(57)【要約】【課題】画素の微細化に対し、合せマージンを大きく確保して、隙間がない安定したカラーフィルタのパターンを形成することにより、感度むら及び混色等を防止でき、感度、スミア及びシェーディング等に優れた光学特性を得られるようにする。【解決手段】固体撮像装置１０は、半導体基板１１の上に行列状に設けられた光電変換素子１３と、光電変換素子１３に対応して成され、色の異なる複数のカラーフィルタ層２０とを備えている。撮像領域に占める面積の総和の割合が最も多い色である緑色フィルタ層２０Ｇはカラーフィルタ層２０における最下層である第１緑色フィルタ層２１ａと最上層である第２緑色フィルタ層２１ｂとの２層から形成されている。【選択図】図２
2009224980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に行列状に設けられた光電変換素子と、
前記光電変換素子に対応して前記光電変換素子の上方に形成され、色が互いに異なる複数のカラーフィルタ層とを備え、
面積の総和の割合が最も多い色を持つ一のカラーフィルタ層は前記カラーフィルタ層における最下層と最上層との２層から形成されることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記最下層は、前記最上層よりも幅が広い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】
前記最上層は、他の複数のいずれのカラーフィルタ層よりも幅が広い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】
前記一のカラーフィルタ層は、前記最下層の膜厚と前記最上層の膜厚との和によって、所望の分光特性が得られる膜厚を有しており、
前記最下層の膜厚は、前記一のカラーフィルタ層の膜厚の１／２以下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５】
前記一のカラーフィルタ層は、前記最下層の膜厚と前記最上層の膜厚との和によって、所望の分光特性が得られる膜厚を有しており、
前記最上層の膜厚は、前記一のカラーフィルタ層の膜厚の１／２以上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６】
他の複数のカラーフィルタ層は、該他の複数のカラーフィルタ層の端部が前記最下層と前記最上層とによって挟まれてい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７】
前記一のカラーフィルタ層は緑色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８】
他の複数のカラーフィルタ層は赤色及び青色であ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】
基板上に行列状に光電変換素子が設けられ、該光電変換素子に対応して色が互いに異なる複数のカラーフィルタ層が形成された固体撮像装置の製造方法であって、
面積の総和の割合が最も多い色を持つ一のカラーフィルタ層における、所望の分光特性が得られる膜厚の１／２以下の膜厚を有する第１の層を形成する工程と、
他の複数のカラーフィルタ層の端部が前記第１の層の上に設けられるように前記他の複数のカラーフィルタ層を形成する工程と、
前記第１の層の上に、前記第１の層よりも幅が小さく且つ膜厚が同一以上を有し、前記他の複数のカラーフィルタ層の端部を前記第１の層と挟むように第２の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１０】
前記第１の層及び第２の層は、同一のフォトマスクを用いて形成することを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記一のカラーフィルタ層は緑色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の製造方法。
【請求項１２】
前記他の複数のカラーフィルタ層は赤色及び青色である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】
本発明はカラー固体撮像装置、特に、顔料又は染料等の着色材料を分散させた感光性樹脂等からなるカラーフィルタ層が形成されたカラー固体撮像装置及び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。）。カラー固体撮像装置に使用されるカラーフィルタ層は、基板上に顔料又は染料等の着色材料を分散させた感光性樹脂等を塗布、露光、現像及び硬化させることにより形成される。以下に、図１５〜図２０に示される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説明する。
【０００３】
図１５は例えば特許文献１に示されるような従来の固体撮像装置に設けられたカラーフィルタ層をレンズ側から見た平面図である。一般に、一つの固体撮像装置に光の３原色のカラーフィルタをかけてカラー化する単板式カラー固体撮像装置では、ベイヤ配列と呼ばれる並び順に従って配列されたカラーフィルタ層を使用することが多い。
【０００４】
図１５に示すように、カラーフィルタ層２０では、緑色カラーフィルタ層２０Ｇが市松模様を形成するように並べられ、他の部分を行又は列毎に青色カラーフィルタ層２０Ｂと赤色カラーフィルタ層２０Ｒとが交互に並べられている。すなわち、ある行（例えば図１５のXVIa−XVIa）では緑、赤、緑、赤の繰り返しとなり、その隣の行では青、緑、青、緑の繰り返しとなっている。同様に、ある列では緑、赤、緑、赤の繰り返しであり、その隣の列では青、緑、青、緑の繰り返しとなっている。
【０００５】
図１６及び図１７は、特許文献１に示すような従来の固体撮像装置の断面構成を模式的に示す図であり、図１６（ａ）及び図１７（ａ）は図１５のXVIa−XVIa線の断面構成であり、図１６（ｂ）及び図１７（ｂ）は図１５のXVIb−XVIb線の断面構成を示している。
【０００６】
図１６及び図１７に示すように、従来の固体撮像装置は、Ｎ型半導体基板１１の上にＰ型ウエル層１２が形成され、Ｐ型ウエル層１２の上部に、Ｎ型の半導体層として光電変換を行う複数の光電変換素子１３が形成されている。Ｐ型ウエル層１２及び光電変換素子１３を覆うようにゲート絶縁膜１４が形成され、光電変換素子１３と光電変換素子１３との間のゲート絶縁膜１４の上に、信号の転送を行う転送電極１５が形成されている。転送電極１５の側面及び上面には層間絶縁膜１６が形成されて、転送電極１５は層間絶縁膜１６に覆われており、層間絶縁膜１６の側面及び上面には遮光膜１７が形成されて、層間絶縁膜１６は遮光膜１７に覆われている。遮光膜１７は、タングステン等からなり、光電変換素子１３以外への不要な入射光を防ぐ働きを有する。さらに、ゲート絶縁膜１４及び遮光膜１７を覆うように表面保護膜１８が形成されている。表面保護膜１８は、該表面保護膜１８の下層が平坦に形成されていないため、表面保護膜１８の上面には凹部が形成される。表面保護膜１８の凹部に、第１の透明平坦化膜１９ａが形成されて、表面保護膜１８と第１の透明平坦化膜１９ａとの上面が平坦化された上に熱硬化型透明樹脂からなる第２の透明平坦化膜１９ｂが形成されている。さらに、第２の透明平坦化膜１９ｂ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は、画素毎に所定の色素（緑、赤及び青）を有するカラーフィルタ層、すなわち緑色カラーフィルタ層２０Ｇ、赤色カラーフィルタ層２０Ｒ及び青色カラーフィルタ層２０Ｂが集合した構成であり、図１５に示すような配列によって構成されている。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、該第３の透明平坦化膜１９ｃの上にマイクロレンズ２２が形成されている。マイクロレンズ２２は、各画素のカラーフィルタ層及び光電変換素子１３に対応するように凸球面状に設けられ、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。
【０００７】
特許文献１に記載された従来の固体撮像装置では、カラーフィルタ層２０を形成する際に、撮像領域に占める色の各画素の専有面積の総和の割合の最も多い色である緑色カラーフィルタ層２０Ｇはカラーフィルタ層２０を構成する第１層として平坦化膜１９ｂの上に形成することにより、下地膜である平坦化膜１９ｂとの接触面積を大きくさせるので、密着性が高まり膜剥がれを防止している。また、カラーフィルタ層２０を構成する第２層及び第３層のカラーフィルタ層、例えば第２層に赤色カラーフィルタ層２０Ｒ、第３層に青色カラーフィルタ層２０Ｂを形成する際に、緑色カラーフィルタ層２０Ｇと赤色カラーフィルタ層２０Ｒ又は青色カラーフィルタ層２０Ｂとの端部をオーバーラップするように形成することにより下地膜と直接接触する部分に加え、オーバーラップする部分も接着されるため、密着性が高まる。また、端部がオーバーラップするように形成されるカラーフィルタ層２０は、隣接するカラーフィルタ層２０同士の間に隙間が無いように形成されるため、カラーフィルタ層２０と下地層とが直接接触する部分の面積を大きくすることができる。このとき、単位画素における緑色カラーフィルタ層２０Ｇは、隣接する画素からの影響が発生しない範囲で、赤色カラーフィルタ層２０Ｒ及び青色カラーフィルタ層２０Ｂよりも大きい面積になるように形成されている。従って、緑色カラーフィルタ層２０Ｇは下地層との接着面積がより大きく確保されるため、膜剥がれ及びめくれを防止することができる。
【０００８】
このような特許文献１に記載された従来の固体撮像装置における、緑色画素と赤色画素との境界部に青色光が入射した場合、青色光は画素同士の境界部に形成された緑色カラーフィルタ層２０Ｇに吸収され、緑色カラーフィルタ層２０Ｇを通過して遮光膜１７等の表面で乱反射される光量は少ない。その結果、赤色カラーフィルタ層２０Ｒに挟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。また、図示は省略するが、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も、同様に、青色光は画素同士の境界部に形成された緑色カラーフィルタ層２０Ｇに吸収され、緑色カラーフィルタ層２０Ｇを通過して遮光膜１７等の表面で乱反射される光量は少ない。その結果、青色カラーフィルタ層２０Ｂに挟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。すなわち、画素同士の境界部に青色光が入射しても、赤色カラーフィルタ層２０Ｒに挟まれた緑色カラーフィルタ層２０Ｇの光電変換素子１３Ｇと、青色カラーフィルタ層２０Ｂに挟まれた緑色カラーフィルタ層２０Ｇの光電変換素子１３Ｇとの受光量に差は無い。
【０００９】
また、赤色光が入射した場合も同様である。緑色画素と赤色画素との境界部から赤色光が入射した場合、画素同士の境界部に形成された緑色カラーフィルタ層２０Ｇが赤色光を吸収し、緑色カラーフィルタ層２０Ｇを通過して乱反射する光量は少ない。その結果、赤色カラーフィルタ層２０Ｒに挟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。また、緑色画素と青色画素との境界部から赤色光が入射した場合も同様に、画素同士の境界部に形成された緑色カラーフィルタ層２０Ｇが赤い露光を吸収し、緑色カラーフィルタ層２０Ｇを通過して乱反射する光量は少ない。その結果、青色カラーフィルタ層２０Ｂに挟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。すなわち、画素同士の境界部に赤色光が入射しても、赤色カラーフィルタ層２０Ｒに挟まれた緑色カラーフィルタ層２０Ｇの光電変換素子１３Ｇと、青色カラーフィルタ層２０Ｂに挟まれた緑色カラーフィルタ層２０Ｇの光電変換素子１３Ｇとの受光量に差は無い。
【００１０】
このように、緑色カラーフィルタ層２０Ｇを画素サイズよりも大きく形成すると共に、赤色カラーフィルタ層２０Ｒ又は青色カラーフィルタ層２０Ｂの端部とオーバーラップさせてカラーフィルタ層２０を形成することによって、赤色カラーフィルタ層２０Ｒ又は青色カラーフィルタ層２０Ｂに挟まれた緑色カラーフィルタ層２０Ｇの光電変換素子１３Ｇの感度差が生じないため、カラーフィルタ層２０における各行又は列を構成する画素の配列によるライン濃淡を防止することができる。
【００１１】
なお、赤色光及び青色光が緑色カラーフィルタ層２０Ｇに吸収される分光特性を図４に示す。図４に示すように、赤色光及び青色光は、緑色フィルタによって吸収される。
【００１２】
従って、特許文献１に記載されたカラーフィルタ層は、緑色カラーフィルタ層２０Ｇと、赤色カラーフィルタ層２０Ｒ又は青色カラーフィルタ層２０Ｂとが端部で重なる構造とすることにより、カラーフィルタ層の密着性を向上させると共に感度むらに起因するライン濃淡の発生を防止している。
【００１３】
また、図１８は、特許文献２に示されるような従来の固体撮像装置に設けられたカラーフィルタ層の平面図である。図１９及び図２０は、図１８の断面構成を模式的に示したものであり、図１９（ａ）及び図２０（ａ）は図１８のXIXa−XIXa線の断面構成、図１９（ｂ）及び図２０（ｂ）は図１８のXIXb−XIXb線の断面構成を示している。
【００１４】
図１８に示すように、特許文献２に記載されたカラーフィルタ層は、従来の固体撮像装置と同様に緑色カラーフィルタ層２０Ｇが市松模様を形成するように並べられたカラーフィルタ層からなり、緑色カラーフィルタ層２０Ｇ同士が橋渡し部によって対角線方向に結合している。このように形成することにより、各画素同士の隙間が埋まり、密着性を強化することができると共に、赤色カラーフィルタ層２０Ｒに挟まれた緑色カラーフィルタ層２０Ｇの光電変換素子１３Ｇと、青色カラーフィルタ層２０Ｂに挟まれた緑色カラーフィルタ層２０Ｇの光電変換素子１３Ｇとの受光量の差を無くすことができる。
【００１５】
従って、特許文献２に記載されたカラーフィルタ層は、緑色カラーフィルタ層２０Ｇ同士を対角線方向に橋渡し部で結合させた構造とすることにより、カラーフィルタ層の密着性を向上させると共に感度むらに起因するライン濃淡を防止している。
【特許文献１】特開平１１−１５０２５２号公報
【特許文献２】特開２００１−２１７１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、緑色フィルタ層２０Ｇの大きさが画素サイズよりも大きくなるように形成されたカラーフィルタ層が設けられた、特許文献１及び特許文献２に記載の従来の固体撮像装置には、次のような問題がある。
【００１７】
まず、図１７及び図２０に示すように、画素と画素との境界部に斜め光ａが入射した場合に、緑色フィルタ層２０Ｇが大きく形成されているために、緑色フィルタ層２０Ｇを透過した光が隣接する赤色フィルタ層２０Ｒ又は青色カラーフィルタ層２０Ｂに入射する場合がある。これにより、混色が発生し、精細な画像を得ることができない。
【００１８】
また、図１７及び図２０に示すように、画素と画素との境界部に斜め光ｂが入射すると、斜め光ｂが緑色カラーフィルタ層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に入射する場合がある。その結果、赤色分光特性において、緑色波長での短波長成分の一部が上乗せされるため、赤色感度が高くなる。同様に、斜め光ｂが入射して、斜め光ｂが緑色カラーフィルタ層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に入射する場合、青色分光特性において、緑色波長での長波長成分の一部が上乗せされるため、青色感度が高くなる。このため、正確な感度を得ることができない。
【００１９】
また、特許文献１に記載されたカラーフィルタ層のように、緑色カラーフィルタ層２０Ｇ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は困難である。すなわち、斜め光の影響が少なく、且つ、ライン濃淡の抑制に有効なリサイズ量を決定することは非常に難しい。
【００２０】
また、所望の分光特性を得るためにはカラーフィルタ層を形成する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が、カラーレジストの膜厚が厚くなると、フォトリソグラフィ技術における露光工程で、例えば紫外線（ｉ線）を使用して照射すると照射対象であるカラーレジストにｉ線が吸収されてしまい深部まで届きにくくなる傾向がある。深部への露光が十分になされないと光重合反応が不十分となるため、膜剥がれが発生しやすくなる。さらに、顔料粒子の微粒子化は非常に困難であり、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は避けられないため、顔料分散型カラーレジストの薄膜化が困難である。なお、光重合反応が不十分なことによる膜剥がれを防止するために、露光時間を長くする対策がとられているが、露光時間が長くなると入射光が顔料粒子にあたり乱反射を繰り返す時間が長くなるため、端部の形状が悪化して固体撮像装置として精細な画像を得ることができなくなるという問題を引き起こすことになる。
【００２１】
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膜厚が厚いため、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。すなわち、第１層目に形成される緑色カラーフィルタ層２０Ｇは台形形状（上底寸法＜下底寸法）の断面形状を有する。特許文献１に記載されるような固体撮像装置では、第２層目（例えば赤色カラーフィルタ層２０Ｒ）及び第３層目に形成されるカラーフィルタ層（例えば青色カラーフィルタ層２０Ｂ）が、第１層目に形成された緑色カラーフィルタ層２０Ｇのパターンの端部を覆うように形成されるため、赤色カラーフィルタ層２０Ｒ及び青色カラーフィルタ層２０Ｂの端部は中央部に比べ光電変換素子１３からの高さが高くなる。その結果、図１７（ａ）に示したように、斜め光が隣接する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ことになる。
【００２２】
また、特に、カラーフィルタ層２０の端部をオーバーラップさせる構造では、画素同士の境界部での膜厚が厚くなるため、光電変換素子１３からマイクロレンズ２２までの距離が長くなる。このため、固体撮像装置としての光学特性に悪影響を及ぼす。
【００２３】
さらに、画素サイズの微細化に伴ってカラーフィルタ層２０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。アライメントずれが発生すると、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なるため、更に大きな混色が発生して、所望の分光特性が得られないという問題が発生する。
【００２４】
また、ベイヤ配列のカラーフィルタ層で緑色カラーフィルタ層が市松模様に形成される際に、カラーレジスト材料の解像度が悪いため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。この輪郭の歪みには規則性がないため、マスク設計での対策が困難である。
【００２５】
また、特許文献２に記載の固体撮像装置では、第１層目に形成する着色パターンである緑色フィルタ層の形成において、市松状の単位画素は連結部で結ばれているが、現実には感光性着色レジストの解像力が悪いため、画素を微細化した場合、連結部の形状を同一形状に保つことは困難である。その結果、連結部の膜厚及び形状が不揃いとなり、最悪の場合は連結部が形成されなくなったり、単位画素の形状が歪んだりすることがある。更に、その後に形成する赤色フィルタと青色フィルタとは、緑色フィルタに包囲された領域に形成するため、合せずれが発生した場合には一方では隣接するカラーフィルタ間に隙間ができ、一方では緑色フィルタ部に重なってしまうことになる。その結果、カラーフィルタ層が平坦に形成されなくなり、マイクロレンズ下の平坦化膜の薄膜化が困難となること、又はその後に形成するマイクロレンズの形状が不均一となることが生じる。このような状態で固体撮像装置を製造した場合、感度むらが発生するため光学特性が悪化する。更に、固体撮像装置として薄膜化が達成されなければ、感度、スミア及びシェーディング等の光学特性の悪化が想定されることになる。
【００２６】
本発明は、前記従来の問題に鑑み、画素の微細化に対し、合せマージンを大きく確保して、隙間のない安定したカラーフィルタのパターンを形成することにより、感度むら及び混色等を防止でき、感度、スミア及びシェーディング等に優れた光学特性を得られるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
前記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、撮像領域に占める面積の総和の割合が最も多いカラーフィルタ層を２回に分けて形成する構成とする。
【００２８】
具体的に、本発明に係る固体撮像装置は、基板上に行列状に設けられた光電変換素子と、光電変換素子に対応して光電変換素子の上方に形成され、色が互いに異なる複数のカラーフィルタ層とを備え、面積の総和の割合が最も多い色を持つ一のカラーフィルタ層はカラーフィルタ層における最下層と最上層との２層から形成されることを特徴とする。
【００２９】
本発明の固体撮像装置によると、各画素での端部が精度良く形成されるため寸法ばらつきが改善される。従って、入射光に対してライン毎の感度ばらつきが軽減され、混色、ライン濃淡及び感度ばらつき等が改善される。また、最下層及び最上層を形成する露光工程において、光が内部まで届きやすくなるため、光重合反応が不十分なことによる膜剥がれを防止することができる。
【００３０】
本発明の固体撮像装置において、最下層は、最上層よりも幅が広いことが好ましい。
【００３１】
このようにすると、撮像領域に占める面積の総和の割合が最も多い色の一のカラーフィルタ層を形成する最下層の下地層との接着面積が大きくなり密着性が高まると共に、最上層は最下層の上に形成されるため、密着性を強固にすることができる。
【００３２】
本発明の固体撮像装置において、最下層は最上層よりも広い幅を有し、最上層は、他の複数のいずれのカラーフィルタ層よりも幅が広いことが好ましい。
【００３３】
このようにすると、一のカラーフィルタ層を構成する最下層及び最上層が、他の複数のカラーフィルタ層よりも広い幅を有するように、画素サイズよりも大きく形成されるため、隣接する画素同士の間の隙間を無くすことができる。
【００３４】
本発明の固体撮像装置において、一のカラーフィルタ層は、最下層の膜厚と最上層の膜厚との和によって、所望の分光特性が得られる膜厚を有しており、最下層の膜厚は、一のカラーフィルタ層の膜厚の１／２以下であることが好ましい。
【００３５】
このようにすると、最下層の端部におけるエッジ形状を基板に対して垂直に近くなるように改善することができると共に、寸法精度を向上させることができる。従って、歪みの少ない最下層を形成することができる。また、最下層を形成する露光工程において、光重合反応を十分行うことができる。
【００３６】
本発明の固体撮像装置において、一のカラーフィルタ層は、最下層の膜厚と最上層の膜厚との和によって、所望の分光特性が得られる膜厚を有しており、最上層の膜厚は、一のカラーフィルタ層の膜厚の１／２以上であることが好ましい。
【００３７】
このようにすると、最下層の膜厚を一のカラーフィルタ層の所望の膜厚の１／２以下にすることができるため、歪みの少ない最下層を形成することができる。また、一のカラーフィルタ層を形成する露光工程において、最下層及び最上層の光重合反応を十分行うことができる。
【００３８】
本発明の固体撮像装置において、他の複数のカラーフィルタ層は、該他の複数のカラーフィルタ層の端部が最下層と最上層とによって挟まれていることが好ましい。
【００３９】
このようにすると、最下層の上に形成された他の複数のカラーフィルタ層の端部の盛り上がり高さ及び角度を小さくすることができる。従って、他の複数のカラーフィルタ層の端部におけるエッジ形状を改善することができる。また、最下層の上に形成された他の複数のカラーフィルタ層の端部を最上層が挟む構成であるため、最上層は、他の複数のカラーフィルタ層が形成されていない部分に埋め込まれるように形成される。従って、各画素での端部が精度良く形成されて、隣接する画素同士の間に隙間が形成されることが無くなり、寸法ばらつきも改善することができる。従って、画素と画素との境界部に入射した光によって発生するライン濃淡を防止することができる。また、基板に対して斜めの角度を有する光が画素と画素との境界部に入射しても、隣接するカラーフィルタ層からの混色を防止することができるため、混色、ライン濃淡及び感度ばらつきを改善することができる。
【００４０】
本発明の固体撮像装置において、一のカラーフィルタ層は緑色であることが好ましい。
【００４１】
本発明の固体撮像装置において、一のカラーフィルタ層は緑色であり、他の複数のカラーフィルタ層は赤色及び青色であることが好ましい。
【００４２】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、基板上に行列状に光電変換素子が設けられ、該光電変換素子に対応して色が互いに異なる複数のカラーフィルタ層が形成された固体撮像装置の製造方法を対象とし、面積の総和の割合が最も多い色を持つ一のカラーフィルタ層における、所望の分光特性が得られる膜厚の１／２以下の膜厚を有する第１の層を形成する工程と、他の複数のカラーフィルタ層の端部が第１の層の上に設けられるように他の複数のカラーフィルタ層を形成する工程と、第１の層の上に、第１の層よりも幅が小さく且つ膜厚が同一以上を有し、他の複数のカラーフィルタ層の端部を第１の層と挟むように第２の層を形成する工程とを含むことを特徴とする。
【００４３】
本発明の固体撮像装置の製造方法によると、撮像領域に占める面積の総和の割合が最も多い色の一のカラーフィルタ層が複数のカラーフィルタ層を構成する最下層と最上層との２層から形成することができる。また、一のカラーフィルタ層を構成する２層によって他の複数のカラーフィルタ層の端部を挟み、最下層及び最上層は他の複数のカラーフィルタ層の幅よりも広い幅を有し、最下層は最上層の厚さと同一以下の厚さを有する一のカラーフィルタ層を有する固体撮像装置を製造することができる。
【００４４】
本発明の固体撮像装置の製造方法において、第１の層及び第２の層は、同一のフォトマスクを用いて形成することが好ましい。
【００４５】
このようにすると、製造コストの増加を抑制することができる。
【００４６】
本発明の固体撮像装置の製造方法において、一のカラーフィルタ層は緑色であることが好ましい。
【００４７】
本発明の固体撮像装置の製造方法において、一のカラーフィルタ層は緑色であり、他の複数のカラーフィルタ層は赤色及び青色であることが好ましい。
【発明の効果】
【００４８】
本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法によると、カラーフィルタ層の膜剥がれ及びカラーフィルタ層同士の間に隙間が生じることがないカラーフィルタ層を精度良く形成することができるため、光学特性に優れた固体撮像装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４９】
本発明の固体撮像装置について図面を参照しながら説明する。
【００５０】
図１は本発明に係る固体撮像装置に設けられたカラーフィルタ層をレンズ側から見た平面図である。
【００５１】
図１に示すように、本発明に係る固体撮像装置は従来の固体撮像装置と同様に、緑色カラーフィルタ層が市松模様を形成するように並べられ、他の部分を行又は列毎に青色カラーフィルタ層と赤色カラーフィルタ層とが交互に並べられたカラーフィルタ層によって構成されている。
【００５２】
図２（ａ）は図１のIIa−IIa線における断面構成すなわちカラーフィルタ層の配列の行に沿った断面構成を示し、図２（ｂ）は図１のIIb−IIb線の断面構成すなわちカラーフィルタ層の対角線方向の断面構成を示しており、それぞれ光電変換素子４個分を示している。
【００５３】
図２に示すように、本発明に係る固体撮像装置１０は、第１の伝導型（例えばＮ型）の半導体基板１１の上に、半導体基板１１とは逆特性である第２の伝導型（例えばＰ型）の半導体ウエル（Ｐウエル）層１２が形成され、Ｐウエル層１２の上部に光電変換を行う複数の光電変換素子１３が形成されている。光電変換素子１３は、第１の導電型の半導体領域で構成され、平面的に見てマトリクス状に配列されている。
【００５４】
Ｐウエル層１２と光電変換素子１３との上にゲート絶縁膜１４が形成されている。平面的に見て光電変換素子１３同士の間の領域に形成されたゲート絶縁膜１４の上に多結晶シリコンからなる転送電極１５が形成され、転送電極１５の上面及び側面に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の上面及び側面並びに光電変換素子１３の開口部を除く半導体基板１１の上面にタングステン（Ｗ）等からなる遮光膜１７が形成されている。ゲート絶縁膜１４及び遮光膜１７の上面にシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ）等からなる表面保護膜１８が形成されている。表面保護膜１８は、ゲート絶縁膜の上に形成された転送電極１５、層間絶縁膜１６及び遮光膜１７が覆われるように形成されるため、ゲート絶縁膜１４と接触する部分すなわち光電変換素子１３の開口部の上となる部分に凹部が形成されている。該凹部にはフェノール系樹脂等を主成分とする感光性透明膜からなる第１の透明平坦化膜１９ａが形成されて、第１の透明平坦化膜１９ａと表面保護膜１８との上面によって同一平面が形成されている。
【００５５】
表面保護膜１８及び第１の透明平坦化膜１９ａによる同一平面の上にアクリル系熱硬化型透明樹脂からなる第２の透明平坦化膜１９ｂが形成されて、第２の透明平坦化膜１９ｂの上に、緑色フィルタ層２０Ｇ、赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂからなるカラーフィルタ層２０が形成されている。各色のカラーフィルタ層２０は、下層の光電変換素子１３と対応している。
【００５６】
緑色フィルタ層２０Ｇは、カラーフィルタ層２０における最下層である第１の緑色フィルタ２１ａと第１緑色フィルタ層２１ａの上に積層され、カラーフィルタ層２０における最上層である第２の緑色フィルタ２１ｂとから構成されており、第１緑色フィルタ層２１ａと第２緑色フィルタ層２１ｂとによって所望の分光特性が得られる膜厚を有している。また、緑色フィルタ層２０Ｇは図１に示したように光電変換素子１３に対応して、市松模様を形成するように、光電変換素子１３の開口部よりも広く形成されている。また、第１緑色フィルタ層２１ａは、第２緑色フィルタ層２１ｂと同一以下の膜厚を有すると共に、第２緑色フィルタ層２１ｂよりも大きな面積を占めるように形成されている。さらに、第１緑色フィルタ層２１ａと第２緑色フィルタ層２１ｂとによって赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂの端部を挟むサンドイッチ構造を形成している。
【００５７】
カラーフィルタ層２０の上に、アクリル系樹脂を主成分とする熱硬化性透明樹脂からなる第３の透明平坦化膜１９ｃを形成し、第３の透明平坦化膜１９ｃの上に各画素に対応するようにマイクロレンズ２２が形成されている。
【００５８】
本発明に係る固体撮像装置によると、各光電変換素子１３に対応するカラーフィルタ層の幅は、撮像領域の占有面積の総和の割合が最も多い緑色フィルタ層２０Ｇが最も広く形成されて、緑色カラーフィルタ層２０Ｇを第１緑色フィルタ層２１ａ及び第２緑色フィルタ層２１ｂとによって構成し、且つ、第１緑色フィルタ層２１ａは第２緑色フィルタ層２１ｂよりも大きな面積を占め、同一以下の膜厚を有している。このように、各光電変換素子１３に対する面積も撮像領域の占有面積の総和の割合が最も多い緑色フィルタ層２０Ｇが赤色フィルタ層２０Ｒ又は青色フィルタ層２０Ｂよりも広いため、第２の透明平坦化膜１９ｂとの密着性を向上させている。また、緑色フィルタ層２０Ｇを２層に分けて形成することにより、それぞれの膜厚が薄くなるため、フォーカスマージン、露光マージン及びアライメントマージン等のプロセスマージンを拡張することができる。また、特に緑色カラーレジストは露光工程での紫外線（例えばｉ線）の透過率が低いため深部での光重合反応が不十分となる結果、膜剥がれが発生する問題があったが、２層に分けたカラーレジストのそれぞれに露光することになるためカラーレジストの深部に入射光が届きやすくなるので、光重合反応を十分行うことができて、膜剥がれを防止することができる。また、オーバー露光する必要もないため、端部の解像度を悪化させることがないので固体撮像装置として精細な画像を得ることができる。
【００５９】
また、第１緑色フィルタ層２１ａの上に該第１緑色フィルタ層２１ａよりも小さな面積を有する第２緑色フィルタ層２１ｂを積層して緑色フィルタ層２０Ｇを形成し、赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂの端部を第１の緑色カラーフィルタ層２１ａと第２緑色フィルタ層２１ｂとによってサンドイッチ構造を形成している。従って、赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂの端部は第１緑色フィルタ層２１ａの上に形成されるため、遮光膜１７等からのハレーションを防止することができ、端部の解像度を向上させることもできる。さらに、第２緑色フィルタ層２１ｂは第１緑色フィルタ層２１ａに積層して形成されるため密着性に優れ、赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂの端部を挟むサンドイッチ構造においても端部での密着性が向上し、膜剥がれに対する十分なマージンを確保することができる。
【００６０】
このように、各画素の端部、特に四隅でのカラーフィルタ層２０同士の隙間が無くなるため、遮光膜１７に入射した光の散乱光を一定に保持することが可能となるので、各画素間で発生する感度むらを解消することができる。
【００６１】
図３は、本実施形態に係る固体撮像装置における画素と画素との境界部に光が入射する際の断面構成を示しており、（ａ）は図１のIIa−IIa線、（ｂ）は図１のIIb−IIb線における断面図である。
【００６２】
図３に示すように、画素と画素との境界部に、半導体基板１１に対してほぼ垂直な青色光又は赤色光が入射する場合を考える。
【００６３】
画素と画素との境界部に青色光が入射した場合、緑色フィルタ層２０Ｇが赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂよりも大きく形成されているため、入射光が通過する領域には緑色フィルタ層２０Ｇが形成されている。青色光は、第１緑色フィルタ層２１ａ及び第２緑色フィルタ層２１ｂによって青色分光の大部分が吸収されるため、遮光膜１７等の表面で乱反射される光量は少なくなるので、青色フィルタ層２０Ｂに囲まれた緑色フィルタ層２０Ｇに対応する光電変換素子１３Ｇでの受光量及び赤色フィルタ層２０Ｒに囲まれた緑色フィルタ層２０Ｇに対応する光電変換素子１３Ｇでの受光量はほとんど増加しない。また、画素と画素との境界部に赤色光が入射した場合も同様に、境界部に形成された緑色フィルタ層２０Ｇにより赤色分光の大部分が吸収されるため、遮光膜１７等の表面で乱反射される光量は少なくなる。よって、青色フィルタ層２０Ｂに囲まれた緑色フィルタ層２０Ｇに対応する光電変換素子１３Ｇでの受光量及び赤色フィルタ層２０Ｒに囲まれた緑色フィルタ層２０Ｇに対応する光電変換素子１３Ｇでの受光量はほとんど増加しない。
【００６４】
このように、青色光が入射した場合でも赤色光が入射した場合でも、青色フィルタ層２０Ｂに囲まれた緑色フィルタ層２０Ｇに対応する光電変換素子１３Ｇの受光量と、赤色フィルタ層２０Ｒに囲まれた緑色フィルタ層２０Ｇに対応する光電変換素子１３Ｇとの間に受光量の差は生じないため、青色光によるライン濃淡及び赤色光によるライン濃淡は発生しない。
【００６５】
図４（ａ）は青色光が緑色フィルタ層によって吸収されたときの分光特性を示し、図４（ｂ）は赤色光が緑色フィルタ層によって吸収されたときの分光特性を示している。図４は、青色光又は赤色光の分光特性を点線で示し、緑色フィルタ層の分光特性を一点鎖線で示し、青色光又は赤色光が緑色フィルタ層によって吸収された分光特性を実線で示している。
【００６６】
図４に示すように、青色光及び赤色光は緑色フィルタ層によってほとんど吸収されてしまうことがわかる。青色光又は赤色光が緑色フィルタ層を通過しない場合には、青色光又は赤色光がそのまま通過することがわかる。従って、緑色フィルタ層を赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂよりも大きく形成して、画素と画素との間から入射した光が通過するようにすれば、画素と画素との間に入射する光による影響がほとんど無いためライン濃淡を防止することができる。
【００６７】
図５は、本実施形態に係る固体撮像装置における半導体基板に対して斜めの角度を有する光が画素と画素との境界部に入射する際の断面構成を示しており、（ａ）は図１のIIa−IIa線、（ｂ）は図１のIIb−IIb線における断面図である。
【００６８】
図５に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置は、半導体基板に対して斜めの角度を有する光が画素と画素との境界部に入射したとしても、その入射光は、緑色フィルタ層２０Ｇのみを通過するか、赤色フィルタ層２０Ｒ又は青色フィルタ層２０Ｂのどちらか一方を通過するため、緑色フィルタ層２０Ｇと赤色フィルタ層２０Ｒ又は青色フィルタ層２０Ｂとを通過することがない。すなわち、画素毎に緑色フィルタ層２０Ｇが赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂよりも大きな面積を有するように形成され、且つ、緑色フィルタ層２０Ｇが２層からなり、下層である第１緑色フィルタ層２１ａが上層の第２緑色フィルタ層２１ｂよりも幅が大きく、膜厚が同一以下に形成されるため、画素と画素との境界部に斜め光が入射しても、隣接するカラーフィルタ層の影響を受けにくい。従って、緑色フィルタ層２０Ｇに囲まれた青色フィルタ層２０Ｂ又は赤色フィルタ層２０Ｒでの混色が生じることを防止することができるため、精細な画像を得ることができる。また、緑色フィルタ層によって囲まれた青色フィルタ層２０Ｂ又は赤色フィルタ層２０Ｒの感度が隣接する緑色フィルタ層２０Ｇからの混色によって増加することはない。
【００６９】
このように、本実施形態に係る固体撮像装置によると、第１緑色フィルタ層２１ａの膜厚が所望の膜厚の１／２以下となるため、第１緑色フィルタ層２１ａの上に形成される赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂの端部の半導体基板１１からの盛り上がり高さ及び角度を小さくすることができる。また、赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂの端部が第１緑色フィルタ層２１ａの上に形成されるため、遮光膜１７からのハレーションを軽減させることができる。さらに、赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂの端部の膜厚が薄く形成されるため、各カラーフィルタ層の端部を精度良く形成することができる。
【００７０】
次に、本実施形態に係る固体撮像装置１０の製造方法について図６〜図１３を用いて説明する。図６、図８、図１０及び図１２は平面構成を示し、図７、図９、図１１及び図１３は断面構成を示している。
【００７１】
図６は、半導体基板１１の上に表面保護膜１８が形成された状態をレンズが形成される側から見た平面図であり、図７（ａ）は図６に示す工程のVIIa−VIIa線、図７（ｂ）はVIIb−VIIb線の断面構成を示している。
【００７２】
図６及び図７に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置１０は、第１の導電型、例えばＮ型半導体基板１１の上に、第１の導電型とは逆特性となる第２の導電型のＰウエル層１２を形成し、Ｐウエル層１２の上部に複数のＮ型拡散層からなる光電変換素子１３を形成する。平面的に見て、光電変換素子１３はマトリクス状に形成されており、フォトリソグラフィ工程、イオン注入工程及び熱拡散工程を繰り返すことによって形成する。
【００７３】
次に、Ｐウエル層１２及び光電変換素子１３の上にゲート絶縁膜１４を形成し、ゲート絶縁膜１４の上に多結晶シリコンからなる転送電極１５を形成する。転送電極１５は平面的に見て光電変換素子１３同士の間の領域に形成し、転送電極１５の側面及び上面である表面を電気的に絶縁するために層間絶縁膜１６で覆い、さらに、層間絶縁膜１６をタングステン等からなる遮光膜１７を形成して覆う。
【００７４】
次に、ゲート絶縁膜１４及び遮光膜１７の上に、例えば熱フローによってホウ素−リンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ膜）又はＳｉＯＮ膜等の表面保護膜１８を形成する。さらに、図示は省略するが、アルミ合金等からなる配線、該配線を保護するために例えばＳｉＯＮ膜等を堆積させ、電極取り出し用のボンディングパッドを形成する。ここで、光電変換素子１３の上部で且つ転送電極１５が形成されていない領域には凹部が形成されている。
【００７５】
図８は、表面保護膜１８に形成された凹部を埋めて、その上部に第１緑色フィルタ層２１ａが形成された状態の平面図であり、図９（ａ）及び図９（ｂ）は、図８に示す工程のIXa−IXa線及びIXb−IXb線の断面構成をそれぞれ示している。
【００７６】
図８及び図９に示すように、Ｎ型半導体基板１１の上に転送電極１５及び配線を設けることによって形成された凸部の間に形成される凹部には、後の工程で形成するカラーフィルタ層を精度良く形成するための前処理として、第１の透明平坦化膜１９ａを形成する。第１の透明平坦化膜１９ａは、所定のフォトマスクを用いて、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、さらに、紫外線照射により透過率が高められる。また、第１の透明平坦化膜１９ａの形成方法は、感光性透明レジストを塗布、露光及び現像によって凹部に埋め込む方法に代えて、透明レジスト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、又は、それらの方法を複合して平坦性を一層向上させる方法等により形成することができる。
【００７７】
次に、表面保護膜１８及び第１の透明平坦化膜１９ａの上に、カラーフィルタ層との密着性を向上させ現像残渣を低減するための前処理として、第２の透明平坦化膜１９ｂを形成する。第２の透明平坦化膜１９ｂは、例えばアクリル系熱硬化型透明樹脂又はヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）膜を用いて、表面保護膜１８及び第１の透明平坦化膜１９ａの上に塗布し、熱処理を施して硬化させることによって形成する。
【００７８】
次に、第２の透明平坦化膜１９ｂの上に、平面的に見て、光電変換素子１３に対応して、市松模様を形成するように第１の緑色カラーフィルタ層２１ａを形成する。第１の緑色カラーフィルタ層２１ａ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感光性ネガ型緑色カラーレジストを第２の透明平坦化膜１９ｂの上に塗布し、所定のフォトマスクを用いて露光工程及び現像工程を経て形成される。このとき、画素同士の境界部においてカラーフィルタ層同士の隙間を発生させないようにするため、第１緑色フィルタ層２１ａの幅は、対応する画素よりも幅を大きく形成できるようなフォトマスクを用いて形成する。また、第１の緑色フィルタ２１ａの膜厚は、所望とする膜厚の１／２以下となるように感光性ネガ型緑色カラーレジストが塗布される。ここでの膜厚は、後に形成する赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂの端部の盛り上がり高さ及び角度を抑えること、遮光膜１７からのハレーションを軽減させること、輪郭を精度よく形成すること、及びマスク合せのずれが生じること等を考慮して決定する。すなわち、端部の盛り上がり高さ及び角度の抑制並びにマスク合わせのずれの抑制に対しては、薄膜であることが望ましいが、ハレーションの抑制及び輪郭を精度良く形成するためには厚膜であることが望ましい。また、更なる薄膜化を考慮した場合、第２の透明平坦化膜１９ｂの代わりに、例えばＨＭＤＳ膜を蒸気塗布した後に引き続いて、第１緑色フィルタ層２１ａを形成するための緑色カラーレジストを塗布しても良い。
【００７９】
ここで、第１緑色フィルタ層２１ａの幅について説明する。
【００８０】
図１４は、第１緑色フィルタ層２１ａの幅を説明するための断面構成を示している。
【００８１】
図１４に示すように、固体撮像装置の単位画素の直列方向の断面構成において、単位画素の幅をａとし、光電変換素子の上部に形成された表面保護膜１８の開口部の幅をｂとすると、第１緑色フィルタ層２１ａの幅は、ａよりも大きく且つ２ａ−ｂの範囲に設定される。第１緑色フィルタ層２１ａの幅を広く設ければ、マスク合わせのマージンが少なくなるがカラーフィルタ層同士のオーバーラップ量が増加する。また、第１緑色フィルタ層２１ａの幅を狭く設ければ、カラーフィルタ層同士の間に隙間が形成される原因となる。
【００８２】
図１０は、赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂが形成された平面構成を示し、図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、図１０に示す工程のXIa−XIa線及びXIb−XIb線の断面構成をそれぞれ示している。
【００８３】
図１０及び図１１に示すように、第１緑色フィルタ層２１ａを形成した後、カラーフィルタ層２０を構成する赤色フィルタ層２０Ｒを形成する。赤色フィルタ層２０Ｒは、第１緑色フィルタ層２１ａが形成されていない画素に対して、一行おき及び１列おきとなるように所定の位置に形成する。赤色フィルタ層２０Ｒは、第１緑色フィルタ層２１ａと同様に、赤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レジストを塗布して、所定のフォトマスクを用いて、露光工程及び現像工程を経て形成する。ここで、赤色フィルタ層２０Ｒは、第１緑色フィルタ層２１ａの幅よりも小さく形成し、端部が第１緑色フィルタ層２１ａの上になるように形成する。
【００８４】
次に、赤色フィルタ層２０Ｒを形成した後に、青色フィルタ層２０Ｂを形成する。青色フィルタ層２０Ｂは、第１緑色フィルタ層２１ａ及び赤色フィルタ層２０Ｒが形成されていない所定の位置に形成する。青色フィルタ層２０Ｂも赤色フィルタ層２０Ｒと同様に青色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レジストを塗布して、所定のフォトマスクを用いて、露光工程及び現像工程を経て形成する。ここで、青色フィルタ層２０Ｂは、第１緑色フィルタ層２１ａの幅よりも小さく形成し、端部が第１緑色フィルタ層２１ａの上になるように形成する。
【００８５】
ここでは青色フィルタ層２０Ｂを赤色フィルタ層２０Ｒよりも後に形成しているが、赤色フィルタ層２０Ｒと青色フィルタ層２０Ｂとは第１緑色フィルタ層２１ａの後であれば、どちらを先に形成してもよい。
【００８６】
図１２は、第１緑色フィルタ層２１ａの上に第２緑色フィルタ層２１ｂが積層された平面構成を示し、図１３（ａ）及び図１３（ｂ）は、図１２に示す工程のXIIIa−XIIIa線及びXIIIb−XIIIb線の断面構成をそれぞれ示している。
【００８７】
図１２及び図１３に示すように、第１緑色フィルタ層２１ａ、赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂの上に、第１緑色フィルタ層２１ａを形成したレジストと同様の感光性ネガ型緑色カラーレジストを塗布する。このときの感光性ネガ型緑色カラーレジストの膜厚は、第１緑色フィルタ層２１ａの膜厚と合わせて、緑色フィルタ層として所望の膜厚が得られる厚さとなるように塗布する。
【００８８】
次に、第１緑色フィルタ層２１ａを形成したときに使用したフォトマスクと同一のフォトマスクを用いて、露光を行う。このとき、第２緑色フィルタ層２１ｂの幅の方が第１緑色フィルタ層２１ａの幅よりも小さくなるような露光条件とする。次いで、現像工程を行って、第２緑色フィルタ層２１ｂを形成する。
【００８９】
このようにして形成された第２緑色フィルタ層２１ｂは、第１緑色フィルタ層２１ａの上に、第１緑色フィルタ層２１ａよりも小さい幅を有するように形成され、赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂの端部を第１緑色フィルタ層２１ａと第２緑色フィルタ層２１ｂとで挟み込むように形成する。
【００９０】
次に、図示は省略するが、マイクロレンズ２２を精度良く形成するために、第３の透明平坦化膜１９ｃを形成する。緑色フィルタ層２０Ｇ、赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂからなるカラーフィルタ層２０の上に、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塗布し、ホットプレート等によるベークによって硬化させる工程を複数回繰り返して第３の透明平坦化膜１９ｃを形成し、カラーフィルタ層２０の上面を平坦化する。さらに、感度を向上させるため及び入射角の依存性を改善するため等を目的としてカラーフィルタ層２０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行う。
【００９１】
次に、第３の透明平坦化膜１９ｃの上における各光電変換素子１３の上方となる位置に、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、上面が凸状となるマイクロレンズ２２を形成する。マイクロレンズ２２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２２のポストベークは、カラーフィルタ層２０の分光特性が劣化することを防ぐために、２００℃以下の温度で実行することが望ましい。
【００９２】
以上のような工程により、図１及び図２に示した固体撮像装置１０が製造される。
【００９３】
本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によると、緑色フィルタ層２０Ｇを第１緑色フィルタ層２１ａと第２緑色フィルタ層２１ｂとの２層によって構成し、その２層によって赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂの端部を挟むサンドイッチ構造が形成されるため、画素同士の間に隙間が形成されることを防止することができ、安定したカラーフィルタ層を製造することができる。このため、画素と画素との境界部に入射する斜め光によって隣接するカラーフィルタ層２０との混色を防止することができ、感度むらを解消することができる。また、ライン濃淡及び色むら等の光学特性を改善することができる。
【００９４】
さらに、緑色フィルタ層２０Ｇを２層で構成することにより、画素同士の間の隙間を防止すると共に、第１緑色フィルタ層２１ａの上に形成される赤色フィルタ層２０Ｒ及び青色フィルタ層２０Ｂの端部の盛り上がりの高さ及び角度が緩和されるため、マイクロレンズ２２の下面から光電変換素子１３までの距離を短くすることができる。このため、固体撮像装置として精細な画像を得ることができる。
【００９５】
また、カラーフィルタ層２０の周辺部の膜厚を薄く形成することができるため、精度の良いカラーフィルタ層２０を形成することができる。このため、画素間での色むらを防止することができ、固体撮像装置としてのライン濃淡や色シェーディングを改善することができる。
【００９６】
また、第１緑色フィルタ層２１ａと第２緑色フィルタ層２１ｂとを同一のフォトマスクを用いて形成することが可能である。このため、本実施形態に係る固体撮像装置の特徴的な構造を製造コストの増加を抑えて実現することができる。
【００９７】
なお、本実施形態に係る固体撮像装置及びその製造方法は、上記の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に実施することができる。
【００９８】
例えば、本実施形態では、カラーフィルタ層の例として、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、解像度及び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、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。
【００９９】
また、カラーフィルタ層は、所定の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レジストを用いて形成しているが、染料又は顔料を含むレジストとして、周知の染料内添型カラーレジスト及び顔料分散型カラーレジスト等から選択して形成してもよく、また、それらを併用して形成することも可能である。
【０１００】
また、第１の透明平坦化膜１９ａは、感光性透明樹脂を用いて周知のフォトリソグラフィ技術による形成に代えて、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してもよい。
【０１０１】
また、第２の透明平坦化膜１９ｂは、カラーフィルタ層の密着性を高める目的で形成しているが、密着強度が保証されれば省略可能である。
【０１０２】
また、光電変換素子１３の上に上凸レンズ又は下凸レンズを形成し更に集光を強化した構造においても本発明を適用することは可能である。
【０１０３】
さらに、カラーフィルタ層及びマイクロレンズ２２の形成時に、用途に応じて射出瞳補正を施したフォトマスクを用いる構造においても、本発明を適用することは可能である。
【０１０４】
また、本実施形態ではＣＣＤ型の固体撮像装置に適用した場合を想定しているが、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適用することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１０５】
本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法は、カラーフィルタ層の膜剥がれ及びカラーフィルタ層同士の間に隙間が生じることのないカラーフィルタ層を精度良く形成することができ、カラーフィルタ層が形成されたカラー固体撮像装置及びその製造方法に有用である。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置のカラーフィルタ層を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の断面構成を示し、（ａ）は図１のIIa−IIa線における断面図であり、（ｂ）は図１のIIb−IIb線の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の断面における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り、（ａ）は図１のIIa−IIa線における断面図であり、（ｂ）は図１のIIb−IIb線の断面図である。
【図４】（ａ）は青色光が緑色フィルタ層で吸収された分光特性を示し、（ｂ）は赤色光が緑色フィルタ層で吸収された分光特性を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の断面における画素と画素との境界部に斜め光が入射する様子を示す図であり、（ａ）は図１のIIa−IIa線における断面図であり、（ｂ）は図１のIIb−IIb線の断面図である。
【図６】本発明の一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平面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示し、（ａ）は図６のVIIa-VIIa線における断面図であり、（ｂ）は図６のVIIb−VIIb線における断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示し、第１緑色フィルタ層までが形成された平面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示し、（ａ）は図８のIXa-IXa線における断面図であり、（ｂ）は図８のIXb−IXb線における断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示し、赤色フィルタ層及び青色フィルタ層までが形成された平面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示し、（ａ）は図１０のXIa-XIa線における断面図であり、（ｂ）は図１０のXIb-XIbにおける断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示し、第２緑色フィルタ層までが形成された平面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示し、（ａ）は図１２のXIIIa-XIIIa線における断面図であり、（ｂ）は図１２のXIIIb-XIIIb線における断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の第１緑色フィルタ層の寸法を決めるための説明図である。
【図１５】従来の固体撮像装置の三原色カラーフィルタの例を示す平面図である。
【図１６】従来の固体撮像装置の断面における画素と画素との境界部に光が入射する様子を示す断面図である。
【図１７】従来の固体撮像装置の断面における画素と画素との境界部に斜め光が入射する様子を示す断面図である。
【図１８】従来の固体撮像装置の三原色カラーフィルタの例を示す平面図である。
【図１９】従来の固体撮像装置の断面における画素と画素との境界部に光が入射する様子を示す断面図である。
【図２０】従来の固体撮像装置の断面における画素と画素との境界部に斜め光が入射する様子を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０７】
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
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
２０Ｒ  赤色カラーフィルタ層
２０Ｂ  青色カラーフィルタ層
２１ａ  第１緑色フィルタ層
２１ｂ  第２緑色フィルタ層
２２    マイクロレンズ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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