JP2009049117A - 固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法及び固体撮像素子、並びに固体撮像素子用パターンマスクセット - Google Patents

Abstract

【課題】隣接するフィルタ層同士の融着を防止して、カラーフィルタの厚さや各フィルタ層のサイズのばらつき、感度低下、混色、感度比の劣化などの固体撮像素子のデバイス特性低下を防止する。
【解決手段】ランド状のフィルタ層が色毎に異なるパターンで混在配置されてなるカラーフィルタを、色毎に異なる単位カラーフィルタパターンのマスクＧＭ、ＢＭ、ＲＭ、ＷＭを用いて基板Ｐ上にパターニング形成する場合に、第１色目のランド状のフィルタ層Ｇを、それに相当する単位カラーフィルタパターンＧＰのマスクＧＭを用いてパターニング形成した後、第２色目以降のランド状のフィルタ層Ｂ、Ｒを第１色目のフィルタ層Ｇ同士の間に形成する際、第２色目以降の色に対するマスクＢＭ、ＲＭの各マスク開口５形状を、当該色に対する単位カラーフィルタパターンＢＰ、ＲＰの各フィルタ層Ｂ、Ｒのランド形状とは異なる形状にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法及び固体撮像素子、並びに固体撮像素子用パターンマスクセットに関し、特にランド状のフィルタ層同士の融着を防止して優れたデバイス特性を得るための技術に関する。

一般的に、ＣＭＯＳ、ＣＣＤ等の固体撮像素子に用いられているカラーフィルタは、３色、或いは４色の着色（または非着色）されたレジストを用いたフォトリソグラフィによる露光及び現像プロセスによって、基板上にパターン形成されて作製される（例えば、特許文献１参照）。

図６は、ベイヤー配列を４５°傾けたカラーフィルタ１の各フィルタ層（ＲＧＢ）の配列を示したものであり、図６において左下から斜め右上に向かってフィルタ層の配列を見たとき、奇数行に「Ｒ、Ｇ、Ｒ、Ｇ、・・」と並び、偶数行に「Ｇ、Ｂ、Ｇ、Ｂ、・・」と並べられている。このようなカラーフィルタ１は、例えば図７に示すように形成される。すなわち、基板上に複数のランド状の赤フィルタ層Ｒが所定の間隔で配置された赤のパターンをフォトリソグラフィにより形成し（図７（ａ））、次いで赤のパターンが形成された基板上に、複数のランド状の青フィルタ層Ｂを赤フィルタ層Ｒ同士の間に配置して青のパターンを形成する（図７（ｂ））。更に、赤フィルタ層Ｒ及び青フィルタ層Ｂが形成されている以外の領域に緑フィルタ層Ｇを配置して作製される（図７（ｃ））。

また、図８に示すように、色情報と輝度情報とを区別して検出して色情報に左右されない輝度解像度、および輝度情報の分光特性に影響されない色再現性を得るため、輝度情報用のフィルタ層Ｗを有するカラーフィルタ３が知られている。このカラーフィルタ３は、図８において左下から斜め右上に向かってフィルタ層の配列を見たとき、奇数行に「Ｗ、Ｇ、Ｗ、Ｇ、・・」と並び、偶数行に「Ｒ、Ｗ、Ｂ、Ｗ、・・」と並べられて、フィルタ層Ｗが市松状に配置され、フィルタ層Ｒ、Ｇ、Ｂが残りの市松状の位置に配置されている。

フィルタ層Ｗを有するカラーフィルタ３は、例えば図９に示すように形成される。すなわち、基板上に複数のランド状の緑フィルタ層Ｇを形成し（図９（ａ））、緑フィルタ層Ｇの間にランド状の青フィルタ層Ｂを形成し（図９（ｂ））、更に、緑フィルタ層Ｇ及び緑フィルタ層Ｇの間にランド状の赤フィルタ層Ｒを形成した後（図９（ｃ））、緑フィルタ層Ｇ、青フィルタ層Ｂ、及び緑フィルタ層Ｇが形成されている以外の領域に輝度情報用フィルタ層Ｗを配置して作製される（図９（ｄ））。
特開平６−２７３６１１号公報

図７に示すように、カラーフィルタ１は、赤のパターンの形成においてはランド状の赤フィルタ層Ｒが離散しているので問題ないが、続く青のパターンを形成する際、ランド状の青フィルタ層Ｂが、既に形成されているランド状の赤フィルタ層Ｒの間にその隅同士が近接するように配置される。このため、赤フィルタ層Ｒと青フィルタ層Ｂとの間隔が狭く、赤フィルタ層Ｒ及び青フィルタ層Ｂ間に流れ込みによる融着が生じてブリッジ２が形成される場合がある。上記したフィルタ層の融着は、カラーフィルタの厚さや各フィルタ層のサイズのばらつきを招くと共に、固体撮像素子の感度低下、混色、感度比の劣化などのデバイス特性低下の要因となる。

また、図９に示すように、輝度情報用のフィルタ層Ｗを有するカラーフィルタ３は、青フィルタ層Ｂ及び赤フィルタ層Ｒを形成する際、ランド状の青フィルタ層Ｂは、既に形成されているランド状の緑フィルタ層Ｇの間にその隅同士が近接するように配置され、また、赤フィルタ層Ｒは、既に形成されているランド状の緑フィルタ層Ｇと青フィルタ層Ｂの間にその隅同士が近接するように配置される。そのため、前述同様に各フィルタ層Ｇ、Ｂの間隔、及びＧ、Ｂ、Ｒの間隔が狭く、各フィルタ層Ｇ、Ｂ間、及びＧ、Ｂ、Ｒ間に融着が生じてブリッジ２（２Ａ、２Ｂ）が形成される場合がある。

上記したフィルタ層Ｒ、Ｇ、Ｂ同士の融着は、近年の固体撮像素子の多画素数化および小型化に伴って、パターンの微細化が更に進み、ますます発生頻度が高まることが懸念される。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、隣接するフィルタ層同士の融着を防止して、カラーフィルタの厚さや各フィルタ層のサイズのばらつき、感度低下、混色、感度比の劣化などの固体撮像素子のデバイス特性低下を防止することができる固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法及び固体撮像素子、並びに固体撮像素子用パターンマスクセットを提供することを目的としている。

本発明に係る上記目的は、下記構成により達成できる。
（１） ランド状のフィルタ層が色毎に異なるパターンで混在配置されてなるカラーフィルタを、色毎に異なる単位カラーフィルタパターンに基づく開口を有するマスクを用い、各色の前記ランド状のフィルタ層を色順次で基板上にパターニング形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
第１色目の前記ランド状のフィルタ層を、該第１色目の色に相当する単位カラーフィルタパターンのマスクを用いて前記基板上にパターニング形成した後、
第２色目以降でかつ最終色前段までの色に対する前記ランド状のフィルタ層を前記第１色目のフィルタ層同士の間にパターニング形成する際に、前記第２色目以降でかつ最終色前段までの色に対する前記マスクの各開口形状を、当該色に対する単位カラーフィルタパターンの各フィルタ層のランド形状とは異なる形状にして形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。

この固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法によれば、第１色目のランド状のフィルタ層を、該第１色目の色に相当する単位カラーフィルタパターンのマスクを用いて基板上にパターニング形成し、その後、第２色目以降でかつ最終色前段までの色に対するランド状のフィルタ層をパターニング形成する際、この第２色目以降でかつ最終色前段までの色に対するマスクの各開口形状が、当該色に対する単位カラーフィルタパターンの各フィルタ層のランド形状とは異なる形状のマスクを用いてパターニング形成するようにしたので、第１色目のフィルタ層同士の間にフィルタ層を新たに形成しても、フィルタ層の外縁同士の融着が防止されて、当該色に対する正規形状のフィルタ層を基板上にパターニング形成することができる。従って、フィルタ層の外縁同士の融着に起因するカラーフィルタの厚さや各フィルタ層のサイズのばらつき、感度低下、混色、感度比の劣化などの固体撮像素子のデバイス特性低下を防止することができる。

（２） （１）記載の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
前記第２色目以降でかつ最終色前段までの色に対する前記マスクの各開口形状を、既に前記基板上に形成されたランド状の各フィルタ層と隣接する側の開口外縁が、前記開口の内側に入り込んだ形状にする固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。

この固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法によれば、第２色目以降でかつ最終色前段までの色色に対するマスクの各マスク開口形状を、既に基板上に形成されたランド状の各フィルタ層と隣接する側の開口外縁が、マスク開口の内側に入り込んだ形状としたので、隣接する各フィルタ層のマスク上における隣接間隔を広げることができる。これによって、パターニング形成時の流れ込みによるフィルタ層の外縁同士の融着を防止できる。

（３） （１）または（２）記載の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
前記カラーフィルタは、複数のフォトダイオードの光入射側にそれぞれ配置された色情報検出用の色度フィルタと、輝度情報測定用の輝度フィルタとからなり、前記複数のフォトダイオードのうち市松状に配列されたフォトダイオードに対しては前記色度フィルタを配置し、前記色度フィルタが配置されていない残りの市松状に配置されたフォトダイオードに対しては前記輝度フィルタを配置した配列であり、
前記色度フィルタに対するフィルタ層を色順次で形成した後、前記輝度フィルタに対するフィルタ層を形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。

この固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法によれば、カラーフィルタが色情報検出用の色度フィルタと、輝度情報測定用の輝度フィルタとを備え、市松状に配列されたフォトダイオードに色度フィルタを配置し、色度フィルタが配置されていない残りの市松状に配置されたフォトダイオードに輝度フィルタを配置された場合であっても、パターニングの際に他のフィルタ層が近接して存在しても、パターニング形成時の流れ込みによるフィルタ層の外縁同士の融着が防止される。

（４） （１）または（２）記載の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
前記カラーフィルタは、緑色、青色、赤色のフィルタ層が複数のフォトダイオードの光入射側にそれぞれ配置されたものであり、青色と赤色に対するフィルタ層を形成した後に緑色に対するフィルタ層を形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。

この固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法によれば、緑色、青色、赤色のフィルタ層がベイヤー配列（あるいはこれを４５°傾斜させた配列）等に配列され、赤色と青色のフィルタ層を形成した後に緑色のフィルタ層を形成するようにしたので、青色のフィルタ層を形成する際、既に形成されている赤色のフィルタ層が近接して存在する場合であっても、パターニング形成時の流れ込みによるフィルタ層の外縁同士の融着が防止される。

（５） 光を検出する複数の受光部と、
前記受光部の入射光側にそれぞれ配置されたカラーフィルタと、
前記受光部からの受光信号を出力する出力部と、
を備えた固体撮像素子であって、
前記カラーフィルタが、上記（１）〜（４）のいずれか１項記載のカラーフィルタ形成方法を用いて形成された固体撮像素子。

この固体撮像素子によれば、光を検出する複数の受光部と、受光部からの受光信号を出力する出力部とを備え、隣接するフィルタ層の外縁同士の融着がないカラーフィルタを受光部の入射光側に配置したので、フィルタ層同士の融着に起因する感度低下、混色、感度比の劣化などがなく、優れたデバイス特性が得られる。

（６） 色毎に異なるパターンからなるカラーフィルタを色順次で形成するための固体撮像素子用パターンマスクセットであって、
少なくとも一部のパターンマスクについて、前記パターンに対応する部分の形状が、他の色の前記パターンと隣接する部分の少なくとも一部で、前記パターンのエッジを内側に凹ませる形状に形成された固体撮像素子用パターンマスクセット。

この固体撮像素子用パターンマスクセットによれば、パターンのエッジを内側に凹ませる形状に形成することで、隣接する他のパターンとの融着が防止される。

（７） （６）記載の固体撮像素子用パターンマスクセットであって、
前記少なくとも一部のパターンマスクが、N個（Nは１以上の整数）のパターンマスクのうち、少なくとも2番目からＮ−１番目のパターニング用のパターンマスクであり、
前記他の色の前記パターンが、既にパターニングされている前記パターンである固体撮像素子用パターンマスクセット。

この固体撮像素子用パターンマスクセットによれば、N個（Nは１以上の整数）のパターンマスクのうち、少なくとも2番目からＮ−１番目のパターニング用のパターンマスクに対してエッジを凹ませることで、既にパターニングされたパターンとの融着が防止される。

本発明の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法及び固体撮像素子、並びに固体撮像素子用パターンマスクセットによれば、隣接するフィルタ層の外縁同士の融着を防止して、フィルタ層の融着に起因するカラーフィルタの厚さや各フィルタ層のサイズのばらつきがなく、安定した性能を備えたカラーフィルタを形成することができる。また、感度低下、混色、感度比の劣化などがなく、優れたデバイス特性を有する固体撮像素子を作製することができる。

以下、本発明に係るカラーフィルタの好適な実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
先ず、本実施形態に係るカラーフィルタの一例として、色情報用のフィルタ層Ｒ、Ｇ、Ｂと、輝度情報用のフィルタ層Ｗを有し、色情報と輝度情報を区別して検出可能なカラーフィルタについて説明する。図１は色毎に異なる単位カラーフィルタパターンのマスクを用い、ランド状のフィルタ層を基板上に順次、パターニング形成する工程を示す概念図である。なお、図１の上段はマスク形状を表し、下段はマスク露光した結果のフィルタ層の配列を模式的に表している。

図１に示すように、色情報用のランド状のフィルタ層Ｒ、Ｇ、Ｂと、輝度情報用のランド状のフィルタ層Ｗを有するカラーフィルタ１００は、緑用フィルタパターンＧＰを有するマスクＧＭと、青用フィルタパターンＢＰを有するマスクＢＭと、赤用フィルタパターンＲＰを有するマスクＲＭと、輝度情報用フィルタパターンＷＰを有するマスクＷＭとを使用して、各フィルタ層Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｗが、その順で基板Ｐ上にフォトリソグラフィにより形成される。

具体的には、先ずマスクＧＭを用いて該マスクＧＭに形成されている緑用フィルタパターンＧＰを基板Ｐに露光転写してランド状の緑フィルタ層Ｇを形成する。マスクＧＭに形成されている緑用フィルタパターンＧＰの各開口部４は、互いに所定の間隔を離間して配置され、開口外縁４ａの形状は、基板Ｐに露光転写されるべき緑フィルタ層Ｇの形状と略同じ形状に形成されている。これにより、基板Ｐにランド状の緑フィルタ層Ｇが離散して形成される。

次いで、緑フィルタ層Ｇが形成された基板Ｐ上に、マスクＢＭを用いて青用フィルタパターンＢＰを露光転写してランド状の青フィルタ層Ｂを形成する。青フィルタ層Ｂは、緑フィルタ層Ｇに隣接し、その外縁同士が接近配置されて形成される。従って、マスクＢＭの開口部５が、マスクＧＭの開口部４と同じ形状であると、外縁同士の間隔が狭いために、ランド状の青フィルタ層Ｂと緑フィルタ層Ｇとの外縁同士が融着を発生する可能性が高い。これを防止するため、マスクＢＭの青用フィルタパターンＢＰには、光近接効果補正（以下、ＯＰＣ（Optical Proximity Effect Correction）技術を用いた処理が施される。

即ち、図２に示すように、青フィルタ層Ｂを形成するマスクＢＭの開口部５は、既に基板Ｐ上に形成されたランド状の各フィルタ層Ｇと隣接する側の開口外縁５ａが、マスク開口５の内側に距離Ｌだけ入り込んだ形状となっている。これにより、緑フィルタ層Ｇと青フィルタ層Ｂの外縁同士の間の距離が広がり、外縁同士の融着の発生が防止されて、ランド状の正規形状の青フィルタ層Ｂが形成される。上記したＯＰＣ処理は、青フィルタ層Ｂと、隣接する緑フィルタ層Ｇの外縁同士が融着することを防止するためである。従って、マスクＢＭの開口外縁５ａの形状は、基板Ｐ上に露光転写される青フィルタ層Ｂが緑フィルタ層Ｇの外縁同士が融着することなく、正規形状に露光転写できるものであれば、他のいかなる形状であってもよく、特に限定されない。

開口外縁５ａの形状としては、例えば、図２の上側に示すように、緑フィルタ層Ｇと隣接する側の開口外縁５ａが、略コの字型に内側に入り込んだ形状とすることができる。また、図２の下側に示すように、緑フィルタ層Ｇと隣接する側の開口外縁５ａが、略Ｖ字型に内側に入り込んだ形状とすることができる。

続いて、上記したようにランド状の緑フィルタ層Ｇ及び青フィルタ層Ｂが形成された基板Ｐ上に、マスクＲＭを用いて赤用フィルタパターンＲＰを露光転写してランド状の赤フィルタ層Ｒを緑フィルタ層Ｇ及び青フィルタ層Ｂの間に形成する。赤フィルタ層Ｒの形成時にも、ランド状の赤フィルタ層Ｒは、その外縁が緑フィルタ層Ｇ及び青フィルタ層Ｂの外縁に対して接近配置されて形成されるので、マスクＲＭの開口部５は、既に基板Ｐ上に形成されたランド状の各フィルタ層Ｇ、Ｂと隣接する側の開口外縁５ａが、マスク開口５の内側に入り込んだ形状にＯＰＣ処理される。これにより、赤フィルタ層Ｒが、緑フィルタ層Ｇ及び青フィルタ層Ｂの外縁と融着することが防止される。

次いで、ランド状の緑フィルタ層Ｇ、青フィルタ層Ｂ、及び赤フィルタ層Ｒが形成された基板Ｐ上に、マスクＷＭを用いて輝度情報用フィルタパターンＷＰを露光転写し、ランド状の赤フィルタ層Ｒ、緑フィルタ層Ｇ、及び青フィルタ層Ｂ以外の領域に、例えば、透明フィルタ材料からなる輝度情報用のフィルタ層Ｗを配置する。実質的には、フィルタ層Wで他色のフィルタ層の隙間が埋められることになる。ここでのフィルタ層Ｗは、ランド状の赤フィルタ層Ｒ、緑フィルタ層Ｇ、及び青フィルタ層Ｂ以外の領域を埋めるだけであるので、その開口部６の開口外縁は、ＯＰＣ処理されても、されなくてもよい。

上記したように、カラーフィルタ１００形成の中間工程である青フィルタ層Ｂ、及び赤フィルタ層Ｒを形成するマスクＢＭ、ＲＭの開口外縁５ａをマスク開口５の内側に入り込んだ形状にＯＰＣ処理し、該マスクＢＭ、ＲＭを用いて青フィルタ層Ｂ、及び赤フィルタ層Ｒを形成することによって各フィルタ層Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｗの外縁同士の融着を防止する。換言すれば、カラーフィルタ１００形成の際、第２色目以降でかつ最終色（実施形態例ではＷ）の前段までの色、（実施形態例ではＢ，Ｒ）に対するマスクに対して、単位カラーフィルタパターンの正規形状としてのランド形状とは異なる形状のマスク開口とする。これによって、フィルタ層Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｗの融着に起因するカラーフィルタ１００の厚さや各フィルタ層Ｇ、Ｂ、Ｒ、Ｗのサイズのばらつきがなく、安定した光学性能を備えたカラーフィルタ１００を形成することができる。なお、色の形成順序は上記例ではＧ→Ｂ→Ｒ→Ｗであるが、これに限定されることはない。

次に、３色のベイヤー配列を基調としたカラーフィルタの形成方法について図３に基づいて説明する。図３はベイヤー配列を斜め４５°傾斜させて配列されたカラーフィルタの形成工程を示す概念図である。図３に示すように、この配列のカラーフィルタ２００は、前述同様に赤用フィルタパターンＲＰを有するマスクと、青用フィルタパターンＢＰを有するマスクと、緑用フィルタパターンＧＰを有するマスク（いずれも図示せず）とによって、各フィルタ層Ｒ、Ｂ、Ｇが、その順で基板Ｐ上にフォトリソグラフィにより形成される。

具体的には、図３（ａ）に示すように、先ず、赤用フィルタパターンＲＰを基板Ｐに露光転写してランド状の赤フィルタ層Ｒを形成する。この場合の赤用フィルタパターンＲＰの各開口部は、図１に示すマスクＧＭの緑用フィルタパターンＧＰと同様に、互いに所定の間隔だけ離間し、その開口外縁の形状は基板Ｐに露光転写されるべき赤フィルタ層Ｒの形状と略同じ形状に形成されている。これにより、基板Ｐにランド状の赤フィルタ層Ｒが離散して形成される。

次いで、図３（ｂ）に示すように、赤フィルタ層Ｒが形成された基板Ｐ上に、青用フィルタパターンＢＰを露光転写してランド状の青フィルタ層Ｂを形成する。青フィルタ層Ｂは、赤フィルタ層Ｒに隣接しており、その外縁同士が接近配置されて形成される。従って、ランド状の赤フィルタ層Ｒと青フィルタ層Ｂとの外縁同士に融着が発生する可能性が高い。これを防止するため、図１に示すマスクＧＢやＲＭのように、青用フィルタパターンＢＰの開口部には、光近接効果補正が施されている。これによって、青フィルタ層Ｂと赤フィルタ層Ｒの外縁同士に融着が生じることが防止される。

そして、図３（ｃ）に示すように、ランド状の赤フィルタ層Ｒ、青フィルタ層Ｂ以外の領域を緑フィルタ層Ｇで埋める。緑フィルタ層Ｇは、ランド状の赤フィルタ層Ｒ、及び青フィルタ層Ｂ以外の領域を埋めるだけであるので、その開口部の開口外縁は、ＯＰＣ処理されても、されなくてもよい。

上記したように形成されたカラーフィルタ１００、２００は、光電変換部や電荷転送電極が形成された素子基板上に形成したり、予めカラーフィルタを形成しておき、後段のプロセスで貼り合わせること等によって固体撮像素子が形成される。

上記のマスクＧＭ、ＢＭ、ＲＭ、ＷＭ等の固体撮像素子用パターンマスクセットによれば、Ｎ個（Ｎは１以上の整数）のパターンマスクのうち、少なくとも2番目からＮ−１番目のパターニング用のパターンマスクに対して、パターンのエッジを内側に凹ませる形状に形成することで、隣接する他のパターンとの融着が防止される。

次に、上記のカラーフィルタを搭載した固体撮像素子の具体例を説明する。
図４は、カラーフィルタを備える固体撮像素子の構成を示す断面図である。
この固体撮像素子３００においては、シリコンなどの半導体基板１１に不純物イオンをドーピングすることで、フォトダイオードなどの光電変換部１２や、図示しない転送チャネル領域を形成する。入射光を受光することで信号電荷を生成する光電変換部１２は、半導体基板１１の撮像面の面方向に複数配列されている。

半導体基板１１上には、ゲート絶縁膜１３が熱酸化やＣＶＤ法（化学気相成長法）などによって形成される。ゲート絶縁膜１３は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ）膜、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、酸化シリコン（ＳｉＯ）膜を順に積層してなる多層構造（ＯＮＯ膜）を有している。

また、半導体基板１１上には、ゲート絶縁膜１３を介して、光電変換部１２で発生した信号電荷を転送するための電荷転送電極１４が形成されている。電荷転送電極１４を形成するときには、ゲート絶縁膜１３の上面にＣＶＤ法によって導電性のシリコン膜（例えば、ポリシリコンやアモルファスシリコン）を形成し、このシリコン膜を、フォトリソグラフィによりパターニングする。電荷転送電極１４は、光電変換部１２で発生した信号電荷を転送するように撮像面の縦方向及び横方向に沿って延設されており、固体撮像素子の構成を有する半導体素子において電荷転送部の機能を有する。

また、ゲート絶縁膜１３上に電荷転送電極１４を覆うようにＳｉＯ_２，Ｓｉ_３Ｎ_４からなる層間絶縁膜１５をＣＶＤ法によって製膜し、フォトリソグラフィのパターニングによって電荷転送電極１４の側面及び上面に層間絶縁膜１５を選択的に残す。さらに電荷転送電極１４の層間絶縁膜１５の上面にタングステンなどの遮光膜１６を形成する。そして、フォトリソグラフィのパターニングによって、光電変換部１２の上部の遮光膜１６を除去することで開口を形成する。

半導体基板１１及び遮光膜１６の上には、透明の絶縁層１７を形成している。絶縁層１７の上面には、カラーフィルタ１００、平坦化層７、マイクロレンズ層８が順に積層されたカラーフィルタアレイＣが形成されている。ここで、カラーフィルタアレイＣは、上記実施形態の手順で製造することができるが、光電変換部１２や電荷転送電極１４が形成された素子基板側とは別に製造することもできる。こうすれば、カラーフィルタアレイＣと素子基板とを別々に製造して後から貼り合わせて製造でき、カラーフィルタアレイＣ及び素子基板のいずれか一方の歩留まりに影響されることないため、製造コストを削減させることができる。絶縁層１７は、Ｂ（ボロン）やＰ（リン）を含んだＳｉＯ_２膜を熱リフローさせて形成され、周辺回路部の金属配線を保護したり、積層面の表面を平坦化する。

次に、他の固体撮像素子の構造を説明する。
図５は、カラーフィルタアレイを裏面照射型の撮像素子に適用した構成を示す断面図である。
裏面照射型撮像素子４００は、ｐ型のシリコン層（以下、ｐ層という）３１とｐ層３１よりも不純物濃度の高いｐ^＋＋型のシリコン層（以下、ｐ^＋＋層という）３２とからなるｐ型の半導体基板（以下、ｐ基板という）６０を備える。裏面照射型撮像素子４００は、図中下方から上方に向かって光を入射させて撮像を行うものである。本明細書では、ｐ基板６０の光入射方向に対して垂直な２つの面のうち、光入射側の面を裏面といい、その反対面を表面という。また、裏面照射型撮像素子４００を構成する各構成要素を基準にしたときに、入射光が進む方向を、その構成要素の上方と定義し、入射光が進む方向の反対方向を、その構成要素の下方と定義する。また、ｐ基板６０の裏面及び表面に直交する方向を垂直方向、ｐ基板６０の裏面及び表面に平行な方向を水平方向と定義する。

ｐ層３１内の、ｐ基板６０表面近傍の水平方向に延びる同一面上には、入射光に応じてｐ基板６０内で発生した電荷を蓄積するためのｎ型の不純物拡散層（以下、ｎ層という）３４が複数配列されている。ｎ層３４は、ｐ基板６０の表面側に形成されたｎ層３４ａと、ｎ層３４ａの下に形成されたｎ層３４ａよりも不純物濃度の低いｎ⁻層３４ｂとの２層構造となっているが、これに限らない。ｎ層３４で発生した電荷と、このｎ層３４に入射する光の経路上でｐ基板６０内に発生した電荷とが、ｎ層３４に蓄積される。

各ｎ層３４上には、ｐ基板６０表面に発生する暗電荷が各ｎ層３４に蓄積されるのを防ぐための高濃度のｐ型の不純物拡散層（以下、ｐ^＋層という）３５が形成されている。各ｐ^＋層３５内部には、ｐ基板６０の表面からその内側に向かってｎ層３４よりも高濃度のｎ型の不純物拡散層（以下、ｎ^＋層という）３６が形成されている。ｎ^＋層３６は、ｎ層３４に蓄積される不要な電荷を排出するためのオーバーフロードレインとして機能し、ｐ^＋層３５が、このオーバーフロードレインのオーバーフローバリアとしても機能する。図示したように、ｎ^＋層３６は、ｐ基板６０の表面に露出する露出面を有している。

ｐ^＋層３５及びｎ層３４の図中右隣には、少し離間してｎ層３４よりも高濃度のｎ型不純物拡散層からなる電荷転送チャネル４２が形成され、電荷転送チャネル４２の周囲にはｐ^＋層３５よりも濃度の低いｐ層４１が形成されている。

ｐ^＋層３５及びｎ層３４と電荷転送チャネル４２との間のｐ層４１及びｐ層３１には、ｎ層３４に蓄積された電荷を電荷転送チャネル４２に読み出すための電荷読み出し領域（図示せず）が形成されている。電荷転送チャネル４２と電荷読み出し領域の上方には、シリコン酸化膜やＯＮＯ膜等からなるゲート絶縁膜２０を介して、電荷転送チャネル４２に電圧を供給して電荷転送動作を制御するための電荷転送電極と、電荷読み出し領域に読み出し電圧を供給して電荷読み出し動作を制御するための電荷読み出し電極とを兼ねたポリシリコン等からなる電極４３が形成されている。電極４３の周囲には酸化シリコン等の絶縁膜４４が形成されている。電荷転送チャネル４２とその上方の電極４３とにより、ＣＣＤが構成される。

また、隣接するｎ層３４同士の間には、ｐ層４１の下にｐ型不純物拡散層からなる素子分離層４５が形成されている。素子分離層４５は、ｎ層３４に蓄積されるべき電荷が、その隣のｎ層３４に漏れてしまうことを防ぐためのものである。

ｐ基板６０の表面上にはゲート絶縁膜２０が形成されており、ゲート絶縁膜２０上には酸化シリコン等の絶縁層３９が形成されており、この絶縁層３９内に電極４３及び絶縁膜４４が埋設されている。なお、ｎ^＋層３６に移動した電荷を、ｎ^＋層３６の露出面に接続された図示しない電極に移動させることで、ｎ^＋層３６をオーバーフロードレインとして機能させることができる。

ｐ基板６０の裏面から内側には、ｐ基板６０の裏面で発生する暗電荷がｎ層３４に移動するのを防ぐために、ｐ^＋＋層３２が形成されている。ｐ^＋＋層３２には端子が接続され、この端子に所定の電圧が印加できるようになっている。

ｐ^＋＋層３２の下には、酸化シリコンや窒化シリコン等の入射光に対して透明な絶縁層３３が形成されている。絶縁層３３の下には、絶縁層３３とｐ基板６０との屈折率差に起因するｐ基板６０の裏面での光の反射を防止するために、窒化シリコンやダイヤモンド構造炭素膜等の入射光に対して透明な高屈折率透明層４６が形成されている。高屈折率透明層４６としては、プラズマＣＶＤや光ＣＶＤ等の４００℃以下の低温形成が可能なアモルファス窒化シリコン等のｎ＝１．４６を超える屈折率の層とすることが好ましい。

高屈折率透明層４６の下には、カラーフィルタアレイＣが形成されている。カラーフィルタアレイＣは、高屈折率透明層４６側から順にカラーフィルタ１００、平坦化層７、マイクロレンズ層８を順に積層させた構成である。カラーフィルタアレイＣは、上記実施形態の手順によって製造することができる。

このように構成された裏面照射型撮像素子４００では、カラーフィルタアレイＣの１つのマイクロレンズに入射した光が、そのマイクロレンズ上方のカラーフィルタ１００に入射し、ここを透過した光が、カラーフィルタ１００の色に対応するｎ層３４へと入射される。このとき、ｐ基板６０のうち入射光の経路となる部分でも電荷が発生するが、この電荷は、光電変換領域に形成されたポテンシャルスロープを介してｎ層３４へと移動し、ここで蓄積される。ｎ層３４に入射してここで発生した電荷も、ここに蓄積される。ｎ層３４に蓄積された電荷は、電荷転送チャネル４２に読み出されて転送され、出力アンプによって信号に変換されて外部に出力される。

以上のように、前述の固体撮像素子のカラーフィルタは、一例として示す図４、図５のように固体撮像素子に組み込まれることで、フィルタ層同士の融着に起因する感度低下、混色、感度比の劣化などがない優れたデバイス特性の固体撮像素子を得ることができる。
なお、本発明に係るカラーフィルタ及び固体撮像素子は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形や改良等が可能である。例えば、上記説明において、カラーフィルタはＣＣＤ固体撮像素子に適用されたものとして説明したが、ＣＭＯＳ固体撮像素子にも適用することができ、同様の効果を奏する。

以上のように、本発明の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法及び固体撮像素子、並びに固体撮像素子用パターンマスクセットは、例えばデジタルカメラやビデオカメラのような様々な撮影装置に利用することができ、特に、感度低下、混色、感度比の劣化などの固体撮像素子のデバイス特性低下を防止することができる。

色毎に異なる単位カラーフィルタパターンのマスクを用い、色情報検出用の色度フィルタ層と、輝度情報測定用の輝度フィルタ層を基板上にパターニング形成する工程を示す概念図である。 図１におけるマスクの開口外縁の形状を示す平面図である。 ３色のカラーフィルタの形成工程を示す概念図である。 カラーフィルタを固体撮像素子に適用した構成を示す断面図である。 カラーフィルタを裏面照射型の固体撮像素子に適用した構成を示す断面図である。 ベイヤー配列を４５°傾けたカラーフィルタの各フィルタ層の配列を示す平面図である。 図６に示すカラーフィルタの従来の形成工程を示す概念図である。 色情報検出用の色度フィルタと、輝度情報測定用の輝度フィルタとが配列されたカラーフィルタの各フィルタ層の配列を示す平面図である。 図８に示すカラーフィルタの従来の形成工程を示す概念図である。

符号の説明

４ 開口部（マスク開口）
５ 開口部（マスク開口）
６ 開口部（マスク開口）
５ａ 開口外縁
１２ 光電変換部（受光部、フォトダイオード）
１４ 電荷転送電極（出力部）
１００ カラーフィルタ
２００ カラーフィルタ
３００ 固体撮像素子
４００ 裏面照射型撮像素子
Ｒ 赤フィルタ層（色度フィルタ）
Ｇ 緑フィルタ層（色度フィルタ）
Ｂ 青フィルタ層（色度フィルタ）
Ｗ 輝度情報用フィルタ層（輝度フィルタ）
ＲＭ マスク
ＧＭ マスク
ＢＭ マスク
ＷＭ マスク
ＲＰ 赤用フィルタパターン（単位カラーフィルタパターン）
ＧＰ 緑用フィルタパターン（単位カラーフィルタパターン）
ＢＰ 青用フィルタパターン（単位カラーフィルタパターン）
ＷＰ 輝度情報用フィルタパターン（単位カラーフィルタパターン）
Ｐ 基板

Claims (7)

1. ランド状のフィルタ層が色毎に異なるパターンで混在配置されてなるカラーフィルタを、色毎に異なる単位カラーフィルタパターンのマスクを用い、各色の前記ランド状のフィルタ層を色順次で基板上にパターニング形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
   第１色目の前記ランド状のフィルタ層を、該第１色目の色に相当する単位カラーフィルタパターンのマスクを用いて前記基板上にパターニング形成した後、
   第２色目以降でかつ最終色前段までの色に対する前記ランド状のフィルタ層を前記第１色目のフィルタ層同士の間にパターニング形成する際に、前記第２色目以降でかつ最終色前段までの色に対する前記マスクの各開口形状を、当該色に対する単位カラーフィルタパターンの各フィルタ層のランド形状とは異なる形状にして形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。
2. 請求項１記載の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
   前記第２色目以降でかつ最終色前段までの色に対する前記マスクの各開口形状を、既に前記基板上に形成されたランド状の各フィルタ層と隣接する側の開口外縁が、前記開口の内側に入り込んだ形状にする固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。
3. 請求項１または請求項２記載の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
   前記カラーフィルタは、複数のフォトダイオードの光入射側にそれぞれ配置された色情報検出用の色度フィルタと、輝度情報測定用の輝度フィルタとからなり、前記複数のフォトダイオードのうち市松状に配列されたフォトダイオードに対しては前記色度フィルタを配置し、前記色度フィルタが配置されていない残りの市松状に配置されたフォトダイオードに対しては前記輝度フィルタを配置した配列であり、
   前記色度フィルタに対するフィルタ層を色順次で形成した後、前記輝度フィルタに対するフィルタ層を形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。
4. 請求項１または請求項２記載の固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法であって、
   前記カラーフィルタは、緑色、青色、赤色のフィルタ層が複数のフォトダイオードの光入射側にそれぞれ配置されたものであり、青色と赤色に対するフィルタ層を形成した後に緑色に対するフィルタ層を形成する固体撮像素子のカラーフィルタ形成方法。
5. 光を検出する複数の受光部と、
   前記受光部の入射光側にそれぞれ配置されたカラーフィルタと、
   前記受光部からの受光信号を出力する出力部と、
   を備えた固体撮像素子であって、
   前記カラーフィルタが、請求項１〜請求項４のいずれか１項記載のカラーフィルタ形成方法を用いて形成された固体撮像素子。
6. 色毎に異なるパターンからなるカラーフィルタを色順次で形成するための固体撮像素子用パターンマスクセットであって、
   少なくとも一部のパターンマスクについて、前記パターンに対応する部分の形状が、他の色の前記パターンと隣接する部分の少なくとも一部で、前記パターンのエッジを内側に凹ませる形状に形成された固体撮像素子用パターンマスクセット。
7. 請求項６記載の固体撮像素子用パターンマスクセットであって、
   前記少なくとも一部のパターンマスクが、N個（Nは１以上の整数）のパターンマスクのうち、少なくとも2番目からＮ−１番目のパターニング用のパターンマスクであり、
   前記他の色の前記パターンが、既にパターニングされている前記パターンである固体撮像素子用パターンマスクセット。

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