(57)【要約】【課題】光導波路を備える固体撮像装置において、感度の向上に有利な技術を提供する。【解決手段】固体撮像装置において、基板に形成された光電変換素子と、カラーフィルタと、をそれぞれ含む複数の画素が配された画素領域を備え、複数の画素のうち第１の画素は、第１の窒化シリコンによって構成される第１の光導波路と、第１の光導波路の上に配された第１のカラーフィルタとを備え、複数の画素のうち第２の画素は、第２の窒化シリコンによって構成される第２の光導波路と、第２の光導波路の上に配された第２のカラーフィルタとを備え、第１のカラーフィルタを透過する光の波長帯が、第２のカラーフィルタを透過する光の波長帯よりも長波長側にあり、第１の窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が、第２の窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比よりも大きい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と前記基板の上に配された層間絶縁膜とを含む固体撮像装置であって、
前記固体撮像装置は、前記基板に形成された光電変換素子と、カラーフィルタと、をそれぞれ含む複数の画素が配された画素領域を備え、
前記複数の画素は、第１の画素と第２の画素とを含み、
前記第１の画素は、前記層間絶縁膜のうち前記光電変換素子の上の部分に埋め込まれた第１の窒化シリコンによって構成される第１の光導波路と、前記第１の光導波路の上に配された第１のカラーフィルタと、を備え、
前記第２の画素は、前記層間絶縁膜のうち前記光電変換素子の上の部分に埋め込まれた第２の窒化シリコンによって構成される第２の光導波路と、前記第２の光導波路の上に配された第２のカラーフィルタと、を備え、
前記第１のカラーフィルタを透過する光の波長帯が、前記第２のカラーフィルタを透過する光の波長帯よりも長波長側にあり、
前記第１の窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が、前記第２の窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比よりも大きいことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１のカラーフィルタを透過する光の波長のピークが５００ｎｍ以上であり、前記第２のカラーフィルタを透過する光の波長のピークが５００ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１の窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が１以上であり、前記第２の窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が１未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第１の窒化シリコン及び前記第２の窒化シリコンの屈折率が、前記層間絶縁膜の屈折率よりも高いことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記固体撮像装置は、前記第１の光導波路、前記第２の光導波路及び前記層間絶縁膜を含む構造体と、前記カラーフィルタと、の間に、層間膜を含むことを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記画素領域は、有効画素領域とオプティカルブラック領域とを含み、
前記第１の光導波路、前記第２の光導波路及び前記層間絶縁膜を含む構造体のうち前記オプティカルブラック領域に配された前記構造体と前記カラーフィルタとの間に遮光層が配され、
前記固体撮像装置は、層間膜を更に含み、
前記層間膜は、
前記有効画素領域において、前記構造体と前記カラーフィルタとの間に配され、
前記オプティカルブラック領域において、前記遮光層と前記カラーフィルタとの間に配されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記複数の画素は、前記第１の画素を複数含み、
前記複数の画素は、第３の画素を更に含み、
前記有効画素領域に、複数の前記第１の画素のうち一部と前記第２の画素とが配され、
前記オプティカルブラック領域に、複数の前記第１の画素のうち一部と前記第３の画素とが配され、
前記第３の画素は、
前記光電変換素子の上に前記層間絶縁膜、前記遮光層、前記層間膜及び前記カラーフィルタを、この順に備え、
前記第１の光導波路及び前記第２の光導波路に対応する構造を備えないことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記層間膜は、前記第２の窒化シリコンによって形成された保護膜と、前記遮光層によって生じた段差を抑制する平坦化膜と、を含み、
前記有効画素領域において、前記構造体の上に、前記構造体から前記平坦化膜、前記保護膜の順に配され、
前記オプティカルブラック領域において、前記遮光層の上に、前記遮光層から前記平坦化膜、前記保護膜の順に配され、
前記第２の光導波路と前記保護膜とが、前記平坦化膜に形成された開口部を介して連続的に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記複数の画素は、第４の画素を更に含み、
前記第４の画素は、前記層間絶縁膜のうち前記光電変換素子の上の部分に埋め込まれた前記第１の窒化シリコンによって構成される第３の光導波路と、前記第３の光導波路の上に配された第３のカラーフィルタと、を備え、
前記第３のカラーフィルタを透過する光の波長帯が、前記第２のカラーフィルタを透過する光の波長帯よりも長波長側にあることを特徴とする請求項１乃至８の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第３のカラーフィルタを透過する光の波長のピークが５００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記複数の画素は、前記第４の画素を複数含み、
複数の前記第４の画素が、前記有効画素領域と前記オプティカルブラック領域とのそれぞれに配されることを特徴とする請求項７又は８に従属する請求項９又は１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記固体撮像装置は、前記層間絶縁膜の中に配された配線層を含むことを特徴とする請求項１乃至１１の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記複数の画素が、２次元アレイ状に配されていることを特徴とする請求項１乃至１２の何れか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
請求項１乃至１３の何れか１項に記載の固体撮像装置と、
前記固体撮像装置によって得られた信号を処理する信号処理部と、
を備えることを特徴とするカメラ。
【請求項１５】
固体撮像装置の製造方法であって、
複数の光電変換素子が配された画素領域を有する基板を形成する工程と、
前記複数の光電変換素子が配された前記基板の上に層間絶縁膜を形成する工程と、
前記層間絶縁膜のうち、前記複数の光電変換素子のそれぞれ上の部分に開口を形成する工程と、
前記複数の光電変換素子のうち、第１の光電変換素子の上に配された前記開口に第１の窒化シリコンを埋め込み、前記第１の窒化シリコンによって構成される第１の光導波路を形成する工程と、
前記複数の光電変換素子のうち、第２の光電変換素子の上に配された前記開口に第２の窒化シリコンを埋め込み、前記第２の窒化シリコンによって構成される第２の光導波路を形成する工程と、
前記第１の光導波路の上に第１のカラーフィルタを形成する工程と、
前記第２の光導波路の上に第２のカラーフィルタを形成する工程と、を含み、
前記第１のカラーフィルタを透過する光の波長帯が、前記第２のカラーフィルタを透過する光の波長帯よりも長波長側にあり、
前記第１の窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が、前記第２の窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比よりも大きいことを特徴とする製造方法。
【請求項１６】
前記第１の窒化シリコン及び前記第２の窒化シリコンが、ＳｉＨ４、Ｎ２、ＮＨ３を含むプロセスガスを用いたプラズマＣＶＤ法によって形成され、
前記第１の窒化シリコンを形成する際、前記プロセスガスに含まれるＳｉＨ４流量が、Ｎ２流量とＮＨ３流量との和よりも多く、
前記第２の窒化シリコンを形成する際、前記プロセスガスに含まれるＳｉＨ４流量が、Ｎ２流量とＮＨ３流量との和よりも少ないことを特徴とする請求項１５に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法ならびにカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
各画素の光電変換部に入射する光を増やし、感度を向上させるために光導波路を有する固体撮像装置が提案されている。特許文献１には、検出対象の光の波長帯が異なる複数の画素を有する固体撮像装置において、光電変換部の中央において入射光の強度分布がピークとなるように、光導波路の形状や光導波路を構成する材料の屈折率を画素ごとに決定することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−２５８５９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光導波路は、光導波路を構成する材料による入射光の吸収を抑制し、入射光を光電変換部まで透過する必要がある。しかしながら、光導波路を構成する材料の有する光学特性によって、検出すべき波長帯の光の吸収量が多くなる場合がある。光の吸収量が多い場合、画素の感度が低下しうる。特許文献１には、光導波路を構成する材料による光の吸収について記載されていない。
【０００５】
本発明は、光導波路を備える固体撮像装置において、感度の向上に有利な技術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】
【０００６】
上記課題に鑑みて、本発明の実施形態に係る固体撮像装置は、基板と基板の上に配された層間絶縁膜とを含む固体撮像装置であって、固体撮像装置は、基板に形成された光電変換素子と、カラーフィルタと、をそれぞれ含む複数の画素が配された画素領域を備え、複数の画素は、第１の画素と第２の画素とを含み、第１の画素は、層間絶縁膜のうち光電変換素子の上の部分に埋め込まれた第１の窒化シリコンによって構成される第１の光導波路と、第１の光導波路の上に配された第１のカラーフィルタと、を備え、第２の画素は、層間絶縁膜のうち光電変換素子の上の部分に埋め込まれた第２の窒化シリコンによって構成される第２の光導波路と、第２の光導波路の上に配された第２のカラーフィルタと、を備え、第１のカラーフィルタを透過する光の波長帯が、第２のカラーフィルタを透過する光の波長帯よりも長波長側にあり、第１の窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が、第２の窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比よりも大きいことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、光導波路を備える固体撮像装置において、感度の向上に有利な技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の構成及び製造方法を示す断面図。
【図２】図１の固体撮像装置の光導波路を構成する窒化シリコンの光学特性を示す図。
【図３】図１の固体撮像装置の光導波路の受光感度を示す図。
【図４】本発明の実施形態に係る固体撮像装置の構成及び製造方法を示す断面図。
【図５】図４の固体撮像装置の変形例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係る半導体装置の製造方法の具体的な実施形態を、添付図面を参照して説明する。なお、以下の説明及び図面において、複数の図面に渡って共通の構成については共通の符号を付している。そのため、複数の図面を相互に参照して共通する構成を説明し、共通の符号を付した構成については適宜説明を省略する。
【００１０】
第１の実施形態
図１〜４を参照して、本発明の実施形態による固体撮像装置の構成及び製造方法について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態における固体撮像装置１００の構成及び製造工程を示す断面図である。固体撮像装置１００は、基板１１１と基板１１１の上に配された層間絶縁膜１０２を含む。また、固体撮像装置１００は、基板１１１に形成された光電変換素子１１０、光導波路１０４、及び、カラーフィルタ１０８をそれぞれ含む複数の画素１０１の配された画素領域を含む。層間絶縁膜１０２と層間絶縁膜１０２に埋め込まれた光導波路１０４とは、構造体１０３を構成する。構造体１０３を構成する層間絶縁膜１０２の中には、配線層１０５が配されうる。本実施形態において、２層の配線層１０５が配されるが、配線層１０５は、１層であってもよいし、３層以上であってもよい。構造体１０３とカラーフィルタ１０８との間には、層間膜が配される。本実施形態において、層間膜として保護膜１０６及び平坦化層１０７の２層が配されるが、層間膜は１層であってもよし、３層以上であってもよい。なお、本明細書において、画素１０１のうち特定の画素など区別が必要な場合、構成要素の参照符号に「ａ」、「ｂ」などの添え字を付加する。他の構成要素についても同様である。
【００１１】
本実施形態において、基板１１１にはシリコン基板を用いる。基板１１１には、光電変換素子１１０が画素１０１ごとに配される。光電変換素子１１０として、例えばフォトダイオードなどが用いられる。配線層１０５は、例えば、アルミニウムや銅などの導電体を用いて形成されうる。層間絶縁膜１０２は、酸化シリコンなどの材料を用いて形成されうる。酸化シリコンを用いた場合、層間絶縁膜１０２の屈折率は、波長５５０ｎｍにおいて約１．４６である。
【００１２】
次いで、光導波路１０４及びカラーフィルタ１０８について説明する。本実施形態において、それぞれの画素１０１は、画素１０１の有する光導波路１０４及びカラーフィルタ１０８の種類によって、３種類の画素１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃに区別される。画素１０１ａには、光導波路１０４ａとカラーフィルタ１０８ａが配される。画素１０１ｂには、光導波路１０４ａとカラーフィルタ１０８ｂが配される。画素１０１ｃには、光導波路１０４ｂとカラーフィルタ１０８ｃが配される。
【００１３】
カラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂ及び１０８ｃが透過する光の波長のピークは互いに異なる。カラーフィルタ１０８ｃ、カラーフィルタ１０８ｂ、カラーフィルタ１０８ａの順で、透過する光の波長のピークが長波長側にシフトする。本実施形態において、例えば、カラーフィルタ１０８ａは５５０ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯の赤色光を透過するカラーフィルタである。また例えば、カラーフィルタ１０８ｂは４５０ｎｍ〜６５０ｎｍの波長帯の緑色光を透過するカラーフィルタであり、カラーフィルタ１０８ｃは３５０ｎｍ〜５００ｎｍの波長帯の青色光を透過するカラーフィルタである。
【００１４】
光導波路１０４は、層間絶縁膜１０２のそれぞれの光電変換素子１１０の上に埋め込まれた層間絶縁膜１０２よりも屈折率の高い材料によって構成される。本実施形態において、光導波路１０４ａと光導波路１０４ｂとは、ともに層間絶縁膜１０２に用いられる酸化シリコンよりも屈折率の高い窒化シリコンによって形成される。また、光導波路１０４ａと光導波路１０４ｂとは、窒化シリコンに含まれるＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が互いに異なる。Ｓｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比とは、窒化シリコンに含まれるＳｉ−Ｈ結合の数をＮ−Ｈ結合の数で除した比のことを言う。本実施形態において、光導波路１０４ａの窒化シリコンに含まれるＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が、光導波路１０４ｂの窒化シリコンに含まれるＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比よりも大きい。Ｓｉ−Ｈ結合の数及びＮ−Ｈ結合の数は、例えば、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）を用いて測定することができる。図１に示す固体撮像装置１００は、断面図において線状に画素１０１が並ぶように描かれているが、本実施形態は、これに限られるものではない。複数の画素１０１は、画素領域に２次元アレイ状に配されていてもよい。また、図１には画素１０１ａ、ｂ、ｃが１つずつ描かれているが、画素１０１ａ、ｂ、ｃが、画素領域にそれぞれ複数含まれていてもよい。
【００１５】
図２に光導波路１０４を構成する窒化シリコンの光学特性について示す。プラズマ化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いた窒化シリコンは、窒化シリコンを形成する際のプロセス条件によって、含まれるＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比を変化させることができる。図２（ａ）に、Ｓｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比と紫外線側吸収端波長との関係、図２（ｂ）にＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比と屈折率との関係をそれぞれ示す。図２（ａ）から、Ｓｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が増すに従って、紫外線側吸収端波長、つまり光の吸収が発生する紫外線側の最小波長が長波長側にシフトすることが分かる。Ｓｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が０から０．７５の場合に紫外線側吸収端波長は４００ｎｍ以下であるが、Ｓｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が１以上の場合に紫外線側吸収端波長は４００ｎｍ以上である。また、図２（ｂ）から、Ｓｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が大きくなると屈折率が上昇することが分かる。
【００１６】
図３は、Ｓｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が０．７５及び１．２５の窒化シリコンをそれぞれ光導波路に用いた際の、受光感度を示す図である。図３（ａ）は青色光、図３（ｂ）は緑色光、図３（ｃ）は赤色光に対する受光感度をそれぞれ示す。図３（ａ）に示すように、紫外線側吸収端波長が短いＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比０．７５の窒化シリコンを用いた場合、青色光に対する受光感度が高くなる。一方、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、Ｓｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比１．２５の窒化シリコンを用いた場合、緑色光及び赤色光に対する受光感度が高くなる。これらの結果から、屈折率上げるよりも紫外線側吸収端波長を４００ｎｍ以下にした方が、青色光に対する受光感度の向上に有効であることが分かる。一方、緑色光及び赤色光に対して紫外線側吸収端波長が上がる作用を伴うが屈折率を上げる方が、受光感度の向上に有効であることが分かる。
【００１７】
これらの結果から、緑色光及び赤色光を透過するカラーフィルタ１０８ａ、１０８ｂを備える画素１０１ａ、１０１ｂに配される光導波路１０４ａは、例えばＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比１．２５の窒化シリコンを用いるとよい。また、青色光を透過するカラーフィルタ１０８ｃを備える画素１０１ｃに配される光導波路１０４ｂは、例えばＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比０．７５の窒化シリコンを用いるとよい。つまり、カラーフィルタ１０８の透過する光の波長帯が長波長側の画素１０１の光導波路１０４の方が、カラーフィルタ１０８の透過する光の波長帯が短波長側の画素１０１よりも、窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比を大きくするとよい。本実施形態のように、２種類の窒化シリコンを用いて光導波路１０４を形成する場合、カラーフィルタ１０８を透過する光の波長のピークが５００ｎｍ以上と５００ｎｍ未満とで、光導波路１０４に用いる窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比を変えてもよい。また、この場合、カラーフィルタ１０８を透過する光の波長のピークが５００ｎｍ以上の画素１０１において、光導波路１０４のＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比を１以上としてもよい。また、カラーフィルタ１０８を透過する光の波長のピークが５００ｎｍ未満の画素１０１において、光導波路１０４のＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比を１未満としてもよい。
【００１８】
本実施形態において、画素１０１のカラーフィルタ１０８の透過する光の波長帯に応じて光導波路１０４に用いられる窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比を変化させる。これによって、光導波路１０４を構成する材料による画素１０１の検出対象とする波長帯の光の吸収が抑制される。それぞれの画素１０１の検出対象とする波長帯の入射光の吸収を抑制することによって、固体撮像装置１００の感度の向上が可能となる。
【００１９】
次に、図１を用いて固体撮像装置１００の製造方法について説明する。まず、シリコンを用いた基板１１１に光電変換素子１１０を形成する。光電変換素子１１０として、例えばフォトダイオードを用いる場合、基板１１１のシリコンの有する導電型と反対の導電型の領域をイオン注入などによって形成し、形成されたｐｎ接合をフォトダイオードとして用いてもよい。次いで、複数の光電変換素子１１０が配された基板１１１上に、配線層１０５の配された層間絶縁膜１０２を形成する。図１には、配線層が２層形成された場合を示すが、１層であってもよいし、３層以上であってもよい。層間絶縁膜１０２を形成した後、層間絶縁膜１０２のうち画素１０１ａ、１０１ｂの光電変換素子１１０の上に開口部１１３を形成する。具体的には、層間絶縁膜１０２の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によって光導波路１０４ａが配される部分の上に開口部を有するフォトレジストマスク１１２ａを形成する。フォトレジストマスク１１２ａの形成後、例えばドライエッチング法を用いて層間絶縁膜１０２を掘り込み、開口部１１３を形成する。フォトレジストマスク１１２ａを用いて層間絶縁膜１０２に開口部１１３を形成する工程を経た状態を図１（ｂ）に示す。開口部１１３は、図１（ｂ）に示すように層間絶縁膜１０２の途中まで開口していてもよいし、例えば、光電変換素子１１０の直上まで開口していてもよい。また例えば、基板１１１及び光電変換素子１１０と、層間絶縁膜１０２との間に、例えば窒化シリコンなど層間絶縁膜１０２と異なる材料を用いた保護層（不図示）を形成し、ドライエッチングを行う際のエッチングストッパとして用いてもよい。
【００２０】
次に、フォトレジストマスク１１２ａを除去し、光導波路１０４ａを形成する。光導波路１０４ａを形成するために、まず、プラズマＣＶＤ法を用いて、窒化シリコン膜を開口部１１３の形成された層間絶縁膜１０２を覆うように堆積させる。開口部１１３を埋め込んだ窒化シリコン以外は、例えば化学機械研磨（ＣＭＰ）法などを用いて除去する。この工程によって、光導波路１０４ａの形成された図１（ｃ）に示す状態になる。
【００２１】
プラズマＣＶＤ法によって光導波路１０４ａを構成する窒化シリコンを形成する際、例えばＳｉＨ４、Ｎ２、ＮＨ３を含むガスをプロセスガスとして用いる。例えば、ＳｉＨ４流量を１３０ｓｃｃｍ、Ｎ２流量とＮＨ３流量との合計を１００ｓｃｃｍとし、ＳｉＨ４流量を、Ｎ２流量とＮＨ３流量との和よりも多くしてもよい。
【００２２】
光導波路１０４ａを形成した後、光導波路１０４ｂを形成する。まず、層間絶縁膜１０２のうち画素１０１ｃの光電変換素子１１０の上に開口部１１３を形成する。層間絶縁膜１０２の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によって光導波路１０４ｂが配される部分の上に開口部を有するフォトレジストマスク１１２ｂを形成する。フォトレジストマスク１１２ｂの形成後、例えばドライエッチング法を用いて層間絶縁膜１０２を掘り込み、開口部１１３を形成する。フォトレジストマスク１１２ｂを用いて層間絶縁膜１０２に開口部１１３を形成する工程を経た状態を図１（ｄ）に示す。開口部１１３は、図１（ｄ）に示すように層間絶縁膜１０２の途中まで開口していてもよいし、例えば、光電変換素子１１０の直上まで開口していてもよい。
【００２３】
次に、残ったフォトレジストマスク１１２ｂを除去し、光導波路１０４ｂを形成する。プラズマＣＶＤ法を用いて、窒化シリコン膜を開口部１１３の形成された層間絶縁膜１０２を覆うように堆積させる。開口部１１３を埋め込んだ窒化シリコン以外は、例えばＣＭＰ法などを用いて除去する。この工程によって、光導波路１０４ｂが形成され、層間絶縁膜１０２と光導波路１０４とを含む構造体１０３が形成された図１（ｅ）に示す状態になる。構造体１０３は、配線層１０５を含みうる。
【００２４】
プラズマＣＶＤ法によって光導波路１０４ｂを構成する窒化シリコンを形成する際、例えばＳｉＨ４、Ｎ２、ＮＨ３を含むガスをプロセスガスとして用いる。例えば、ＳｉＨ４流量を１２０ｓｃｃｍ、Ｎ２流量とＮＨ３流量との合計を２１０ｓｃｃｍとし、ＳｉＨ４ガス流量を、Ｎ２流量とＮＨ３流量との和よりも少なくしてもよい。
【００２５】
プラズマＣＶＤ法によって光導波路１０４ａ及び光導波路１０４ｂを形成する際、プロセスガスに含まれるＳｉＨ４流量と、Ｎ２流量及びＮＨ３流量との流量比を変化させる。これによって、光導波路１０４ａ及び光導波路１０４ｂにそれぞれ形成される窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が、互いに異なる値を有するようになる。プロセスガスに含まれるＳｉＨ４流量が、Ｎ２流量とＮＨ３流量との和よりも多い条件で形成された光導波路１０４ａの窒化シリコンは、光導波路１０４ｂの窒化シリコンよりもＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が大きくなりうる。
【００２６】
光導波路１０４を形成した後、構造体１０３の上に層間膜として保護膜１０６、平坦化層１０７を形成し、更に平坦化層１０７の上にカラーフィルタ１０８を形成し、図１（ａ）に示される固体撮像装置１００が形成される。カラーフィルタ１０８ａ〜ｃは、上述のように、それぞれ異なる波長帯の光を透過する。光導波路１０４ｂの窒化シリコンよりも大きいＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比の窒化シリコンで構成された光導波路１０４ａの上には、透過する光の波長のピークが長波長側のカラーフィルタ１０８ａ、ｂが配される。例えば、カラーフィルタ１０８ａは赤色光を透過し、カラーフィルタ１０８ｂは緑色光を透過する。また、光導波路１０４ａの窒化シリコンよりも小さいＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比の窒化シリコンで構成された光導波路１０４ｂの上には、透過する光の波長のピークがカラーフィルタ１０８ａ、ｂよりも短波長のカラーフィルタ１０８ｃが配される。例えば、カラーフィルタ１０８ｃは青色光を透過する。
【００２７】
本実施形態において、２種類のＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比を有する窒化シリコンを用いて光導波路１０４を形成した。３種類のカラーフィルタ１０８に対して、光導波路１０４を構成する窒化シリコンが２種類のため、固体撮像装置１００を製造する際のプロセスステップを抑制することができる。しかし、窒化シリコンの種類は２種類に限られることはない。例えば青色光、緑色光、赤色光のそれぞれに異なるＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比を有する３種類の窒化シリコンを用いてもよい。
【００２８】
第２の実施形態
図４を参照して、本発明の実施形態による固体撮像装置の構成及び製造方法について説明する。図４は、本発明の第２の実施形態における固体撮像装置５００の構成及び製造工程を示す断面図である。固体撮像装置５００は、基板１１１に光電変換素子１１０及びカラーフィルタ１０８をそれぞれ含む複数の画素１０１、１５１の配された画素領域を含む。画素領域は、画素１０１の配された有効画素領域２０１と画素１５１の配されたオプティカルブラック領域２５１とを含む。オプティカルブラック領域２５１の上には、層間絶縁膜１０２及び光導波路１０４を含む構造体１０３とカラーフィルタ１０８との間に遮光層２０２が配される。また、遮光層２０２によって生じた有効画素領域２０１とオプティカルブラック領域２５１との段差を抑制するための平坦化膜２０３が配される。また、光導波路１０４の構成が一部、上述の固体撮像装置１００と異なる。オプティカルブラック領域２５１の画素１５１ｃには、光導波路１０４に対応する構造が配されない。また、光導波路１０４ｂと保護膜１０６とが、同じ窒化シリコンで連続的に形成されている。固体撮像装置５００の構成において、これ以外の点は、上述の固体撮像装置１００と同じであってもよい。また、図４に示す固体撮像装置５００は、断面図において線状に画素１０１が並ぶように描かれているが、複数の画素１０１は、画素領域に２次元アレイ状に配されていてもよい。また、図４（ａ）には画素１０１ａ、ｂ、ｃ、画素１５１ａ、ｂ、ｃが１つずつ描かれているが、画素１０１ａ、ｂ、ｃが有効画素領域に、画素１５１ａ、ｂ、ｃが、オプティカルブラック領域に、それぞれ複数含まれていてもよい。
【００２９】
本実施形態においても、有効画素領域２０１において、光導波路１０４ａの上にはカラーフィルタ１０８ａ、ｂが配され、光導波路１０４ｂの上にはカラーフィルタ１０８ｃが配される。例えば、カラーフィルタ１０８ａは赤色光、カラーフィルタ１０８ｂは緑色光、カラーフィルタ１０８ｃは青色光をそれぞれ透過する。光導波路１０４ｂの窒化シリコンよりも、透過する光の波長帯が長波長側のカラーフィルタ１０８の下に形成される光導波路１０４ａの窒化シリコンのＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比が大きい。カラーフィルタ１０８の透過する光の波長帯に応じて、異なるＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比を有する窒化シリコンを用いて光導波路１０４を形成する。これによって、本実施形態においても、画素１０１が検出対象とする波長帯の光を、光導波路１０４を構成する材料が吸収してしまうことを抑制し、固体撮像装置１００の感度の向上が可能となる。
【００３０】
次に、固体撮像装置５００の製造方法について説明する。上述の図１（ｂ）、（ｃ）と同様の工程を用いて、基板１１１上に光電変換素子１１０、配線層１０５の配された層間絶縁膜１０２、光導波路１０４ａをそれぞれ形成する。このときの状態を図４（ｂ）に示す。
【００３１】
光導波路１０４ａを形成した後、例えばアルミニウムを主とする金属膜を、層間絶縁膜１０２及び光導波路１０４ａを覆うように、例えばスパッタリング法を用いて成膜する。次いで金属膜のうち、有効画素領域２０１となる部分に開口を有するフォトレジストマスクを形成し、例えば、ドライエッチング法を用いてエッチングを行う。エッチングの後、フォトレジストマスクを除去し、オプティカルブラック領域２５１の構造体１０３の上に遮光層２０２が形成された図４（ｃ）の状態となる。
【００３２】
次に、遮光層２０２によって生じた有効画素領域２０１とオプティカルブラック領域２５１との段差を抑制するための平坦化膜２０３を形成する。例えば、酸化シリコンをＣＶＤ法によって形成する。有効画素領域２０１では構造体１０３の上、オプティカルブラック領域２５１では遮光層２０２の上に形成された酸化シリコン膜を、例えばＣＭＰ法やエッチバック法を用いて平坦化することによって図４（ｄ）に示すように平坦化膜２０３が形成される。
【００３３】
平坦化膜２０３を形成した後、光導波路１０４ｂを形成する。まず、層間絶縁膜１０２のうち画素１０１ｃの光電変換素子１１０の上に図４（ｅ）に示す開口部１１３を形成する。具体的には、層間絶縁膜１０２の上にフォトレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法によって光導波路１０４ｂが配される部分の上に開口部を有するフォトレジストマスクを形成する。フォトレジストマスクの形成後、例えばドライエッチング法を用いて平坦化膜２０３及び層間絶縁膜１０２を掘り込み、開口部１１３を形成する。次に、フォトレジストマスクを除去し、光導波路１０４ｂを形成する。プラズマＣＶＤ法を用いて、窒化シリコン膜を開口部１１３の形成された平坦化膜２０３及び層間絶縁膜１０２を覆うように堆積させる。堆積した窒化シリコンは、開口部１１３を埋め込んだ光導波路１０４ｂ及び保護膜１０６となる部分以外は、例えばＣＭＰ法などを用いて除去する。この工程によって、層間絶縁膜１０２と光導波路１０４とを含む構造体１０３、保護膜１０６、平坦化膜２０３が形成された図４（ｆ）に示す状態になる。構造体１０３は、配線層１０５を含みうる。平坦化膜２０３は、有効画素領域２０１において、構造体１０３と保護膜１０６との間に配され、オプティカルブラック領域２５１において、遮光層２０２と保護膜１０６との間に配される。また、本実施形態において、光導波路１０４ｂと保護膜１０６とは、平坦化膜２０３に形成された開口部を介して同じ窒化シリコンで連続的に形成されている。しかし、この構成に限られることなく、光導波路１０４ｂと保護膜１０６とは、それぞれ異なる材料で形成してもよい。
【００３４】
光導波路１０４及び保護膜１０６を形成した後、層間膜として平坦化層１０７を形成し、更に平坦化層１０７の上にカラーフィルタ１０８を形成し、図４（ａ）に示される固体撮像装置５００が形成される。本実施形態において、層間膜は、有効画素領域２０１では構造体１０３とカラーフィルタ１０８との間及びオプティカルブラック領域２５１では遮光層２０２とカラーフィルタ１０８との間に、それぞれ３層構造を有する。また、カラーフィルタ１０８ａ〜ｃは、上述のように、それぞれ異なる波長帯の光を透過する。光導波路１０４ｂの窒化シリコンよりも大きいＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比の窒化シリコンで構成された光導波路１０４ａの上には、透過する光の波長のピークが長波長側のカラーフィルタ１０８ａ、ｂが配される。例えば、カラーフィルタ１０８ａは赤色光を透過し、カラーフィルタ１０８ｂは緑色光を透過する。また、光導波路１０４ａの窒化シリコンよりも小さいＳｉ−Ｈ結合／Ｎ−Ｈ結合比の窒化シリコンで構成された光導波路１０４ｂの上には、透過する光の波長のピークがカラーフィルタ１０８ａ、ｂよりも短波長のカラーフィルタ１０８ｃが配される。例えば、カラーフィルタ１０８ｃは青色光を透過する。
【００３５】
本実施形態において、遮光層２０２を形成した後に光導波路１０４ｂを形成するため、オプティカルブラック領域２５１の画素１５１ｃの上に光導波路１０４に対応する構造が配されない。しかしながら、図５に示す固体撮像装置５０１のように、オプティカルブラック領域２５１の画素１５１ｃが光導波路１０４ｂを有する構成としてもよい。有効画素領域２０１とオプティカルブラック領域２５１とに光導波路１０４ｂを形成した後、オプティカルブラック領域の構造体１０３の上に遮光層２０２を形成することによって、図５に示す固体撮像装置５０１が形成される。この場合、画素１０１ｃにおいて、光導波路１０４ｂと保護膜１０６との間に平坦化膜２０３が挟まり、光導波路１０４ｂと保護膜１０６とが連続的に形成されず、別々に形成されていてもよい。また、保護膜１０６が第１の窒化シリコンで形成されなくてもよい。また、固体撮像装置５０１とは逆に、オプティカルブラック領域２５１の画素１５１に、光導波路１０４が形成されなくてもよい。
【００３６】
以上、本発明に係る実施形態を２形態示したが、本発明はそれらの実施形態に限定されるものではないことはいうまでもなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、上記した各実施形態は適宜変更、組み合わせが可能である。
【００３７】
以下、上記の実施形態に係る固体撮像装置１００、５００、５０１の応用例として、この固体撮像装置１００、５００、５０１が組み込まれたカメラについて例示的に説明する。カメラの概念には、撮影を主目的とする装置のみならず、撮影機能を補助的に有する装置（例えば、パーソナルコンピュータ、携帯端末等）も含まれる。また、カメラはたとえばカメラヘッドなどのモジュール部品であってもよい。カメラは、上記の実施形態として例示された本発明に係る固体撮像装置１００、５００、５０１と、この固体撮像装置１００、５００、５０１から出力される信号を処理する信号処理部とを含む。この信号処理部は、例えば、固体撮像装置１００、５００、５０１で得られた信号に基づくデジタルデータを処理するプロセッサを含みうる。このデジタルデータを生成するためのＡ／Ｄ変換器を、固体撮像装置１００、５００、５０１の半導体基板に設けてもよいし、別の半導体基板に設けてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
１００、５００、５０１：固体撮像装置、１０１：画素、１０２：層間絶縁膜、１０４：光導波路、１０８：カラーフィルタ、１１０：光電変換素子、１１１：基板
【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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