JP2007294552A - 固体撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】混色を低減する。
【解決手段】固体撮像装置は、基板３１に２次元状に設けられ光電変換を行う複数のフォトダイオード１５と、基板３１上に層間絶縁膜３９〜４１を介して形成された複数層の配線層４３〜４５と、各フォトダイオード１５に対応するように３１基板上にオンチップで形成された第１のカラーフィルタ４７Ｇ，４７Ｒ，４７Ｂとを備える。第１のカラーフィルタ４７Ｇ，４７Ｒ，４７Ｂは、それぞれ緑色光、赤色光及び青色光を選択的に透過させる。第１のカラーフィルタ４７Ｇ，４７Ｒ，４７Ｂは、その上面が最上の配線層４５の上面よりも低い位置に位置するように、形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、カラーフィルタを有する固体撮像装置に関するものである。

固体撮像装置は、ビデオカメラや電子カメラ等に広く用いられている。固体撮像装置では、光電変換を行う複数の受光部が基板に１次元状又は２次元状に設けられている。所定の配線を実現するため、複数層の配線層が、前記各受光部に対応する部分を避けるように、前記基板上に層間絶縁膜を介して形成されている。そして、カラー信号を得る固体撮像装置の場合、顔料を含むフォトレジスト等からなるカラーフィルタが、前記各受光部に対応するように前記基板上にオンチップで形成されている。ＲＧＢ系においては赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかのカラーフィルタが、補色系においてはシアン、マゼンタ、イエローのいずれかのカラーフィルタが、受光部に対応して配置されている。さらに、４色以上のカラーフィルタを使うこともある。

従来は、このような固体撮像装置では、カラーフィルタは、その下面が前記複数の配線層のうちの最上の配線層の上面よりも高い位置に位置するように、形成されていた（例えば、下記特許文献１）。
特開２００４−１１１８６７号公報

近年の固体撮像装置では、画素が高精細化されてきている。この高精細化によって、１画素が取り扱う電荷量は少なくなってきている。この高精細化に伴い、画素に所期の波長の光のみならず意図しない波長の光が入ってしまう混色が、大きな問題となってきている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、混色を低減することができる固体撮像装置を提供することを目的とする。

本発明者の研究の結果、前述した従来の固体撮像装置において混色の程度が大きい原因が、カラーフィルタの形成位置が高い位置に配置されていることによりカラーフィルタと受光部との間の間隔が広いことであることが判明した。そして、カラーフィルタを受光部との間の間隔が狭くなる位置に形成することで、混色を低減することができることが判明した。これらについては、後に図４及び図５を参照して詳述する。本発明は、このような新たな知見に基づいてなされたものである。

すなわち、前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による固体撮像装置は、基板に１次元状又は２次元状に設けられ光電変換を行う複数の受光部と、前記各受光部に対応する部分を避けるように、前記基板上に層間絶縁膜を介して形成された複数層の配線層と、前記各受光部に対応するように前記基板上にオンチップで形成された第１のカラーフィルタとを備え、前記複数の受光部のうちの少なくとも１つの受光部に対応するように形成された前記第１のカラーフィルタは、前記複数の受光部のうちの他の少なくとも１つの受光部に対応するように形成された前記第１のカラーフィルタとは異なる波長選択特性を有し、前記第１のカラーフィルタは、その上面が前記複数層の配線層のうちの最上の配線層の上面よりも低い位置に位置するように、形成されたものである。

ここで、「最上の配線層」とは基板から最も遠い側の配線層をいい、「上面」とは基板から遠い側の面をいい、「低い位置」とは基板に近い位置をいう。なお、前記基板としては、半導体基板等を用いることができる。

本発明の第２の態様による固体撮像装置は、前記第１の態様において、前記第１のカラーフィルタは、その上面が前記複数層の配線層のうちの最下の配線層の上面よりも低い位置に位置するように、形成されたものである。

なお、前記第１の態様では、前記第１のカラーフィルタは、その上面が基板側から２番目の配線層の上面よりも低い位置に位置するように、形成してもよい。

本発明の第３の態様による固体撮像装置は、前記第１又は第２の態様において、前記第１のカラーフィルタは、干渉効果による波長選択特性を持つように複数層からなる積層膜で構成されたものである。

前記第３の態様において、前記積層膜は、１層以上の低屈折率層及び１層以上の高屈折率層を含んでもよい。この場合、前記１層以上の低屈折率層の屈折率が１．６以下でかつ前記１層以上の高屈折率層の屈折率が１．８以上であってもよい。この場合、低屈折率層の層数及び高屈折率の層数は、例えば、それぞれ２以上でもよいし、それぞれ３以上でもよい。

本発明の第４の態様による固体撮像装置は、第３の態様において、前記積層膜は、１層以上の低屈折率層及び１層以上の高屈折率層を含み、前記１層以上の高屈折率層は、窒化シリコン又は酸化チタンを主成分とする材料で構成されたものである。

窒化シリコンに比べて酸化チタンの方が屈折率が大きいので、前記１層以上の高屈折率層は、窒化シリコンを主成分とする材料で構成するよりも、酸化チタンを主成分とする材料で構成する方が好ましい。これは、高屈折率層として屈折率がより大きいものを用いると、当該カラーフィルタの波長選択性をより高めることができる（例えば、緑色光を選択的に透過させるカラーフィルタの場合、青色光及び赤色光の透過率をより低下させることができる）ためである。

本発明の第５の態様による固体撮像装置は、前記第１又は第２の態様において、前記第１のカラーフィルタは、有機系材料で構成されたものである。この場合、前記第１のカラーフィルタは、単層膜でもよい。

本発明の第６の態様による固体撮像装置は、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記第１のカラーフィルタの上方に、前記各受光部に対応するように前記基板上にオンチップで形成された第２のカラーフィルタを備えたものである。

前記第２のカラーフィルタは、干渉効果による波長選択特性を持つように複数層からなる積層膜で構成してもよいし、あるいは、有機系材料で構成してもよい。前者の場合、前記積層膜は、１層以上の低屈折率層及び１層以上の高屈折率層を含んでもよい。この場合、前記１層以上の高屈折率層は、窒化シリコン又は酸化チタンを主成分とする材料で構成されてもよい。

本発明によれば、混色を低減することができる固体撮像装置を提供することができる。

以下、本発明による固体撮像装置について、図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］

図１は、本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置１を示す概略構成図である。本実施の形態による固体撮像装置１は、ＣＭＯＳ型固体撮像装置として構成されている。もっとも、本発明はＣＣＤ型などの他の固体撮像装置にも適用可能である。

図１に示すように、本実施の形態による固体撮像装置１は、一般的なＣＭＯＳ型固体撮像装置と同様に、垂直走査回路２と、水平走査回路３と、２次元状に配置された複数の単位画素４と、読み出し回路５と、出力アンプ６とを有している。各画素４のフォトダイオード１５（図１では図示せず。図２参照）が出力する電気信号が垂直走査回路２によって読み出し回路５に行単位で取り出され、水平走査回路３によって列単位で出力アンプ６を介して出力端子７に画像信号として出力されるようになっている。各画素４は、青色光を撮像するＢ画素、緑色光を撮像するＧ画素、赤色光を撮像するＲ画素としてそれぞれ割り当てられている。これらの配列としては、ベイヤー配列が採用されている。もっとも、これに限定されるものではなく、例えば、ストライプ配列等を採用してもよい。なお、各画素４を色毎に区別する場合には、Ｂ画素に符号４Ｂ、Ｇ画素に符号４Ｇ、Ｒ画素に符号４Ｒをそれぞれ付すものとする。なお、ここでは、ＲＧＢ系の画素としたが、それに限られるものではなく、補色系の画素としてもよい。

図２は、図１中の単位画素４を示す回路図である。各画素４は、図２に示すように、選択トランジスタ１１と、ソースフォロアの増幅トランジスタ１２と、リセットトランジスタ１３と、転送トランジスタ１４と、光電変換を行う受光部としてのフォトダイオード１５とから構成されている。図２において、Ｖｃｃは電源である。

図１及び図２に示すように、画素４の選択トランジスタ１１のゲートは行毎に選択線２０に共通に接続されている。画素４のリセットトランジスタ１３のゲートは、行毎にリセット線２１に共通に接続されている。画素４の転送トランジスタ１４のゲートは、行毎に転送線２２に共通に接続されている。画素４の選択トランジスタ１１のソースは、列毎に垂直信号線２３に共通に接続されている。選択線２０、リセット線２１及び転送線２２は、垂直走査回路２に接続されている。垂直信号線２３は、読み出し回路５に接続されている。

図３は、本実施の形態による固体撮像装置１のＢ画素４Ｂ、Ｇ画素４Ｇ及びＲ画素４Ｒを示す概略断面図である。図３に示すように、Ｂ画素４Ｂ、Ｇ画素４Ｇ及びＲ画素４Ｒは、基本的に同一の構造を有しているが、後述する第１のカラーフィルタ４７（４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒ）の波長選択特性は対応する色に合わせて異なっている。

図３に示すように、半導体基板としてのＮ型のシリコン基板３１上にＰ型ウエル３２が形成されている。各画素４Ｂ，４Ｇ，４Ｒにおいて、Ｐ型ウエル３２にＮ型層（Ｎ^＋）３３が形成されることで、フォトダイオード１５が構成されている。このフォトダイオード１５は、空乏化防止層をなす高濃度のＰ型層（Ｐ^＋＋）３４を基板表面側に付加した構造を有し、埋め込み型フォトダイオードとなっている。もっとも、フォトダイオード１５は、埋め込みフォトダイオードに代えて、空乏化防止層の無いフォトダイオードにしてもよい。

図３には、各画素４Ｂ，４Ｇ，４Ｒの転送トランジスタ１４も現れている。転送トランジスタ１４は、ポリシリコン等からなる転送ゲート３５をゲートとするとともにウエル３２に形成されたＮ型層３６及びフォトダイオード１５のＮ型層３３をソース又はドレインとするＭＯＳトランジスタとして、構成されている。図３に示す断面には、図２中の画素構成要素のうちのフォトダイオード１５及び転送トランジスタ１４以外の要素は、現れていない。それらの要素の断面構造等の図示や説明は省略する。図３において、３７は熱酸化によるシリコン酸化膜、３８はＬＯＣＯＳによる素子分離部である。

図３に示すように、各フォトダイオード１５に対応する部分を避けるように、基板３１上に、シリコン酸化膜からなる層間絶縁膜３９〜４２を介して、Ａｌ等の金属からなる３層の配線層４３〜４５が形成されている。配線層４３〜４５によって、前述した選択線２０、リセット線２１、転送線２２及び電源配線などが構成されている。本実施の形態では、配線層は３層となっているが、２層又は４層以上であってもよい。

本実施の形態では、層間絶縁膜３９〜４２には、フォトダイオード１５に対応する箇所において孔４６が形成されている。各画素４Ｂ，４Ｇ，４Ｒにおいて、孔４６の底部に第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒがそれぞれ形成されている。これにより、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒが、各フォトダイオード１５に対応するように基板３１上にオンチップで形成されている。本実施の形態では、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒは、その上面が最下の配線層４３の上面よりも低い位置に位置するように、形成されている。これにより、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒとフォトダイオード１５との間の間隔は、大幅に狭くなっている。もっとも、本発明では、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒは、その上面が最上の配線層４５の上面よりも低い位置に位置するように、形成すればよく、例えば、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒの上面が、配線層４３の上面と配線層４４の上面との間の高さ位置、あるいは、配線層４４の上面と配線層４５の上面との間の高さ位置に位置するように、形成してもよい。ただし、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒは、混色をより低減するためには、低い位置に配置するほど好ましい。

カラーフィルタ４７Ｂは、青色光を選択的に透過させる波長選択特性を有している。同様に、カラーフィルタ４７Ｇ，４７Ｒは、緑色光及び赤色光をそれぞれ選択的に透過させる波長選択特性を有している。

本実施の形態では、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒは、有機系材料で単層膜として構成されており、例えば、顔料を含むフォトレジストで構成されている。

図３に示すように、各画素４Ｂ，４Ｇ，４Ｒにおいて、カラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒの上方には、シリコン酸化膜等からなる平坦化膜４８を介してマイクロレンズ４９が形成されている。孔４６には、平坦化膜４８が充填されている。

本実施の形態による固体撮像装置１の製造方法の一例について説明する。まず、従来の固体撮像装置の製造方法と同様の製造工程を経て、３層目の配線層４５まで作製し、更に層間絶縁膜４２を形成する。その後、ドライエッチングによって、層間絶縁膜３９〜４２に孔４６を形成する。次いで、各孔４６にカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒをそれぞれ形成する。次に、平坦化膜４８を形成した後、マイクロレンズ４９を形成する。これにより、本実施の形態による固体撮像装置１を製造することができる。

図４は、本実施の形態による固体撮像装置１の入射光の様子を示す概略断面図である。図４は、隣り合うＧ画素４Ｇ及びＲ画素４Ｒを示しており、図３に対応している。ただし、図４では、孔４６の図示は省略している。ここでは、隣り合うＧ画素４Ｇ及びＲ画素４Ｒの例を挙げて入射光の様子を説明するが、いずれの画素についても同様である。

図５は、本実施の形態による固体撮像装置１と比較される比較例による固体撮像装置の入射光の様子を示す概略断面図であり、図４に対応している。図５において、図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

この比較例による固体撮像装置が本実施の形態による固体撮像装置１と異なる所は、以下に説明する点である。この比較例による固体撮像装置は、従来の固体撮像装置に相当している。

この比較例では、図５に示すように、図４中のカラーフィルタ４７Ｇ，４７Ｒは設けられず、孔４６（図３参照）は形成されずに、その孔４６に対応する箇所にも層間絶縁膜３９〜４２が存在している。この比較例では、孔４６が形成されていないことから、平坦化膜４８は、層間絶縁膜４２上にのみ形成されている。そして、カラーフィルタ４７Ｇ，４７Ｒが設けられていない代わりに、各画素４Ｇ，４Ｒにおいて、カラーフィルタ１４７Ｇ，１４７Ｒがそれぞれ、フォトダイオード１５に対応するように、平坦化膜４８上に形成されている。したがって、カラーフィルタ１４７Ｇ，１４７Ｒは、その下面が最上の配線層４５の上面よりも高い位置に位置している。このため、この比較例では、このカラーフィルタ１４７Ｇ，１４７Ｒとフォトダイオード１５との間の間隔は広くなっている。カラーフィルタ１４７Ｇは緑色光を選択的に透過させる波長選択特性を有し、カラーフィルタ１４７Ｒは赤色光を選択的に透過させる波長選択特性を有している。マイクロレンズ４９は、カラーフィルタ１４７Ｇ，１４７Ｒ上に、平坦化膜１４８を介して形成されている。なお、図面には示していないが、比較例では、Ｂ画素４Ｂも、Ｇ画素４Ｇ及びＲ画素４Ｒと同様に構成されている。Ｂ画素４Ｂでは、カラーフィルタ１４７Ｇ，１４７Ｒの代わりに、青色光を選択的に透過させる波長選択特性を有するカラーフィルタ１４７Ｂ（図示せず）が、平坦化膜１４８上に形成されている。

この比較例では、図５に示すように、Ｇ画素４Ｇのマイクロレンズ４９に入射した光線Ａ〜Ｃについては、カラーフィルタ１４７ＧをＧ光成分のみが選択的に透過して、画素４Ｇのフォトダイオード１５へ入射する。この光線Ａ〜ＣはＧ画素４Ｇの本来の信号光である。

この比較例では、カラーフィルタ１４７Ｇ，１４７Ｒとフォトダイオード１５との間の間隔が広いので、混色の程度が大きくなる。すなわち、Ｇ画素４Ｇのマイクロレンズ４９の端部付近に入射した光線Ｄについては、カラーフィルタ１４７ＧをＧ光成分のみが選択的に透過した後、この光線ＤによるＧ光が配線層４３，４４で順次反射された後、Ｒ画素４Ｒのフォトダイオード１５へ入射する。したがって、この光線Ｄによって、Ｒ画素４Ｒに対するＧ光の混色が引き起こされてしまう。また、２つのマイクロレンズ４９間に入射した光線Ｅについては、カラーフィルタ１４７Ｇを通過しているが、カラーフィルタ１４７Ｇ，１４７Ｒ間の境界付近を通過し、その後にＧ画素４Ｇに入射する。カラーフィルタ１４７Ｇ，１４７Ｒ間の境界付近では、十分な波長選択特性を得ることができないことから、光線Ｅは、カラーフィルタ１４７Ｇ，１４７Ｒ間の境界付近を通過した後においても、Ｇ光成分のみならずＲ光成分及びＢ光成分も持つ。よって、光線ＥによるＲ光及びＢ光がＧ画素４Ｇへ入射してしまい、これにより、Ｇ画素４Ｇに対するＲ光及びＢ光の混色が引き起こされてしまう。

これに対し、本実施の形態による固体撮像装置１では、カラーフィルタ４７Ｇ，４７Ｒとフォトダイオード１５との間の間隔が狭いので、混色が低減される。すなわち、本実施の形態では、図４に示すように、Ｇ画素４Ｇのマイクロレンズ４９の端部付近に入射した光線Ｄについては、配線層４３，４４で順次反射された後、Ｒ画素４Ｒのカラーフィルタ４７ＲをＲ光成分のみが選択的に透過し、この光線ＤによるＲ光がＲ画素４Ｒのフォトダイオード１５へ入射し、光線ＤによるＧ光成分やＢ光成分はＲ画素４Ｒのフォトダイオード１５へ入射しない。よって、Ｒ画素４Ｒに対する光線Ｄによる混色は生じない。また、２つのマイクロレンズ４９間に入射した光線Ｅは、カラーフィルタ４７Ｇを透過し、２つのカラーフィルタの境界付近は通過しない。よって、光線Ｅについては、そのＧ光成分のみがＧ画素４Ｇのフォトダイオード１５へ入射し、そのＲ光及びＢ光は入射しない。よって、Ｇ画素４Ｇに対する光線Ｅによる混色は生じない。

なお、カラーフィルタ４７Ｇ，４７Ｒの位置が図５中のカラーフィルタ１４７Ｇ，１４７Ｒの位置より低ければ、さほど低くなくても、それなりに混色低減効果が得られることが理解できるとともに、図４から、カラーフィルタ４７Ｇ，４７Ｒの位置が低ければ低いほど混色低減効果が大きくなることが理解できる。

本実施の形態では、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｂは、前述したように有機系材料で構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｂは、干渉効果による波長選択特性を持つように複数層からなる積層膜で構成してもよい。この場合、前記積層膜は、１層以上の低屈折率層及び１層以上の高屈折率層を含んでもよい。この場合、各層の膜厚、層数、屈折率を設定することで、所望の波長選択特性を得ることができる。この場合、前記１層以上の低屈折率層の屈折率が１．６以下でかつ前記１層以上の高屈折率層の屈折率が１．８以上であってもよい。この場合、低屈折率層の層数及び高屈折率の層数は、例えば、それぞれ２以上でもよいし、それぞれ３以上でもよい。

次に、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｂを、干渉効果による波長選択特性を持つように複数層からなる積層膜で構成した固体撮像装置の各具体例として、第２及び第３実施の形態について説明する。

［第２の実施の形態］

図６は、本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置のＢ画素４Ｂ、Ｇ画素４Ｇ及びＲ画素４Ｒを示す概略断面図である。図６において、図３中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態による固体撮像装置が第１の実施の形態による固体撮像装置１と異なる所は、各画素４Ｂ，４Ｇ，４Ｒにおいて、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｂが、干渉効果による波長選択特性を持つように複数層からなる積層膜で構成されている点と、孔４６は形成されずにその孔４６に対応する箇所にも層間絶縁膜３９〜４２が存在している点のみである。

本実施の形態では、Ｂ画素４Ｂのカラーフィルタ４７Ｂは、フォトダイオード１５に対応するように厚さ５０ｎｍの熱酸化によるシリコン酸化膜３７上に順次積層された、厚さ２１０ｎｍのシリコン酸化膜５１、厚さ９０ｎｍの酸化チタン膜５２、厚さ９０ｎｍのシリコン酸化膜５３、厚さ４０ｎｍの酸化チタン膜５４、厚さ８０ｎｍのシリコン酸化膜５５、及び、厚さ１２０ｎｍの酸化チタン膜５６を、有している。カラーフィルタ４７Ｂは、これらの膜５１〜５６と、厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜３７とから構成されている。厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜３７及び厚さ２１０ｎｍのシリコン酸化膜５１は、全体として、カラーフィルタ４７Ｂの厚さ２６０ｎｍの１層目のシリコン酸化膜を構成している。

また、本実施の形態では、Ｇ画素４Ｇのカラーフィルタ４７Ｇは、フォトダイオード１５に対応するように厚さ５０ｎｍの熱酸化によるシリコン酸化膜３７上に順次積層された、厚さ１５０ｎｍのシリコン酸化膜６１、厚さ４０ｎｍの酸化チタン膜６２、厚さ９０ｎｍのシリコン酸化膜６３、厚さ４０ｎｍの酸化チタン膜６４、厚さ８０ｎｍのシリコン酸化膜６５、及び、厚さ１２０ｎｍの酸化チタン膜６６を、有している。カラーフィルタ４７Ｇは、これらの膜６１〜６６と、厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜３７とから構成されている。厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜３７及び厚さ１５０ｎｍのシリコン酸化膜６１は、全体として、カラーフィルタ４７Ｇの厚さ２００ｎｍの１層目のシリコン酸化膜を構成している。

さらに、本実施の形態では、Ｒ画素４Ｒのカラーフィルタ４７Ｒは、フォトダイオード１５に対応するように厚さ５０ｎｍの熱酸化によるシリコン酸化膜３７上に順次積層された、厚さ１９０ｎｍのシリコン酸化膜７１、厚さ４０ｎｍの酸化チタン膜７２、厚さ９０ｎｍのシリコン酸化膜７３、厚さ４０ｎｍの酸化チタン膜７４、厚さ８０ｎｍのシリコン酸化膜７５、及び、厚さ１２０ｎｍの酸化チタン膜７６を、有している。カラーフィルタ４７Ｒは、これらの膜７１〜７６と、厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜３７とから構成されている。厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜３７及び厚さ１９０ｎｍのシリコン酸化膜７１は、全体として、カラーフィルタ４７Ｒの厚さ２４０ｎｍの１層目のシリコン酸化膜を構成している。

シリコン酸化膜の屈折率は約１．４６であり、酸化チタン膜の屈折率は約２．３０である。本実施の形態では、カラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒは、高屈折率層すなわち酸化チタン膜を３層有して構成されている。このように低屈折率層と高屈折率層を積層すると光の干渉効果によってある波長域では透過率を高くすることができ、これにより波長選択が可能となる。さらに、その膜厚をそれぞれの色の画素４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ毎に前述したように変えることによって、透過波長域を最適化している。前述した構成の各画素４Ｂ，４Ｇ，４Ｒのカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒの、シミュレーションにより得た波長選択特性を、図７に示す。各画素４Ｂ，４Ｇ，４Ｒのカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒは、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの波長領域で透過率が高くなり、必要な波長選択特性が実現されることがわかる。

本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒは、その上面が最下の配線層４３の上面よりも低い位置に位置するように、形成されている。これにより、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒとフォトダイオード１５との間の間隔は、大幅に狭くなっている。もっとも、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒは、その上面が最上の配線層４５の上面よりも低い位置に位置するように、形成すればよい。

したがって、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様に、混色が低減される。

ここで、本実施の形態による固体撮像装置の製造方法の一例について、図８乃至図１０を参照して説明する。図８乃至図１０は、この製造方法の各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図であり、図６に対応している。

まず、図８（ａ）に示すように、基板３１に、ウエル３２、フォトダイオード１５を構成するＮ型層３３及び空乏化防止層３４、Ｎ型層３６、シリコン酸化膜３７、素子分離部３８、並びに転送ゲート３５等を形成する。このとき、シリコン酸化膜３７の厚さは５０ｎｍとされる。

次に、図８（ａ）に示す状態の基板の全面に、厚さ２１０ｎｍのシリコン酸化膜５１、厚さ９０ｎｍの酸化チタン膜５２、厚さ９０ｎｍのシリコン酸化膜５３、厚さ４０ｎｍの酸化チタン膜５４、厚さ８０ｎｍのシリコン酸化膜５５、及び、厚さ１２０ｎｍの酸化チタン膜５６を、順次積層する。

次いで、Ｂ画素４Ｂのフォトダイオード１５上付近のみを覆うようにフォトレジスト（図示せず）を形成し、ドライエッチング法によって、Ｂ画素４Ｂのフォトダイオード１５上付近以外の膜５１〜５６からなる積層膜を除去する。このとき、Ｇ画素４Ｇ及びＲ画素４Ｒのフォトダイオード１５上付近において、シリコン酸化膜５１は完全に除去されるがシリコン酸化膜３７が厚さ５０ｎｍのまま残るように、エッチングを停止する。その後、前記フォトレジストを除去する。この状態を図８（ｂ）に示す。

引き続いて、図８（ｂ）に示す状態の基板の全面に、厚さ１５０ｎｍのシリコン酸化膜６１、厚さ４０ｎｍの酸化チタン膜６２、厚さ９０ｎｍのシリコン酸化膜６３、厚さ４０ｎｍの酸化チタン膜６４、厚さ８０ｎｍのシリコン酸化膜６５、及び、厚さ１２０ｎｍの酸化チタン膜６６を、順次積層する。

その後、Ｇ画素４Ｇのフォトダイオード１５上付近のみを覆うようにフォトレジスト（図示せず）を形成し、ドライエッチング法によって、Ｇ画素４Ｇのフォトダイオード１５上付近以外の膜６１〜６６からなる積層膜を除去する。その後、前記フォトレジストを除去する。この状態を図９（ａ）に示す。

次に、図９（ａ）に示す状態の基板の全面に、厚さ１９０ｎｍのシリコン酸化膜７１、厚さ４０ｎｍの酸化チタン膜７２、厚さ９０ｎｍのシリコン酸化膜７３、厚さ４０ｎｍの酸化チタン膜７４、厚さ８０ｎｍのシリコン酸化膜７５、及び、厚さ１２０ｎｍの酸化チタン膜７６を、順次積層する。

次いで、Ｒ画素４Ｒのフォトダイオード１５上付近のみを覆うようにフォトレジスト（図示せず）を形成し、ドライエッチング法によって、Ｇ画素４Ｇのフォトダイオード１５上付近以外の膜７１〜７６からなる積層膜を除去する。その後、前記フォトレジストを除去する。この状態を図９（ｂ）に示す。

その後、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜３９を形成し、平坦化工程を行う。さらに、フォトリソエッチング法を用いて、コンタクトホール及び１層目のＡＬ配線層４３を形成する。この状態を図１０に示す。

以降の工程は従来と同じように行うことで、本実施の形態による固体撮像装置を製造することができる。

ところで、本実施の形態による固体撮像装置では、Ｂ画素４Ｂのカラーフィルタ４７Ｂの各層の膜厚、Ｇ画素４Ｇのカラーフィルタ４７Ｇの各層の膜厚、及び、Ｒ画素Ｒのカラーフィルタ４７Ｒの各層の膜厚について見ると、１層目のシリコン酸化膜５１，６１，７１の膜厚と、２層目の酸化チタン膜５２，６２，７２の膜厚が、カラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒ間で異なっている。一方、３層目以降の膜厚はカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒ間で同じである。したがって、本実施の形態による固体撮像装置は、図１１乃至図１３に示すような製造方法によっても製造することができる。図１１乃至図１３は、この製造方法の各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図であり、図６に対応している。

まず、図１１（ａ）に示すように、基板３１に、ウエル３２、フォトダイオード１５を構成するＮ型層３３及び空乏化防止層３４、Ｎ型層３６、シリコン酸化膜３７、素子分離部３８、並びに転送ゲート３５等を形成する。このとき、シリコン酸化膜３７の厚さは５０ｎｍとされる。

次に、図１１（ａ）に示す状態の基板の全面に、厚さ２１０ｎｍのシリコン酸化膜５１、及び厚さ９０ｎｍの酸化チタン膜５２を、順次積層する。そして、フォトリソエッチング法を使って、Ｂ画素４Ｂのカラーフィルタ４７Ｂについて２層目まで作製された図１１（ｂ）の状態にする。

引き続いて、同様の方法によって、Ｇ画素４Ｇのカラーフィルタ４７Ｇについても２層目まで作製された図１２（ａ）に示す状態にする。

その後、同様の方法によって、Ｒ画素４Ｒのカラーフィルタ４７Ｒについても２層目まで作製された図１２（ｂ）に示す状態にする。

次に、図１２（ｂ）に示す状態の基板の全面に、シリコン酸化膜５３，６３，７３となるべき厚さ９０ｎｍのシリコン酸化膜、酸化チタン膜５４，６４，７４となるべき厚さ４０ｎｍの酸化チタン膜、シリコン酸化膜５５，６５，７５となるべき厚さ８０ｎｍのシリコン酸化膜、及び、酸化チタン膜５６，６６，７６となるべき厚さ１２０ｎｍの酸化チタン膜を、順次積層する。そして、フォトリソエッチング法を使って、これらの膜をカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒの形状に合わせてパターニングする。この状態を図１３（ａ）に示す。図１３（ａ）に示す状態は、図９（ｂ）に示す状態と同じになる。

その後、層間絶縁膜としてシリコン酸化膜３９を形成し、平坦化工程を行う。さらに、フォトリソエッチング法を用いて、コンタクトホール及び１層目のＡＬ配線層４３を形成する。この状態を図１３（ｂ）に示す。

以降の工程は従来と同じように行うことで、本実施の形態による固体撮像装置を製造することができる。

［第３の実施の形態］

図１４は、本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置のＢ画素４Ｂ、Ｇ画素４Ｇ及びＲ画素４Ｒを示す概略断面図である。図１３において、図３中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態による固体撮像装置が第１の実施の形態による固体撮像装置１と異なる所は、各画素４Ｂ，４Ｇ，４Ｒにおいて、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｂが、干渉効果による波長選択特性を持つように複数層からなる積層膜で構成されている点と、孔４６は形成されずにその孔４６に対応する箇所にも層間絶縁膜３９〜４２が存在している点のみである。

本実施の形態では、Ｂ画素４Ｂのカラーフィルタ４７Ｂは、フォトダイオード１５に対応するようにシリコン酸化膜からなる厚さ５０ｎｍの層間絶縁膜３７上に順次積層された、厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜８１、厚さ２０ｎｍの窒化シリコン膜８２、厚さ２０ｎｍのシリコン酸化膜８３、及び、厚さ６０ｎｍの窒化シリコン膜８４を、有している。カラーフィルタ４７Ｂは、これらの膜８１〜８４と、厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜３７とから構成されている。厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜３７及び厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜５１は、全体として、カラーフィルタ４７Ｂの厚さ１００ｎｍの１層目のシリコン酸化膜を構成している。

また、本実施の形態では、Ｇ画素４Ｇのカラーフィルタ４７Ｇは、フォトダイオード１５に対応するようにシリコン酸化膜からなる厚さ５０ｎｍの層間絶縁膜３７上に順次積層された、厚さ１４０ｎｍのシリコン酸化膜９１、厚さ６０ｎｍの窒化シリコン膜９２、厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜９３、及び、厚さ６０ｎｍの窒化シリコン膜９４を、有している。カラーフィルタ４７Ｇは、これらの膜９１〜９４と、厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜３７とから構成されている。厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜３７及び厚さ１４０ｎｍのシリコン酸化膜９１は、全体として、カラーフィルタ４７Ｇの厚さ１９０ｎｍの１層目のシリコン酸化膜を構成している。

さらに、本実施の形態では、Ｒ画素４Ｒのカラーフィルタ４７Ｒは、フォトダイオード１５に対応するようにシリコン酸化膜からなる厚さ５０ｎｍの層間絶縁膜３７上に順次積層された、厚さ１７０ｎｍのシリコン酸化膜１０１、厚さ７０ｎｍの窒化シリコン膜１０２、厚さ８０ｎｍのシリコン酸化膜１０３、及び、厚さ４０ｎｍの窒化シリコン膜１０４を、有している。カラーフィルタ４７Ｒは、これらの膜１０１〜１０４と、厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜３７とから構成されている。厚さ５０ｎｍのシリコン酸化膜３７及び厚さ１７０ｎｍのシリコン酸化膜１０１は、全体として、カラーフィルタ４７Ｒの厚さ２２０ｎｍの１層目のシリコン酸化膜を構成している。

シリコン酸化膜の屈折率は約１．４６であり、窒化シリコン膜の屈折率は約２．０である。本実施の形態では、カラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒは、高屈折率層すなわち窒化シリコン膜を２層有して構成されている。前述した構成の各画素４Ｂ，４Ｇ，４Ｒのカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒの、シミュレーションにより得た波長選択特性を、図１５に示す。各画素４Ｂ，４Ｇ，４Ｒのカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒは、Ｒ，Ｇ，Ｂそれぞれの波長領域で透過率が高くなり、必要な波長選択特性が実現されることがわかる。

本実施の形態においても、前記第１の実施の形態と同様に、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒは、その上面が最下の配線層４３の上面よりも低い位置に位置するように、形成されている。これにより、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒとフォトダイオード１５との間の間隔は、大幅に狭くなっている。もっとも、第１のカラーフィルタ４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒは、その上面が最上の配線層４５の上面よりも低い位置に位置するように、形成すればよい。

したがって、本実施の形態によっても、前記第１の実施の形態と同様に、混色が低減される。

［第４の実施の形態］

図１６は、本発明の第４の実施の形態による固体撮像装置の入射光の様子を示す概略断面図であり、図４に対応している。図１６において、図４中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。

本実施の形態による固体撮像装置が前記第１の実施の形態による固体撮像装置１と異なる所は、以下に説明する点である。

本実施の形態では、図１６に示すように、各画素４Ｇ，４Ｒにおいて、第１のカラーフィルタ４７Ｇ，４７Ｒの上方において平坦化膜４８上に、第２のカラーフィルタ２４７Ｇ，２４７Ｒがそれぞれ形成されている。カラーフィルタ２４７Ｇは緑色光を選択的に透過させる波長選択特性を有し、カラーフィルタ２４７Ｒは赤色光を選択的に透過させる波長選択特性を有している。マイクロレンズ４９は、カラーフィルタ２４７Ｇ，２４７Ｒ上に、平坦化膜２４８を介して形成されている。なお、図面には示していないが、本実施の形態では、Ｂ画素４Ｂも、Ｇ画素４Ｇ及びＲ画素４Ｒと同様に構成されている。Ｂ画素４Ｂでは、第１のカラーフィルタ４７Ｂの上方において平坦化膜４８上に、青色光を選択的に透過させる波長選択特性を有するカラーフィルタ２４７Ｂ（図示せず）が形成されている。

本実施の形態では、第２のカラーフィルタ２４７Ｇ，２４７Ｒ，２４７Ｂは、第１のカラーフィルタ４７Ｇ，２４７Ｒ，２４７Ｂと同様に、有機系材料で単層膜として構成されている。もっとも、第２のカラーフィルタ２４７Ｇ，２４７Ｒ，２４７Ｂは、例えば、前記第２の実施の形態や前記第３の実施の形態における第１のカラーフィルタ４７Ｇ，２４７Ｒ，２４７Ｂと同様に、干渉効果による波長選択特性を持つように複数層からなる積層膜で構成してもよい。

本実施の形態では、前記第１の実施の形態と同じく第１のカラーフィルタ４７Ｇ，４７Ｒ，４７Ｂを有しているので、基本的に前記第１の実施の形態と同様に、混色を低減することができる。

そして、本実施の形態では、第２のカラーフィルタ２４７Ｇ，２４７Ｒ，２４７Ｂが追加されているので、前記第１の実施の形態に比べて空間解像度を高めることができるという利点も得られる。

すなわち、本実施の形態では、図１６に示すように、Ｇ画素４Ｇのマイクロレンズ４９の端部付近に入射した光線Ｄについては、第２のカラーフィルタ２４７Ｇを透過してＧ光成分のみになって、配線層４３，４４で順次反射された後、Ｒ画素４Ｒの第１のカラーフィルタ４７Ｒに入射する。したがって、第１のカラーフィルタ４７ＲはＲ光を選択的に透過させＧ光成分を透過させないので、Ｇ光成分のみとなって第２のカラーフィルタ２４７Ｇに入射した光線Ｄは、第２のカラーフィルタ２４７を透過せずに、Ｒ画素４Ｒのフォトダイオード１５へ入射しない。よって、本実施の形態では、Ｇ画素４Ｇに対する入射光線である光線Ｄは、いかなる成分もＲ画素４Ｒのフォトダイオードへ入射しない。このため、本実施の形態によれば、光線ＤのＲ光成分がＲ画素４Ｒのフォトダイオード１５へ入射する前記第１の実施の形態に比べて、空間解像度を高めることができるのである。

前記第１の実施の形態に対して第２のカラーフィルタ２４７Ｇ，２４７Ｒ，２４７Ｂを追加して本実施の形態を得たのと同様に、前記第２及び第３の実施の形態に対して第２のカラーフィルタ２４７Ｇ，２４７Ｒ，２４７Ｂを追加してもよい。

以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

例えば、前記各実施の形態では、画素（したがって、フォトダイオード１５）が２次元状に設けられていたが、画素を１次元状に配置したいわゆる１次元撮像装置として構成してもよい。

本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置を示す概略構成図である。 図１中の単位画素を示す回路図である。 本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置のＢ画素、Ｇ画素及びＲ画素を示す概略断面図である。 本発明の第１の実施の形態による固体撮像装置の入射光の様子を示す概略断面図である。 比較例による固体撮像装置の入射光の様子を示す概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置のＢ画素、Ｇ画素及びＲ画素を示す概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置のＢ画素、Ｇ画素及びＲ画素の各カラーフィルタの波長選択特性を示す図である。 本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置の製造方法の一例の各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図である。 図８に示す工程に引き続く各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図である。 図９に示す工程に引き続く工程を模式的に示す概略断面図である。 本発明の第２の実施の形態による固体撮像装置の製造方法の他の例の各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図である。 図１１に示す工程に引き続く各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図である。 図１２に示す工程に引き続く各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図である。 本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置のＢ画素、Ｇ画素及びＲ画素を示す概略断面図である。 本発明の第３の実施の形態による固体撮像装置のＢ画素、Ｇ画素及びＲ画素の各カラーフィルタの波長選択特性を示す図である。 本発明の第４の実施の形態による固体撮像装置の入射光の様子を示す概略断面図である。

符号の説明

４Ｂ，４Ｇ，４Ｒ 画素
１５ フォトダイオード
４７Ｂ，４７Ｇ，４７Ｒ 第１のカラーフィルタ
２４７Ｂ，２４７Ｇ，２４７Ｒ 第２のカラーフィルタ
３１ 基板
４３〜４５ 配線層

Claims (6)

1. 基板に１次元状又は２次元状に設けられ光電変換を行う複数の受光部と、
   前記各受光部に対応する部分を避けるように、前記基板上に層間絶縁膜を介して形成された複数層の配線層と、
   前記各受光部に対応するように前記基板上にオンチップで形成された第１のカラーフィルタとを備え、
   前記複数の受光部のうちの少なくとも１つの受光部に対応するように形成された前記第１のカラーフィルタは、前記複数の受光部のうちの他の少なくとも１つの受光部に対応するように形成された前記第１のカラーフィルタとは異なる波長選択特性を有し、
   前記第１のカラーフィルタは、その上面が前記複数層の配線層のうちの最上の配線層の上面よりも低い位置に位置するように、形成されたことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記第１のカラーフィルタは、その上面が前記複数層の配線層のうちの最下の配線層の上面よりも低い位置に位置するように、形成されたことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記第１のカラーフィルタは、干渉効果による波長選択特性を持つように複数層からなる積層膜で構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
4. 前記積層膜は、１層以上の低屈折率層及び１層以上の高屈折率層を含み、前記１層以上の高屈折率層は、窒化シリコン又は酸化チタンを主成分とする材料で構成されたことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
5. 前記第１のカラーフィルタは、有機系材料で構成されたことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
6. 前記第１のカラーフィルタの上方に、前記各受光部に対応するように前記基板上にオンチップで形成された第２のカラーフィルタを備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像装置。

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