ｒを透過した光を受け、受けた光のうち混色成分（赤色（Ｒ）以外の波長領域の光）を選択的に反射させて除去するとともに赤色（Ｒ）の波長領域の光を選択的に透過させる。なお、導波モード共鳴格子６０ｒの具体的な構成については後述する。
【００２１】
カラーフィルター７０ｇは、光電変換層１１ｇの上方に配されている。これにより、カラーフィルター７０ｇは、入射した光のうち緑色（Ｇ）の波長領域の光を選択的に光電変換層１１ｇに導く。
【００２２】
具体的には、カラーフィルター７０ｇは、多層干渉フィルター２０ｇ及び導波モード共鳴格子６０ｇを有する（図２（ａ）参照）。多層干渉フィルター２０ｇ及び導波モード共鳴格子６０ｇは、いずれもフィルタ特性を有するが、多層干渉フィルター２０ｇは、主として、入射した光のうち緑色（Ｇ）の波長領域の光を選択的に透過させる機能を担い、導波モード共鳴格子６０ｇは、主として、入射した光のうち混色成分（緑色（Ｇ）以外の波長領域の光）を選択的に反射させて除去する機能を担う。なお、多層干渉フィルター２０ｇ及び導波モード共鳴格子６０ｇは、いずれも無機物で形成されている。
【００２３】
多層干渉フィルター２０ｇは、例えば、無機材料（低屈折率材料、高屈折率材料）が積層されたフォトニック結晶型の緑用のフィルターである。多層干渉フィルター２０ｇは、上部積層構造２４ｇ、干渉層２３ｇ、及び下部積層構造２５ｇを有する。上部積層構造２４ｇ及び下部積層構造２５ｇは、それぞれ、互いに反射面の対向したミラーとして機能する。このとき、上部積層構造２４ｇ及び下部積層構造２５ｇは、可視領域（例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域）の中央部の波長（例えば、５５０ｎｍ）を中心波長（すなわち、ミラーの反射率がピークとなる波長）として有する。干渉層２３ｇは、上部積層構造２４ｇ及び下部積層構造２５ｇの界面に配され、上部積層構造２４ｇ及び下部積層構造２５ｇの反射面で多重反射した光の干渉（多光束干渉）を行わせる。すなわち、多層干渉フィルター２０ｇは、ファブリーペロー干渉計と同じ原理に基づいて機能する。
【００２４】
上部積層構造２４ｇでは、互いに屈折率の異なる第１の層２１ｇ−３、２１ｇ−４と第２の層２２ｇ−３とが交互に積層されている。上部積層構造２４ｇでは、例えば、第１の層２１ｇ−３、第２の層２２ｇ−３、及び第１の層２１ｇ−４が順に積層されている。
【００２５】
下部積層構造２５ｇでは、互いに屈折率の異なる第１の層２１ｇ−１、２１ｇ−２と第２の層２２ｇ−１とが交互に積層されている。上部積層構造２４ｇでは、例えば、第１の層２１ｇ−１、第２の層２２ｇ−１、及び第１の層２１ｇ−２が順に積層されている。
【００２６】
第１の層２１ｇ−１、２１ｇ−２、２１ｇ−３、２１ｇ−４の屈折率は、例えば、第２の層２２ｇ−１、２２ｇ−３の屈折率より高い。第１の層２１ｇ−１、２１ｇ−２、２１ｇ−３、２１ｇ−４は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２、屈折率２．５）で形成されている。第２の層２２ｇ−１、２２ｇ−３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２、屈折率１．４５）で形成されている。
【００２７】
干渉層２３ｇの屈折率は、第１の層２１ｇ−１、２１ｇ−２、２１ｇ−３、２１ｇ−４の屈折率より低い。干渉層２３ｇは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２、屈折率１．４５）で形成されている。
【００２８】
導波モード共鳴格子６０ｇは、例えば、無機材料（低屈折率材料、高屈折率材料）が少なくとも１次元的に配列された、導波モード共鳴現象を利用した緑用のフィルターである。導波モード共鳴格子６０ｇは、多層干渉フィルター２０ｇの下に配されている。これにより、導波モード共鳴格子６０ｇは、多層干渉フィルター２０ｇを透過した光を受け、受けた光のうち混色成分（緑色（Ｇ）以外の波長領域の光）を選択的に反射させて除去するとともに緑色（Ｇ）の波長領域の光を選択的に透過させる。なお、導波モード共鳴格子６０ｇの具体的な構成については後述する。
【００２９】
カラーフィルター７０ｂは、光電変換層１１ｂの上方に配されている。これにより、カラーフィルター７０ｂは、入射した光のうち青色（Ｂ）の波長領域の光を選択的に光電変換層１１ｂに導く。
【００３０】
具体的には、カラーフィルター７０ｂは、多層干渉フィルター２０ｂ及び導波モード共鳴格子６０ｂを有する（図２（ａ）参照）。多層干渉フィルター２０ｂ及び導波モード共鳴格子６０ｂは、いずれもフィルタ特性を有するが、多層干渉フィルター２０ｂは、主として、入射した光のうち青色（Ｂ）の波長領域の光を選択的に透過させる機能を担い、導波モード共鳴格子６０ｂは、主として、入射した光のうち混色成分（青色（Ｒ）以外の波長領域の光）を選択的に反射させて除去する機能を担う。なお、多層干渉フィルター２０ｂ及び導波モード共鳴格子６０ｂは、いずれも無機物で形成されている。
【００３１】
多層干渉フィルター２０ｂは、例えば、無機材料（低屈折率材料、高屈折率材料）が積層されたフォトニック結晶型の青用のフィルターである。多層干渉フィルター２０ｂは、上部積層構造２４ｂ、干渉層２３ｂ、及び下部積層構造２５ｂを有する。すなわち、多層干渉フィルター２０ｂでは、上部積層構造２４ｂと下部積層構造２５ｂとの間に仮想的に膜厚０ｎｍの干渉層２３ｂがあるものとみなすことができる。上部積層構造２４ｂ及び下部積層構造２５ｂは、それぞれ、互いに反射面の対向したミラーとして機能する。このとき、上部積層構造２４ｂ及び下部積層構造２５ｂは、可視領域（例えば、４００ｎｍ〜７００ｎｍの波長領域）の中央部の波長（例えば、５５０ｎｍ）を中心波長（すなわち、ミラーの反射率がピークとなる波長）として有する。干渉層２３ｂは、上部積層構造２４ｂ及び下部積層構造２５ｂの界面に（仮想的に）配され、上部積層構造２４ｂ及び下部積層構造２５ｂの反射面で多重反射した光の干渉（多光束干渉）を行わせる。すなわち、多層干渉フィルター２０ｂは、ファブリーペロー干渉計と同じ原理に基づいて機能する。
【００３２】
上部積層構造２４ｂでは、互いに屈折率の異なる第１の層２１ｂ−３、２１ｂ−４と第２の層２２ｂ−３とが交互に積層されている。上部積層構造２４ｂでは、例えば、第１の層２１ｂ−３、第２の層２２ｂ−３、及び第１の層２１ｂ−４が順に積層されている。
【００３３】
下部積層構造２５ｂでは、互いに屈折率の異なる第１の層２１ｂ−１、２１ｂ−２と第２の層２２ｂ−１とが交互に積層されている。上部積層構造２４ｂでは、例えば、第１の層２１ｂ−１、第２の層２２ｂ−１、及び第１の層２１ｂ−２が順に積層されている。
【００３４】
第１の層２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−３、２１ｂ−４の屈折率は、例えば、第２の層２２ｂ−１、２２ｂ−３の屈折率より高い。第１の層２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−３、２１ｂ−４は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２、屈折率２．５）で形成されている。第２の層２２ｂ−１、２２ｂ−３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２、屈折率１．４５）で形成されている。
【００３５】
干渉層２３ｂの屈折率は、第１の層２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−３、２１ｂ−４の屈折率より低い。干渉層２３ｂは、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２、屈折率１．４５）で形成されている。
【００３６】
平坦化層４０ｒ、４０ｇ、４０ｂは、それぞれ、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂを覆っている。これにより、平坦化層４０ｒ、４０ｇ、４０ｂは、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂ間の段差を緩和し平坦な表面を提供する。平坦化層４０ｒ、４０ｇ、４０ｂは、例えば所定の樹脂又は酸化膜（例えば、ＳｉＯ２）で形成されている。
【００３７】
マイクロレンズ５０ｒ、５０ｇ、５０ｂは、それぞれ、平坦化層４０ｒ、４０ｇ、４０ｂの上に配されている。これにより、マイクロレンズ５０ｒ、５０ｇ、５０ｂは、それぞれ、入射した光を多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂ経由で光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂに集める。マイクロレンズ５０ｒ、５０ｇ、５０ｂは、例えば、所定の樹脂で形成されている。
【００３８】
次に、互いに透過波長領域の異なる複数の導波モード共鳴格子６０ｒ、６０ｇ、６０ｂの構成における共通部分について図２（ａ）を用いて説明する。共通部分の説明においては、導波モード共鳴格子６０ｒ、６０ｇ、６０ｂを単に導波モード共鳴格子６０として説明する。図２（ａ）は、導波モード共鳴格子６０の構成を示す断面図である。
【００３９】
導波モード共鳴格子６０は、複数の回折格子６１−１〜６１−６、複数の格子間領域６４−１〜６４−５、絶縁層６５、及び絶縁層６６を有する。複数の回折格子６１−１〜６１−６及び複数の格子間領域６４−１〜６４−５は、それぞれ、絶縁層６５と絶縁層６６との間に配されている。
【００４０】
複数の回折格子６１−１〜６１−５は、絶縁層６５及び絶縁層６６の間において、少なくとも１次元的に周期的に配列されている。例えば、複数の回折格子６１−１〜６１−５は、複数のラインパターンを有し、複数のラインパターンが１次元的に周期的に配列されている（図３参照）。あるいは、例えば、複数の回折格子６１−１〜６１−５は、複数のホールパターン間領域を有し、複数のホールパターン間領域が２次元的に周期的に配列されている（図４参照）。あるいは、例えば、複数の回折格子６１−１〜６１−５は、複数の柱状パターンを有し、複数の柱状パターンが２次元的に周期的に配列されている（図５参照）。
【００４１】
図２（ａ）に示す複数の格子間領域６４−１〜６４−５は、絶縁層６５及び絶縁層６６の間において、複数の回折格子６１−１〜６１−５の間に配されている。各格子間領域６４−１〜６４−５は、絶縁膜領域及びエアギャップ領域を有する。例えば、格子間領域６４−１は、絶縁膜領域６２−１及びエアギャップ領域６３−１を有する。例えば、格子間領域６４−５は、絶縁膜領域６２−５及びエアギャップ領域６３−５を有する。
【００４２】
絶縁膜領域６２−１〜６２−５は、絶縁層６５及び絶縁層６６の間において、回折格子６１−１〜６１−５とエアギャップ領域６３−１〜６３−５との間に配されている。絶縁膜領域６２−１〜６２−５の屈折率は、回折格子６１−１〜６１−５の屈折率より低い。絶縁膜領域６２−１〜６２−５は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２、屈折率１．４５）で形成されている。回折格子６１−１〜６１−５は、例えば、ポリシリコン（屈折率３〜４．５）で形成されている。
【００４３】
エアギャップ領域６３−１〜６３−５は、絶縁層６５及び絶縁層６６の間において、絶縁膜領域６２−１〜６２−５の間に配されている。エアギャップ領域６３−１〜６３−５の屈折率は、絶縁膜領域６２−１〜６２−５の屈折率より低く、且つ、回折格子６１−１〜６１−５の屈折率より低い。エアギャップ領域６３−５には、例えば、空気（屈折率１）が充填されている。
なお、図１、２、６は、絶縁膜領域６２−１〜６２−５及びエアギャップ領域６３−１〜６３−５を模式的に示したものであり、絶縁膜領域６２−１〜６２−５及びエアギャップ領域６３−１〜６３−５の具体的な形状は製造方法に依存し、例えば、図９（ａ）に示すようになる。そこで、図９（ａ）に示す構造を図２の部材番号で説明することにする。
図９（ａ）に示す絶縁膜領域６２−１〜６２−５は、回折格子６１−１〜６１−５の側面を覆うとともに絶縁層６５の上面における回折格子６１−１〜６１−５の間の部分を覆っている。回折格子６１−１〜６１−５の側面を覆う絶縁膜領域６２−１〜６２−５は、絶縁層６６の上面に近づくにつれて徐々に膜厚が厚くなる。回折格子６１−１〜６１−５の側面を覆う絶縁膜領域６２−１〜６２−５は、エアギャップ領域６３−１〜６３−５の側部を覆っている。絶縁層６５の上面における回折格子６１−１〜６１−５の間の部分を覆う絶縁膜領域６２−１〜６２−５は、均等な膜厚を有している。絶縁層６５の上面における回折格子６１−１〜６１−５の間の部分を覆う絶縁膜領域６２−１〜６２−５は、エアギャップ領域６３−１〜６３−５の底部を覆っている。さらに、図９（ａ）に示す絶縁膜領域６２−１〜６２−５は、回折格子６１−１〜６１−５の側面を絶縁層６６の上面近傍かつ上面手前まで延長した仮想的な面を覆っている。この仮想的な面を覆う絶縁膜領域６２−１〜６２−５も、絶縁層６６の上面に近づくにつれて徐々に膜厚が厚くなる。
図９（ａ）に示すエアギャップ領域６３−１〜６３−５は、断面視において、回折格子６１−１〜６１−５の間から絶縁層６６の上面近傍かつ上面手前まで突き出るような略三角形状を有している。言い換えると、エアギャップ領域６３−１〜６３−５は、回折格子６１−１〜６１−５の上面より高い位置まで突き出ている。エアギャップ領域６３−１〜６３−５は、半導体基板１０（図１参照）の表面に平行な方向の幅が、絶縁層６６の上面に近づくにつれて徐々に小さくなっている。
すなわち、図９（ａ）に示す構造では、絶縁膜領域６２−１〜６２−５及びエアギャップ領域６３−１〜６３−５を有する格子間領域６４−１〜６４−５が回折格子６１−１〜６１−５の間の領域を含むだけでなくその領域を絶縁層６６の上面近傍かつ上面手前まで延在させた領域も含むものとみなすことができる。言い換えると、格子間領域６４−１〜６４−５が回折格子６１−１〜６１−５の上面より高い位置まで延在しているとみなすことができる。図９（ａ）に示す構造によれば、回折格子６１−１〜６１−５に比べて格子間領域６４−１〜６４−５の体積を大きく確保することができる。これにより、格子間領域及びエアギャップ領域が回折格子６１−１〜６１−５の間の領域のみを含む場合に比べて、導波モード共鳴格子６０による共鳴効果を高めやすい。
【００４４】
ここで、図２に示す格子間領域６４−１〜６４−５の体積Ｖ２に占めるエアギャップ領域６３−１〜６３−５の体積Ｖ１の割合は、５０％以上９０％以下である。仮に、格子間領域６２−１〜６２−５の体積に占めるエアギャップ領域６３−１〜６３−５の体積の割合が５０％より小さいと、格子間領域６４−１〜６４−５の平均屈折率と回折格子６１−１〜６１−５の屈折率との差が小さくなり、導波モード共鳴格子６０による混色成分の除去性能が要求されるスペックを満たすことができない可能性がある。あるいは、仮に、格子間領域６４−１〜６４−５の体積に占めるエアギャップ領域６３−１〜６３−５の体積の割合が９０％より大きいと、図２（ａ）に示すような導波モード共鳴格子６０の構造を製造することが困難になる。
【００４５】
次に、導波モード共鳴格子６０の具体的な構成例について図３〜図５を用いて説明する。図３（ａ）、図４（ａ）、図５（ａ）は、導波モード共鳴格子６０の構成を示す平面図であり、図３（ｂ）、図４（ｂ）、図５（ｂ）は、導波モード共鳴格子６０の構成を示す斜視図である。
【００４６】
例えば、図３（ａ）、（ｂ）に示す導波モード共鳴格子１６０では、複数のラインパターン１６１−１〜１６１−４がＹ方向にそれぞれ延びるとともにＸ方向に一定のピッチＰｘで配列されている。複数のラインパターン１６１−１〜１６１−４は、線幅が互いに均等であり、隣接するラインパターンとのスペースも互いに均等である。各ラインパターン１６１−１〜１６１−４は回折格子として機能する。
【００４７】
また、各スペースパターン１６４−１〜１６４−４は、格子間領域として機能し、絶縁膜領域１６２−１〜１６２−４及びエアギャップ領域１６３−１〜１６３−４を有する。
【００４８】
各絶縁膜領域１６２−１〜１６２−４は、ラインパターン１６１−１〜１６１−４の側壁に配されており、Ｙ方向に延びている。各絶縁膜領域１６２−１〜１６２−４は、例えば、Ｚ方向に突出するとともにＹ方向に延びたフィン形状を有している。各エアギャップ領域１６３−１〜１６３−４は、例えば絶縁膜領域１６２−１〜１６２−４の２つのフィン形状の間に配されており、２つのフィン形状の間をＹ方向に延びている。
【００４９】
ここで、格子間領域１６４−１〜１６４−４の体積Ｖ１２に占めるエアギャップ領域１６３−１〜１６３−４の体積Ｖ１１の割合は、５０％以上９０％以下である。
【００５０】
例えば、図４（ａ）、（ｂ）に示す導波モード共鳴格子２６０では、複数のホールパターン２６４−１〜２６４−４が絶縁層６５及び絶縁層６６の間を貫通して延びるとともにＸ方向及びＹ方向にそれぞれ一定のピッチＰ１ｘ、Ｐ１ｙで配列されている。複数のホールパターン２６４−１〜２６４−４は、平面幅が互いに均等であり、隣接するホールパターンとのスペースも互いに均等である。
【００５１】
また、複数のホールパターン間領域２６１−１〜２６１−４がＸ方向及びＹ方向にそれぞれ一定のピッチＰ１ｘ、Ｐ１ｙで配列されている。複数のホールパターン間領域２６１−５〜２６１−８がＸ方向及びＹ方向にそれぞれ一定のピッチＰ１ｘ、Ｐ１ｙで配列されている。複数のホールパターン間領域２６１−１〜２６１−８は回折格子として機能する。
【００５２】
また、各ホールパターン２６４−１〜２６４−４は、格子間領域として機能し、絶縁膜領域２６２−１〜２６２−４及びエアギャップ領域２６３−１〜２６３−４を有する。
【００５３】
各絶縁膜領域２６２−１〜２６２−４は、ホールパターン２６４−１〜２６４−４の内側面に配されており、絶縁層６５及び絶縁層６６の間を貫通して延びている。各絶縁膜領域２６２−１〜２６２−４は、例えば、Ｚ方向に延びた円筒形状を有している。各エアギャップ領域２６３−１〜２６３−４は、例えば絶縁膜領域２６２−１〜２６２−４の円筒形状の内側に配されており、円筒形状の内側において絶縁層６５及び絶縁層６６の間を貫通してＺ方向に延びている。
【００５４】
ここで、格子間領域２６４−１〜２６４−４の体積Ｖ２２に占めるエアギャップ領域２６３−１〜２６３−４の体積Ｖ２１の割合は、５０％以上９０％以下である。
【００５５】
例えば、図５（ａ）、（ｂ）に示す導波モード共鳴格子３６０では、複数の柱状パターン３６１−１〜３６１−４が絶縁層６５及び絶縁層６６の間を貫通して延びるとともにＸ方向及びＹ方向にそれぞれ一定のピッチＰ２ｘ、Ｐ２ｙで配列されている。複数の柱状パターン３６１−１〜３６１−４は、平面幅が互いに均等であり、隣接する柱状パターンとのスペースも互いに均等である。各柱状パターン３６１−１〜３６１−４は回折格子として機能する。
【００５６】
また、複数の柱状パターン間領域３６４−１〜３６４−４がＸ方向及びＹ方向にそれぞれ一定のピッチＰ２ｘ、Ｐ２ｙで配列されている。複数の柱状パターン間領域３６４−５〜３６４−８がＸ方向及びＹ方向にそれぞれ一定のピッチＰ２ｘ、Ｐ２ｙで配列されている。複数の柱状パターン間領域３６４−１〜３６４−８は格子間領域として機能し、絶縁膜領域３６２−１〜３６２−８及びエアギャップ領域３６３−１〜３６３−８を有する。
【００５７】
各絶縁膜領域３６２−１〜３６２−８は、柱状パターン３６１−１〜３６１−４の側面に配されており、Ｚ方向に延びている。各絶縁膜領域３６２−１〜３６２−８は、例えば、Ｚ方向に延びた円筒形状の一部を有している。各エアギャップ領域３６３−１〜３６３−８は、例えば絶縁膜領域３６２−１〜３６２−８の円筒形状の外側に配されており、円筒形状の外側において絶縁層６５及び絶縁層６６の間を貫通してＺ方向に延びている。
【００５８】
ここで、格子間領域３６４−１〜３６４−４の体積Ｖ３２に占めるエアギャップ領域３６３−１〜３６３−４の体積Ｖ３１の割合は、５０％以上９０％以下である。
【００５９】
次に、互いに透過波長領域の異なる複数の導波モード共鳴格子６０ｒ、６０ｇ、６０ｂの構成における異なる部分について図６を用いて説明する。図６は、複数の導波モード共鳴格子６０ｒ、６０ｇ、６０ｂの構成を示す断面図である。
【００６０】
図６に示すように、複数の回折格子の配置ピッチは、互いに透過波長領域の異なる複数の導波モード共鳴格子６０ｒ、６０ｇ、６０ｂの間で異なる。すなわち、導波モード共鳴格子６０ｒにおける回折格子６１ｒ−１〜６１ｒ−５の配置ピッチをＰｒ、導波モード共鳴格子６０ｇにおける回折格子６１ｇ−１〜６１ｇ−６の配置ピッチをＰｇ、導波モード共鳴格子６０ｂにおける回折格子６１ｂ−１〜６１ｂ−７の配置ピッチをＰｂとすると、例えば、次の数式１の関係が成り立つ。
【００６１】
Ｐｒ＞Ｐｇ＞Ｐｂ・・・数式１
数式１に示されるように、透過波長領域が長波長側であるほど、複数の回折格子の配置ピッチを大きくし、透過波長領域が短波長側であるほど、複数の回折格子の配置ピッチを小さくする。
【００６２】
それに応じて、導波モード共鳴格子６０ｒにおける回折格子６１ｒ−１〜６１ｒ−５の幅をＷｒ、導波モード共鳴格子６０ｇにおける回折格子６１ｇ−１〜６１ｇ−６の幅をＷｇ、導波モード共鳴格子６０ｂにおける回折格子６１ｂ−１〜６１ｂ−７の幅をＷｂとすると、例えば、次の数式２の関係が成り立つ。
【００６３】
Ｗｒ＞Ｗｇ＞Ｗｂ・・・数式２
なお、導波モード共鳴格子６０ｒにおける回折格子６１ｒ−１〜６１ｒ−５のスペースをＳｒ、導波モード共鳴格子６０ｇにおける回折格子６１ｇ−１〜６１ｇ−６のスペースをＳｇ、導波モード共鳴格子６０ｂにおける回折格子６１ｂ−１〜６１ｂ−７のスペースをＳｂとすると、例えば、次の数式３の関係が成り立ってもよい。
【００６４】
Ｓｒ≒Ｓｇ≒Ｓｂ・・・数式３
【００６５】
あるいは、数式２、３に代えて、次の数式４、５が成り立っても良い。
【００６６】
Ｗｒ≒Ｗｇ≒Ｗｂ・・・数式４
【００６７】
Ｓｒ＞Ｓｇ＞Ｓｂ・・・数式５
【００６８】
また、格子間領域の体積に占めるエアギャップ領域の体積の割合は、互いに透過波長領域の異なる複数の導波モード共鳴格子６０ｒ、６０ｇ、６０ｂの間で異なる。すなわち、導波モード共鳴格子６０ｒにおける格子間領域６４ｒ−１〜６４ｒ−４の体積Ｖ２ｒに占めるエアギャップ領域６３ｒ−１〜６３ｒ−４の体積Ｖ１ｒの割合を（Ｖ１ｒ）／（Ｖ２ｒ）とする。導波モード共鳴格子６０ｇにおける格子間領域６４ｇ−１〜６４ｇ−５の体積Ｖ２ｇに占めるエアギャップ領域６３ｇ−１〜６３ｇ−５の体積Ｖ１ｇの割合を（Ｖ１ｇ）／（Ｖ２ｇ）とする。導波モード共鳴格子６０ｂにおける格子間領域６４ｂ−１〜６４ｂ−６の体積Ｖ２ｂに占めるエアギャップ領域６３ｂ−１〜６３ｂ−６の体積Ｖ１ｂの割合を（Ｖ１ｂ）／（Ｖ２ｂ）とする。このとき、例えば、次の数式２の関係が成り立つ。
【００６９】
（Ｖ１ｒ）／（Ｖ２ｒ）＜（Ｖ１ｇ）／（Ｖ２ｇ）＜（Ｖ１ｂ）／（Ｖ２ｂ）
・・・数式６
数式２に示されるように、透過波長領域が長波長側であるほど、格子間領域の体積に占めるエアギャップ領域の体積の割合を（５０％以上９０％以下の範囲内で）小さくし、透過波長領域が短波長側であるほど、格子間領域の体積に占めるエアギャップ領域の体積の割合を（５０％以上９０％以下の範囲内で）大きくする。
【００７０】
次に、実施形態にかかる固体撮像装置１の製造方法について図７〜図９を用いて説明する。図７（ａ）〜図９（ｂ）は、実施形態にかかる固体撮像装置１の製造方法を示す工程断面図である。図１は、図９（ｂ）に続く工程断面図として流用する。
【００７１】
図７（ａ）に示す工程では、半導体基板１０のウエル領域１２内に、イオン注入法などにより、電荷蓄積領域をそれぞれ含む光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂを形成する。ウエル領域１２は、第１導電型（例えば、Ｐ型）の不純物を低い濃度で含む半導体（例えば、シリコン）で形成する。光電変換層１１ｒ、１１ｇ、１１ｂにおける電荷蓄積領域は、例えば、第１導電型と反対導電型である第２導電型（例えば、Ｎ型）の不純物を、半導体基板１０のウエル領域１２内に、ウエル領域１２における第１導電型の不純物の濃度よりも高い濃度で注入することにより形成する。
【００７２】
半導体基板１０を覆う層間絶縁膜を、ＣＶＤ法などにより、例えばＳｉＯ２を堆積して形成する。そして、層間絶縁膜の上に配線パターンをスパッタ法及びリソグラフィ法などにより例えば金属で形成し、層間絶縁膜及び配線パターンを覆う層間絶縁膜をＣＶＤ法により例えばＳｉＯ２で形成する処理を繰り返し行う。これにより、多層配線構造３０ｒ、３０ｇ、３０ｂを形成する。
【００７３】
図７（ｂ）に示す工程では、ＣＶＤ法などにより、導波モード共鳴格子６０ｒ、６０ｇ、６０ｂの下部となるべき絶縁層６５ｒ、６５ｇ、６５ｂを形成する。絶縁層６５ｒ、６５ｇ、６５ｂは、例えば、多層配線構造３０ｒ、３０ｇ、３０ｂの上に形成する。
【００７４】
そして、ＣＶＤ法などによりポリシリコン膜を絶縁層６５ｒ、６５ｇ、６５ｂの上に堆積する。ポリシリコン膜は、例えば、１００〜２００ｎｍの厚さで堆積する。堆積されたポリシリコン膜をフォトリソグラフィプロセス及びエッチングプロセスによりパターニングする。これにより、複数の回折格子６１ｒ−１〜６１ｒ−５、６１ｇ−１〜６１ｇ−６、６１ｂ−１〜６１ｂ−７を形成する。各回折格子６１ｒ−１〜６１ｒ−５、６１ｇ−１〜６１ｇ−６、６１ｂ−１〜６１ｂ−７の平面幅は、例えば、８０〜１００ｎｍである。また、複数の回折格子６１ｒ−１〜６１ｒ−５、６１ｇ−１〜６１ｇ−６、６１ｂ−１〜６１ｂ−７のスペースは、例えば、６０〜８０ｎｍである。
【００７５】
このとき、複数の回折格子６１ｒ−１〜６１ｒ−５、６１ｇ−１〜６１ｇ−６、６１ｂ−１〜６１ｂ−７は、上記の数式１〜３を満たすように形成しても良いし、上記の数式１、４、５を満たすように形成しても良い。
【００７６】
また、各回折格子６１ｒ−１〜６１ｒ−５、６１ｇ−１〜６１ｇ−６、６１ｂ−１〜６１ｂ−７のパターンは、例えば、ラインパターン（図３参照）でもよいし、ホールパターン間領域のパターン（図４参照）でもよいし、柱状パターン（図５参照）でもよい。
【００７７】
図８（ａ）に示す工程では、フォトリソグラフィプロセス及びエッチングプロセスにより、絶縁層６５ｇ、６５ｂ及び回折格子６１ｇ−１〜６１ｇ−６、６１ｂ−１〜６１ｂ−７を選択的に覆うレジストパターンＲＰ１を形成する。このとき、絶縁層６５ｒ及び回折格子６１ｒ−１〜６１ｒ−５は露出されている。
【００７８】
次に、レジストパターンＲＰ１をマスクとして、カバレッジの悪い条件で、格子間領域６４ｒ−１〜６４ｒ−５及び絶縁層６６ｒとなるべき酸化膜を形成する。例えば、シラン（ＳｉＨ４）及び酸化性ガスを原料ガスとするプラズマＣＶＤ法により酸化膜を堆積して回折格子６１ｒ−１〜６１ｒ−５の間に埋め込む。なお、シラン（ＳｉＨ４）及び酸化性ガスを原料ガスとするプラズマＣＶＤ法により堆積された酸化膜を、一般的な酸化膜と区別するために、Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜（「Ｐ」はプラズマを意味する）と呼ぶことにする。Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜は、狭いスペースに埋め込みにくい性質があるので、堆積されると図８（ａ）に示すように絶縁膜領域６２ｒ−１〜６２ｒ−５の間にエアギャップ領域６３ｒ−１〜６３ｒ−５ができる。また、Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜における回折格子６１ｒ−１〜６１ｒ−５より高い上部６６ｒｉは、絶縁層６６ｒとなるべき部分である。
【００７９】
ここで、格子間領域６４ｒ−１〜６４ｒ−５の体積に占めるエアギャップ領域６３ｒ−１〜６３ｒ−５の体積の割合が、５０％以上９０％以下になるように、Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜の成膜条件を調整する。なお、Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜以外でも狭いスペースに埋め込みにくい性質がある酸化膜であれば、他の酸化膜を堆積しても良い。
【００８０】
図８（ｂ）に示す工程では、フォトリソグラフィプロセス及びエッチングプロセスにより、図８（ａ）に示す工程で形成した酸化膜の上部６６ｒｉ、絶縁層６５ｂ、及び回折格子６１ｂ−１〜６１ｂ−７を選択的に覆うレジストパターンＲＰ２を形成する。このとき、絶縁層６５ｇ及び回折格子６１ｇ−１〜６１ｇ−６は露出されている。
【００８１】
次に、レジストパターンＲＰ２をマスクとして、カバレッジの悪い条件で、格子間領域６４ｇ−１〜６４ｇ−５及び絶縁層６６ｇとなるべき酸化膜を形成する。例えば、シラン（ＳｉＨ４）を原料ガスとするプラズマＣＶＤ法により、Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜を堆積する。Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜は、狭いスペースに埋め込みにくい性質があるので、堆積されると図８（ｂ）に示すように絶縁膜領域６２ｇ−１〜６２ｇ−６の間にエアギャップ領域６３ｇ−１〜６３ｇ−６ができる。また、Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜における回折格子６１ｇ−１〜６１ｇ−６より高い上部６６ｇｉは、絶縁層６６ｇとなるべき部分である。
【００８２】
ここで、格子間領域６４ｇ−１〜６４ｇ−６の体積に占めるエアギャップ領域６３ｇ−１〜６３ｇ−６の体積の割合が、５０％以上９０％以下になるように、且つ、上記の数式８を満たすように、Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜の成膜条件を調整する。なお、Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜以外でも狭いスペースに埋め込みにくい性質がある酸化膜であれば、他の酸化膜を堆積しても良い。
【００８３】
図９（ａ）に示す工程では、フォトリソグラフィプロセス及びエッチングプロセスにより、図８（ａ）に示す工程で形成した酸化膜の上部６６ｒｉ、及び図８（ｂ）に示す工程で形成した酸化膜の上部６６ｇｉを選択的に覆うレジストパターンＲＰ３を形成する。このとき、絶縁層６５ｂ及び回折格子６１ｂ−１〜６１ｂ−７は露出されている。
【００８４】
次に、レジストパターンＲＰ３をマスクとして、カバレッジの悪い条件で、格子間領域６４ｂ−１〜６４ｂ−７及び絶縁層６６ｂとなるべき酸化膜を形成する。例えば、シラン（ＳｉＨ４）を原料ガスとするプラズマＣＶＤ法により、Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜を堆積する。Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜は、狭いスペースに埋め込みにくい性質があるので、堆積されると図９（ａ）に示すように絶縁膜領域６２ｂ−１〜６２ｂ−７の間にエアギャップ領域６３ｂ−１〜６３ｂ−７ができる。また、Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜における回折格子６１ｂ−１〜６１ｂ−７より高い上部６６ｂｉは、絶縁層６６ｂとなるべき部分である。
【００８５】
ここで、格子間領域６４ｂ−１〜６４ｂ−７の体積に占めるエアギャップ領域６３ｂ−１〜６３ｂ−７の体積の割合が、５０％以上９０％以下になるように、且つ、上記の数式８を満たすように、Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜の成膜条件を調整する。なお、Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜以外でも狭いスペースに埋め込みにくい性質がある酸化膜であれば、他の酸化膜を堆積しても良い。
【００８６】
図９（ｂ）に示す工程では、ＣＭＰ法などにより、図８（ａ）〜図９（ａ）で形成した酸化膜（例えば、Ｐ−ＳｉＨ４酸化膜）の上部６６ｒｉ、６６ｇｉ、６６ｂｉを平坦化し、絶縁層６６ｒ、６６ｇ、６６ｂを形成する。
【００８７】
これにより、導波モード共鳴格子６０ｒ、６０ｇ、６０ｂが形成される。
【００８８】
次に、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂの下部となるべき下部積層構造２５ｒ、２５ｇ、２５ｂを形成する。具体的には、第１の層２１ｒ−１、２１ｇ−１、２１ｂ−１を同時に堆積し、第２の層２２ｒ−１、２２ｇ−１、２２ｂ−１を同時に堆積し、第１の層２１ｒ−２、２１ｇ−２、２１ｂ−２を同時に堆積する処理を順に行って形成する。各第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２は、スパッタ法などにより、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）で形成する。各第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２は、同じ膜厚で形成する。各第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２は、例えば、その光学的膜厚が中心波長（例えば、５５０ｎｍ）の１／４となるような膜厚で形成する。つまり材料（例えば、ＴｉＯ２）の屈折率をｎ１とし、中心波長をλとしたとき、各第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２は、次の数式７を満たす膜厚ｄ１で形成する。
【００８９】
ｎ１×ｄ１＝（１／４）×λ・・・数式７
例えば、ｎ１＝２．５、λ＝５５０ｎｍを数式７に代入すると、ｄ１＝５５ｎｍになる。また、第２の層２２ｒ−１、２２ｇ−１、２２ｂ−１は、ＣＶＤ法などにより、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成する。第２の層２２ｒ−１、２２ｇ−１、２２ｂ−１は、例えば、その光学的膜厚が中心波長（例えば、５５０ｎｍ）の１／４となるような膜厚で形成する。つまり材料（例えば、ＳｉＯ２）の屈折率をｎ２とし、中心波長をλとしたとき、第２の層２２ｒ−１、２２ｇ−１、２２ｂ−１は、次の数式８を満たす膜厚ｄ２で形成する。
【００９０】
ｎ２×ｄ２＝（１／４）×λ・・・数式８
例えば、ｎ２＝１．４６、λ＝５５０ｎｍを数式８に代入すると、ｄ２＝９４ｎｍになる。
【００９１】
これにより、第１の層２１ｒ−１、第２の層２２ｒ−１、及び第１の層２１ｒ−２が順に積層された下部積層構造２５ｒが形成される。第１の層２１ｇ−１、第２の層２２ｇ−１、及び第１の層２１ｇ−２が順に積層された下部積層構造２５ｇが形成される。第１の層２１ｂ−１、第２の層２２ｂ−１、及び第１の層２１ｂ−２が順に積層された下部積層構造２５ｂが形成される。
【００９２】
そして、ＣＶＤ法などにより、第１の層２１ｒ−１、２１ｇ−１、２１ｂ−１の上に、干渉層２３ｒ、２３ｇとなるべき層（図示せず）を形成する。干渉層となるべき層は、赤色の波長帯に対応した膜厚（例えば、８５ｎｍ）で形成する。リソグラフィー法により、層における光電変換層１１ｒの上方に対応した部分（干渉層２３ｒ）を覆うレジストパターン（図示せず）を形成する。このとき、干渉層となるべき層における光電変換層１１ｇ、１１ｂの上方に対応した部分は露出されている。
【００９３】
次に、ドライエッチング法により、レジストパターンをマスクとして干渉層となるべき層における光電変換層１１ｇ、１１ｂの上方に対応した部分を緑色の波長帯に対応した膜厚（例えば、３５ｎｍ）までエッチング（ハーフエッチング）して薄膜化する。これにより、干渉層となるべき層において、光電変換層１１ｇに対応した部分に干渉層２３ｇが形成される。その後、レジストパターンを除去する。
【００９４】
そして、リソグラフィー法により、干渉層となるべき層における光電変換層１１ｒ、１１ｇの上方に対応した部分（干渉層２３ｒ及び干渉層２３ｇ）を覆うレジストパターンを形成する。このとき、干渉層となるべき層における光電変換層１１ｂの上方に対応した部分は露出されている。
【００９５】
次に、ドライエッチング法により、レジストパターンをマスクとして干渉層となるべき層における光電変換層１１ｂの上方に対応した部分２３ｉｂ１をエッチングして除去する。これにより、干渉層となるべき層において、干渉層２３ｒ及び干渉層２３ｇを残しながら、光電変換層１１ｂに対応した部分に膜厚が０ｎｍの仮想的な干渉層２３ｂが形成される。その後、レジストパターンを除去する。
【００９６】
そして、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂの上部となるべき上部積層構造２４ｒ、２４ｇ、２４ｂを形成する。具体的には、第１の層２１ｒ−３、２１ｇ−３、２１ｂ−３を同時に堆積し、第２の層２２ｒ−３、２２ｇ−３、２２ｂ−３を同時に堆積し、第１の層２１ｒ−４、２１ｇ−４、２１ｂ−４を同時に堆積する処理を順に行って形成する。各第１の層２１ｒ−３〜２１ｂ−４は、スパッタ法などにより、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）で形成する。第１の層２１ｒ−３、２１ｇ−３、２１ｂ−３は、第１の層２１ｒ−１〜２１ｂ−２や第１の層２１ｒ−４、２１ｇ−４、２１ｂ−４と均等な膜厚で形成する。また、第２の層２２ｒ−３、２２ｇ−３、２２ｂ−３は、ＣＶＤ法などにより、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）で形成する。第２の層２２ｒ−３、２２ｇ−３、２２ｂ−３は、第２の層２２ｒ−１、２２ｇ−１、２２ｂ−１と均等な膜厚で形成する。
【００９７】
これにより、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂが形成される。
【００９８】
図１に示す工程では、多層干渉フィルター２０ｒ、２０ｇ、２０ｂを覆う膜を例えば所定の樹脂又は酸化膜（例えば、ＳｉＯ２）を堆積して形成し、形成された膜の表面をＣＭＰ法により平坦化する。これにより、平坦な表面を有する平坦化層４０ｒ、４０ｇ、４０ｂが形成される。そして、平坦化層４０ｒ、４０ｇ、４０ｂの上に、マイクロレンズ５０ｒ、５０ｇ、５０ｂを例えば、所定の樹脂で形成する。
【００９９】
ここで、仮に、図１０（ａ）に示すように、固体撮像装置９００において、カラーフィルター９７０の導波モード共鳴格子９６０がエアギャップ領域を有しない場合について考える。具体的には、導波モード共鳴格子９６０において、複数の回折格子９６１−１〜９６１−６の間に配された複数の格子間領域９６４−１〜９６４−５のそれぞれが、絶縁膜領域９６２−１〜９６２−５を有するが、エアギャップ領域を有しない。この場合、共鳴条件を満たすための回折格子９６１−１〜９６１−６及び格子間領域９６４−１〜９６４−５として採用可能な材料が限定されており、回折格子９６１−１〜９６１−６の屈折率と格子間領域９６４−１〜９６４−５の屈折率との差が小さいので、導波モード共鳴格子９６０による混色成分の除去性能が要求されるスペックを満たすことができない傾向にある。例えば、緑色の波長域に透過率のピークを有するカラーフィルター９７０の透過率特性において、図１０（ｂ）に示すように、可視領域における長波長側のクロストーク（混色）を要求されるレベル（例えば、顔料フィルターと同等レベル）まで除去できない傾向にある。
【０１００】
それに対して、実施形態では、イメージセンサー向けのカラーフィルターとして、干渉フィルターと導波モード共鳴格子を有するフィルターにおいて、導波モード共鳴格子の格子間のスペースにエアギャップ構造を形成する。すなわち、固体撮像装置１では、カラーフィルター７０の導波モード共鳴格子９６０において、複数の回折格子６１−１〜６１−６の間に配された複数の格子間領域６４−１〜６４−５のそれぞれが、絶縁膜領域６２−１〜６２−５に加えてエアギャップ領域６３−１〜６３−５を有する。これにより、導波モード共鳴格子の相対屈折率を向上できる。すなわち、回折格子６１−１〜６１−６の屈折率と格子間領域６４−１〜６４−５の平均屈折率との差を大きくすることができるので、導波モード共鳴格子６０による混色成分の除去性能が要求されるスペックを満たすようにすることが容易である。例えば、緑色の波長域に透過率のピークを有するカラーフィルター７０の透過率特性において、図２（ｂ）に示すように、可視領域における長波長側のクロストーク（混色）を要求されるレベル（例えば、顔料フィルターと同等レベル）まで除去できる。すなわち、実施形態によれば、カラーフィルターのクロストーク（混色）を改善できる。
【０１０１】
あるいは、仮に、図１０（ａ）に示す構成において、回折格子９６１−１〜９６１−６の屈折率と格子間領域９６４−１〜９６４−５の屈折率との差を大きくするために回折格子９６１−１〜９６１−６の材料をより屈折率の高い材料に変更した場合について考える。この場合、導波モード共鳴格子９６０が共鳴条件を満たすことが困難になりその光の透過特性（透過率のピーク値）が劣化する傾向にある。
【０１０２】
それに対して、実施形態では、回折格子６１−１〜６１−６の材料を変更することなく回折格子６１−１〜６１−６の屈折率と格子間領域６４−１〜６４−５の平均屈折率との差を大きくすることができるので、導波モード共鳴格子６０の透過特性（透過率のピーク値）の劣化を抑制できる。すなわち、実施形態によれば、カラーフィルターのフィルタ特性の劣化を抑制しながら、カラーフィルターのクロストーク（混色）を改善できる。
【０１０３】
また、実施形態では、格子間領域６４−１〜６４−５の体積Ｖ２に占めるエアギャップ領域６３−１〜６３−５の体積Ｖ１の割合は、５０％以上９０％以下である。これにより、導波モード共鳴格子６０による混色成分の除去性能が要求されるスペックを満たすようにすることができるとともに、図２（ａ）に示すような導波モード共鳴格子６０の構造を製造することが容易である。
【０１０４】
また、実施形態では、透過波長領域が長波長側であるほど、格子間領域の体積に占めるエアギャップ領域の体積の割合を（５０％以上９０％以下の範囲内で）小さくし、透過波長領域が短波長側であるほど、格子間領域の体積に占めるエアギャップ領域の体積の割合を（５０％以上９０％以下の範囲内で）大きくする。これにより、透過波長領域に応じた混色成分の除去性能を、透過波長領域ごとに向上できる。
【０１０５】
なお、上記の実施形態では、導波モード共鳴格子が多相干渉フィルターの下に配された構成について例示的に説明しているが、導波モード共鳴格子は多相干渉フィルターの上に配されていても良い。この場合でも、上記の実施形態の考え方は同様に適用できる。
【０１０６】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１０７】
１  固体撮像装置、  １０  半導体基板、  １１ｒ、１１ｇ、１１ｂ  光電変換層、  １２  ウエル領域、  ２０ｒ、２０ｇ、２０ｂ  多層干渉フィルター、  ２１ｒ−１、２１ｒ−２、２１ｒ−３、２１ｒ−４、２１ｇ−１、２１ｇ−２、２１ｇ−３、２１ｇ−４、２１ｂ−１、２１ｂ−２、２１ｂ−３、２１ｂ−４  第１の層、  ２２ｒ−１、２２ｒ−３、２２ｇ−１、２２ｇ−３、２２ｂ−１、２２ｂ−３  第２の層、  ２３ｒ、２３ｇ、２３ｂ  干渉層、  ２４ｒ、２４ｇ、２４ｂ  上部積層構造、  ２５ｒ、２５ｇ、２５ｂ  下部積層構造、  ３０ｒ、３０ｇ、３０ｂ  多層配線構造、  ４０ｒ、４０ｇ、４０ｂ  平坦化層、  ５０ｒ、５０ｇ、５０ｂ  マイクロレンズ、６０、６０ｒ、６０ｂ、６０ｇ  導波モード共鳴格子、６１−１〜６１−６、６１ｒ−１〜６１ｒ−５、６１ｇ−１〜６１ｇ−６、６１ｂ−１〜６１ｂ−７  回折格子、６２−１〜６２−５、６２ｒ−１〜６２ｒ−５、６２ｇ−１〜６２ｇ−６、６２ｂ−１〜６２ｂ−７  絶縁膜領域、６３−１〜６３−５、６３ｒ−１〜６３ｒ−４、６３ｇ−１〜６３ｇ−５、６３ｂ−１〜６３ｂ−６  エアギャップ領域、６４−１〜６４−５、６４ｒ−１〜６４ｒ−４、６４ｇ−１〜６４ｇ−５、６４ｂ−１〜６４ｂ−６  格子間領域、６５、６５ｒ、６５ｇ、６５ｂ  絶縁層、６６、６６ｒ、６６ｇ、６６ｂ  絶縁層、７０、７０ｒ、７０ｂ、７０ｇ  カラーフィルター、ＯＲｒ、ＯＲｇ、ＯＲｂ  開口領域、  ＲＰ１、ＲＰ２、ＲＰ３  レジストパターン。
【図１】
2013088557.tif 000003
【図２】
2013088557.tif 000004
【図３】
2013088557.tif 000005
【図４】
2013088557.tif 000006
【図５】
2013088557.tif 000007
【図６】
2013088557.tif 000008
【図７】
2013088557.tif 000009
【図８】
2013088557.tif 000010
【図９】
2013088557.tif 000011
【図１０】
2013088557.tif 000012