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JP2008021866A - Solid-state imaging device - Google Patents

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JP2008021866A
JP2008021866A JP2006193021A JP2006193021A JP2008021866A JP 2008021866 A JP2008021866 A JP 2008021866A JP 2006193021 A JP2006193021 A JP 2006193021A JP 2006193021 A JP2006193021 A JP 2006193021A JP 2008021866 A JP2008021866 A JP 2008021866A
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JP
Japan
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layer
multilayer film
refractive index
spacer layer
layers
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Withdrawn
Application number
JP2006193021A
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Japanese (ja)
Inventor
Shinko Kasano
真弘 笠野
Yuichi Inaba
雄一 稲葉
Keisuke Tanaka
圭介 田中
Takumi Yamaguchi
琢己 山口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

【課題】画素の微細化を図りつつ、カラーフィルタの透過特性が製品毎にばらつくことを抑制する。
【解決手段】光電変換部103B,103R,103Gを有する半導体基板101と、半導体基板101上に、多層膜106A、スペーサ層106C及び多層膜106Bを順に積層してなり、スペーサ層106Cの厚みを光電変換部103B,103R,103Gに対応する領域毎に異ならせたカラーフィルタ106とを備え、多層膜106Aを構成する層のうちのスペーサ層106Cに隣接する層106dは窒化珪素(Si3N4)からなり、スペーサ層106Cは二酸化珪素(SiO2)からなる。
【選択図】図2
The transmission characteristics of a color filter are prevented from varying from product to product while miniaturizing pixels.
A semiconductor substrate 101 having photoelectric conversion portions 103B, 103R, and 103G, and a multilayer film 106A, a spacer layer 106C, and a multilayer film 106B are sequentially stacked on the semiconductor substrate 101, and the thickness of the spacer layer 106C is photoelectrically changed. A layer 106d adjacent to the spacer layer 106C among the layers constituting the multilayer film 106A is provided with a color filter 106 that is different for each of the regions corresponding to the conversion units 103B, 103R, and 103G. Silicon nitride (Si 3 N 4 ) The spacer layer 106C is made of silicon dioxide (SiO 2 ).
[Selection] Figure 2

Description

本発明は、デジタルカメラ等に用いられる固体撮像装置に関し、特に、カラーフィルタの改良に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device used for a digital camera or the like, and more particularly to improvement of a color filter.

固体撮像装置では、有機材料を用いたカラーフィルタが広く利用されているが(例えば、特許文献1参照)、最近では耐光性や耐熱性の観点から、無機材料を用いたカラーフィルタが提案されている(例えば、特許文献2及び3参照)。
図14は、特許文献3に係る固体撮像装置の断面模式図である。
カラーフィルタ606は、多層膜606A、スペーサ層606C及び多層膜606Bをこの順に積層してなり、スペーサ層606Cの厚みを光電変換部603B、603R及び603Gに対応する領域毎に異ならせている。この構成により、カラーフィルタ606は、光電変換部603B、603R及び603Gに対応する領域毎に光の透過帯域を異ならせることができる。通常、このように領域毎に異なる厚みを有する層を形成するには、リフトオフ法が用いられる(例えば、特許文献4)。ところが、近年、固体撮像装置の分野では画素の微細化が進み、リフトオフ法では各領域内で均一な厚みを実現することが困難になってきている。そこで、特許文献3では、エッチング技術を用いてスペーサ層606Cを形成する方法を提案している。
In solid-state imaging devices, color filters using organic materials are widely used (see, for example, Patent Document 1). Recently, color filters using inorganic materials have been proposed from the viewpoint of light resistance and heat resistance. (For example, see Patent Documents 2 and 3).
FIG. 14 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device according to Patent Document 3.
The color filter 606 is formed by stacking a multilayer film 606A, a spacer layer 606C, and a multilayer film 606B in this order, and the thickness of the spacer layer 606C is different for each region corresponding to the photoelectric conversion units 603B, 603R, and 603G. With this configuration, the color filter 606 can change the light transmission band for each region corresponding to the photoelectric conversion units 603B, 603R, and 603G. Usually, a lift-off method is used to form a layer having a different thickness for each region as described above (for example, Patent Document 4). However, in recent years, pixel miniaturization has progressed in the field of solid-state imaging devices, and it has become difficult to achieve a uniform thickness in each region by the lift-off method. Therefore, Patent Document 3 proposes a method of forming the spacer layer 606C using an etching technique.

図15は、特許文献3に係るカラーフィルタの製造過程を示す図である。
多層膜606A上に、スペーサ層606Cを構成する材料を堆積させて層606uを積層する(図15(a))。層606uのうち残留させる領域をマスク610で覆ってからドライエッチングを施して、不要領域を除去する(図15(b))。マスク610を剥離してから、再びスペーサ層606Cを構成する材料を堆積させて層606vを積層する(図15(c))。層606vのうち残留させる領域をマスク611で覆ってからドライエッチングを施して、不要領域を除去する(図15(d))。このようにして形成された層606u、606vがスペーサ層606Cとなる。マスク611を剥離してから、スペーサ層606C上に、多層膜606Bを積層する(図15(e))。
特開平7-311310号公報 特開2000-180621号公報 WO/2005/069376 特開平5-45514号公報
FIG. 15 is a diagram illustrating a manufacturing process of a color filter according to Patent Document 3.
On the multilayer film 606A, a material constituting the spacer layer 606C is deposited to stack a layer 606u (FIG. 15A). The remaining region of the layer 606u is covered with a mask 610, and then dry etching is performed to remove unnecessary regions (FIG. 15B). After the mask 610 is peeled off, the material constituting the spacer layer 606C is deposited again to stack the layer 606v (FIG. 15C). The remaining region of the layer 606v is covered with a mask 611, and then dry etching is performed to remove unnecessary regions (FIG. 15D). The layers 606u and 606v thus formed become the spacer layer 606C. After the mask 611 is peeled off, a multilayer film 606B is stacked on the spacer layer 606C (FIG. 15E).
JP 7-311310 A JP 2000-180621 A WO / 2005/069376 JP-A-5-45514

しかしながら、発明者らが上記方法を用いて実際に固体撮像装置を作製したところ、カラーフィルタの透過特性が製品毎にばらつくことが判明した。この原因は、被エッチング層(図15:606u,606v)にドライエッチングを施したとき、オーバーエッチングが生じて、下地層(図15:606A)の表層部が一部除去されてしまからであると考えられる(図15(b)及び(d)の拡大部分参照)。例えば、特許文献3によれば、被エッチング層である層606u,606vは二酸化珪素(SiO2)からなり、下地層である層606dは二酸化チタン(TiO2)からなる。この組み合わせであれば、ドライエッチングの選択比が1〜4程度と比較的低く、オーバーエッチングが生じやすい。 However, when the inventors actually fabricated a solid-state imaging device using the above method, it was found that the transmission characteristics of the color filter vary from product to product. This is because when the layer to be etched (FIG. 15: 606u, 606v) is dry-etched, overetching occurs, and the surface layer portion of the underlying layer (FIG. 15: 606A) is partially removed. (See the enlarged portions of FIGS. 15B and 15D). For example, according to Patent Document 3, the layers 606u and 606v that are the layers to be etched are made of silicon dioxide (SiO 2 ), and the layer 606d that is the base layer is made of titanium dioxide (TiO 2 ). With this combination, the dry etching selectivity is relatively low, about 1 to 4, and overetching is likely to occur.

そこで、本発明は、画素の微細化を図りつつ、カラーフィルタの透過特性が製品毎にばらつくことを抑制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。   SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solid-state imaging device capable of suppressing variation in transmission characteristics of color filters from product to product while miniaturizing pixels.

本発明に係る固体撮像装置は、複数の光電変換部を有する半導体基板と、前記半導体基板上に、第1の多層膜、スペーサ層及び第2の多層膜を順に積層してなり、前記スペーサ層の厚みを光電変換部対応領域毎に異ならせたカラーフィルタとを備え、前記第1の多層膜のうちの前記スペーサ層に隣接する層状領域と前記スペーサ層とにおいて、一方が酸化物材料からなり、他方が非酸化物材料からなる。   The solid-state imaging device according to the present invention includes a semiconductor substrate having a plurality of photoelectric conversion units, and a first multilayer film, a spacer layer, and a second multilayer film sequentially stacked on the semiconductor substrate. Of the first multilayer film, one of the layered region adjacent to the spacer layer and the spacer layer is made of an oxide material. The other is made of a non-oxide material.

発明者らは、被エッチング層であるスペーサ層と下地層である層状領域とにおいて、一方が酸化物材料であり他方が非酸化物材料であれば、ドライエッチングの選択比を大きくすることができることを実験により確認した。したがって、上記構成を採用することでオーバーエッチングを抑制することができ、その結果、画素の微細化を図りつつ、カラーフィルタの透過特性が製品毎にばらつくことを抑制することができる。   The inventors can increase the dry etching selectivity if one is an oxide material and the other is a non-oxide material in the spacer layer as an etched layer and the layered region as an underlayer. Was confirmed by experiments. Therefore, by adopting the above configuration, overetching can be suppressed, and as a result, variation in transmission characteristics of the color filter from product to product can be suppressed while miniaturizing pixels.

また、前記層状領域は、前記第1の多層膜を構成する層のうちの前記スペーサ層に隣接する層であることとしてもよい。
上記構成によれば、スペーサ層に隣接する層のみドライエッチングの選択比を重視して構成材料を選択すればよい。これ以外の層については、例えば屈折率を重視するなど、別の観点から材料を選択することができる。したがって、第1の多層膜を構成する層の材料を選択するときの材料選択の自由度を広げることができる。
Further, the layered region may be a layer adjacent to the spacer layer among the layers constituting the first multilayer film.
According to the above-described configuration, only the layer adjacent to the spacer layer may be selected by placing importance on the dry etching selectivity. For other layers, for example, materials can be selected from another viewpoint, such as emphasizing the refractive index. Therefore, the degree of freedom of material selection when selecting the material of the layers constituting the first multilayer film can be expanded.

また、前記第1の多層膜は、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層してなり、前記第1の多層膜を構成する層のうちの前記スペーサ層に隣接する層は、高屈折率層であり、前記第1の多層膜を構成する層のうちの前記スペーサ層に隣接する層以外の高屈折率層は、前記スペーサ層に隣接する層を構成する材料よりも高い屈折率を有する材料からなることとしてもよい。   Further, the first multilayer film is formed by alternately laminating low refractive index layers and high refractive index layers, and a layer adjacent to the spacer layer among the layers constituting the first multilayer film is: The high refractive index layer other than the layer adjacent to the spacer layer among the layers constituting the first multilayer film is higher in refraction than the material constituting the layer adjacent to the spacer layer. It may be made of a material having a rate.

上記構成によれば、スペーサ層に隣接する層以外の高屈折率層は、スペーサ層に隣接する層を構成する材料よりも高い屈折率を有する材料からなるので、スペーサ層に隣接する層を構成する材料と同じ材料からなる場合に比べて、カラーフィルタ全体の厚みを薄くすることができる。その結果、斜めに入射した光に起因して発生する混色を抑制することができる。   According to the above configuration, since the high refractive index layer other than the layer adjacent to the spacer layer is made of a material having a higher refractive index than the material forming the layer adjacent to the spacer layer, the layer adjacent to the spacer layer is configured. Compared with the case where it consists of the same material as the material to perform, the thickness of the whole color filter can be made thin. As a result, color mixing caused by obliquely incident light can be suppressed.

また、前記第2の多層膜は、前記第1の多層膜と同数の層を有し、前記第2の多層膜と前記第1の多層膜とが、各層の厚み及び構成材料に関して積層方向に鏡面対称の関係を有することとしてもよい。
発明者らは、第1の多層膜の構成と第2の多層膜の構成とを鏡面対称にすることで、透過率のピークを高めることができることを実験により確認した。したがって、上記構成を採用することで、固体撮像装置の感度を高めることができる。
The second multilayer film has the same number of layers as the first multilayer film, and the second multilayer film and the first multilayer film are arranged in the stacking direction with respect to the thickness and constituent material of each layer. It is good also as having a mirror-symmetrical relationship.
The inventors have confirmed through experiments that the transmittance peak can be increased by making the configuration of the first multilayer film and the configuration of the second multilayer film mirror-symmetrical. Therefore, the sensitivity of the solid-state imaging device can be increased by adopting the above configuration.

また、前記酸化物材料は、二酸化珪素又は二酸化チタンであり、前記非酸化物材料は、窒化珪素であることとしてもよい。
発明者らは、所定のドライエッチング条件で、二酸化珪素と窒化珪素との選択比、及び、二酸化チタンと窒化珪素との選択比が10以上であることを実験により確認した。上記構成によれば、10以上の大きな選択比を得ることができるので、画素の微細化を図りつつ、カラーフィルタの透過特性が製品毎にばらつくことを抑制することができる。
The oxide material may be silicon dioxide or titanium dioxide, and the non-oxide material may be silicon nitride.
The inventors have confirmed through experiments that the selective ratio between silicon dioxide and silicon nitride and the selective ratio between titanium dioxide and silicon nitride are 10 or more under predetermined dry etching conditions. According to the above configuration, since a large selection ratio of 10 or more can be obtained, it is possible to suppress variation in the transmission characteristics of the color filter from product to product while miniaturizing pixels.

また、前記層状領域は、前記第1の多層膜における前記スペーサ層に隣接する層のうちの前記スペーサ層に隣接する部位であることとしてもよい。
上記構成によれば、スペーサ層に隣接する層のうちのスペーサ層に隣接する部位のみドライエッチングの選択比を重視して構成材料を選択すればよい。スペーサ層に隣接する層のうちのこれ以外の部位、及び、スペーサ層に隣接する層以外の層については、例えば屈折率を重視するなど、別の観点から材料を選択することができる。したがって、第1の多層膜を構成する層の材料を選択するときの材料選択の自由度を広げることができる。
The layered region may be a portion adjacent to the spacer layer among layers adjacent to the spacer layer in the first multilayer film.
According to the above configuration, the constituent material may be selected by placing importance on the dry etching selectivity only for the portion adjacent to the spacer layer among the layers adjacent to the spacer layer. For other portions of the layer adjacent to the spacer layer and layers other than the layer adjacent to the spacer layer, materials can be selected from another viewpoint, for example, emphasizing the refractive index. Therefore, the degree of freedom of material selection when selecting the material of the layers constituting the first multilayer film can be expanded.

また、前記第1の多層膜は、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層してなり、前記第1の多層膜を構成する層のうちの前記スペーサ層に隣接する層は、高屈折率層であり、前記スペーサ層に隣接する層のうちの前記スペーサ層に隣接する部位以外の部位、及び、前記第1の多層膜を構成する層のうちの前記スペーサ層に隣接する層以外の高屈折率層は、前記スペーサ層に隣接する部位を構成する材料よりも高い屈折率を有する材料からなることとしてもよい。   Further, the first multilayer film is formed by alternately laminating low refractive index layers and high refractive index layers, and a layer adjacent to the spacer layer among the layers constituting the first multilayer film is: A layer that is a high-refractive index layer and is adjacent to the spacer layer, of a layer adjacent to the spacer layer, other than a portion adjacent to the spacer layer, and of the layers constituting the first multilayer film The other high refractive index layer may be made of a material having a higher refractive index than the material constituting the portion adjacent to the spacer layer.

上記構成によれば、スペーサ層に隣接する層のうちのスペーサ層に隣接する部位以外の部位、及び、スペーサ層に隣接する層以外の高屈折率層は、スペーサ層に隣接する部位を構成する材料よりも高い屈折率を有する材料からなるので、スペーサ層に隣接する部位を構成する材料と同じ材料からなる場合に比べて、カラーフィルタ全体の厚みを薄くすることができる。その結果、斜めに入射した光に起因して発生する混色を抑制することができる。   According to the above configuration, the portion of the layer adjacent to the spacer layer other than the portion adjacent to the spacer layer and the high refractive index layer other than the layer adjacent to the spacer layer constitute a portion adjacent to the spacer layer. Since it consists of material which has a refractive index higher than material, compared with the case where it consists of the same material as the material which comprises the site | part adjacent to a spacer layer, the thickness of the whole color filter can be made thin. As a result, color mixing caused by obliquely incident light can be suppressed.

本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、本発明に係る固体撮像装置の概略構成を示す図である。
固体撮像装置1は、画素2、垂直シフトレジスタ3、水平シフトレジスタ4及び駆動回路5を備える。画素2は、二次元配列されており、このうちの垂直シフトレジスタ3及び水平シフトレジスタ4により選択された画素のみが画素信号を出力する。垂直シフトレジスタ3及び水平シフトレジスタ4は駆動回路5により駆動される。
The best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a solid-state imaging device according to the present invention.
The solid-state imaging device 1 includes a pixel 2, a vertical shift register 3, a horizontal shift register 4, and a drive circuit 5. The pixels 2 are two-dimensionally arranged, and only the pixels selected by the vertical shift register 3 and the horizontal shift register 4 output pixel signals. The vertical shift register 3 and the horizontal shift register 4 are driven by a drive circuit 5.

図2は、本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の断面模式図である。
固体撮像装置1は、主な構成要素として半導体基板101及びカラーフィルタ106を備えている。半導体基板101は、ウェル102を有し、ウェル102内に光電変換部103B,103R,103Gを有する。カラーフィルタ106は、層間絶縁膜104を挟んで半導体基板101上に配設されている。層間絶縁膜104内には、遮光膜105が配設されている。カラーフィルタ106上には平坦化層107が積層され、その上にマイクロレンズ108が配設されている。
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention.
The solid-state imaging device 1 includes a semiconductor substrate 101 and a color filter 106 as main components. The semiconductor substrate 101 includes a well 102, and photoelectric conversion units 103B, 103R, and 103G are included in the well 102. The color filter 106 is disposed on the semiconductor substrate 101 with the interlayer insulating film 104 interposed therebetween. A light shielding film 105 is disposed in the interlayer insulating film 104. A planarizing layer 107 is laminated on the color filter 106, and a microlens 108 is disposed thereon.

カラーフィルタ106は、多層膜106A、スペーサ層106C及び多層膜106Bを順に積層した構造を有する。
多層膜106Aは、いわゆるλ/4多層膜であり、低屈折率層106a,106cと高屈折率層106b,106dとを交互に積層した構造を有する。同様に、多層膜106Bもλ/4多層膜であり、低屈折率層106f,106hと高屈折率層106e,106gとを交互に積層した構造を有する。各層の光学膜厚nd(n:屈折率、d:物理膜厚)は、λ/4となるように設定されている。ここで、波長λは、反射帯域の中心波長である。スペーサ層106Cは、多層膜106A,106Bの間に配され、光電変換部103B,103R,103Gのそれぞれに対応する領域毎に厚みが異なるように形成されている。
The color filter 106 has a structure in which a multilayer film 106A, a spacer layer 106C, and a multilayer film 106B are sequentially stacked.
The multilayer film 106A is a so-called λ / 4 multilayer film, and has a structure in which low refractive index layers 106a and 106c and high refractive index layers 106b and 106d are alternately stacked. Similarly, the multilayer film 106B is a λ / 4 multilayer film, and has a structure in which low refractive index layers 106f and 106h and high refractive index layers 106e and 106g are alternately stacked. The optical film thickness nd (n: refractive index, d: physical film thickness) of each layer is set to be λ / 4. Here, the wavelength λ is the center wavelength of the reflection band. The spacer layer 106C is disposed between the multilayer films 106A and 106B, and is formed to have a different thickness for each region corresponding to each of the photoelectric conversion units 103B, 103R, and 103G.

カラーフィルタ106は、上記の構造を有することにより、スペーサ層106Cの厚みに対応する帯域の光を透過させ、これ以外の帯域の光を透過させない特性を示す。
実施の形態1では、各層の構成材料は、低屈折率層106a,106c,106f,106hについては二酸化珪素(SiO2)、高屈折率層106b,106e,106gについては二酸化チタン(TiO2) 、高屈折率層106dについては窒化珪素(Si3N4)としている。スペーサ層106Cの構成材料は、二酸化珪素(SiO2)としている。
Since the color filter 106 has the above structure, the color filter 106 transmits light in a band corresponding to the thickness of the spacer layer 106C and does not transmit light in other bands.
In the first embodiment, the constituent materials of the layers are silicon dioxide (SiO 2 ) for the low refractive index layers 106a, 106c, 106f, and 106h, titanium dioxide (TiO 2 ) for the high refractive index layers 106b, 106e, and 106g, The high refractive index layer 106d is made of silicon nitride (Si 3 N 4 ). The constituent material of the spacer layer 106C is silicon dioxide (SiO 2 ).

また、実施の形態1では、中心波長λを530nmとして設計している。各層の厚み(物理膜厚)は、中心波長λ及び各材料の屈折率を勘案して、低屈折率層106a,106c,106f,106hについては91nm、高屈折率層106b,106e,106gについては52nm、高屈折率層106dについては66nmとしている。ここで、各材料の屈折率は、二酸化珪素については1.45、窒化珪素については2.0、二酸化チタンについては2.53である。スペーサ層106Cの厚み(物理膜厚)は、光電変換部103Bに対応する領域で125nm、光電変換部103Rに対応する領域で35nm、光電変換部103Gに対応する領域で0nmとしている。   In the first embodiment, the center wavelength λ is designed to be 530 nm. The thickness (physical film thickness) of each layer is 91 nm for the low refractive index layers 106a, 106c, 106f, and 106h and the high refractive index layers 106b, 106e, and 106g in consideration of the center wavelength λ and the refractive index of each material. The thickness is 52 nm, and the high refractive index layer 106d is 66 nm. Here, the refractive index of each material is 1.45 for silicon dioxide, 2.0 for silicon nitride, and 2.53 for titanium dioxide. The thickness (physical film thickness) of the spacer layer 106C is 125 nm in the region corresponding to the photoelectric conversion unit 103B, 35 nm in the region corresponding to the photoelectric conversion unit 103R, and 0 nm in the region corresponding to the photoelectric conversion unit 103G.

図3は、本発明の実施の形態1に係るカラーフィルタ106の透過特性を示す図である。
ここに現された透過率は、フレネル係数を用いたマトリクス法により導き出されたものである。透過率曲線10B,10G,10Rは、それぞれカラーフィルタ106のうちの光電変換部103Bに対応する領域、光電変換部103Gに対応する領域、光電変換部103Rに対応する領域の透過率を表している。これによれば、カラーフィルタ106のうちの光電変換部103Bに対応する領域、光電変換部103Gに対応する領域、光電変換部103Rに対応する領域は、それぞれ約450nm(曲線10B参照)、約530nm(曲線10G参照)、約600nm(曲線10R参照)を中心波長とする帯域で透過特性を有する。
FIG. 3 is a diagram showing the transmission characteristics of the color filter 106 according to Embodiment 1 of the present invention.
The transmittance shown here is derived by the matrix method using the Fresnel coefficient. The transmittance curves 10B, 10G, and 10R represent the transmittance of the region corresponding to the photoelectric conversion unit 103B, the region corresponding to the photoelectric conversion unit 103G, and the region corresponding to the photoelectric conversion unit 103R in the color filter 106, respectively. . According to this, in the color filter 106, the region corresponding to the photoelectric conversion unit 103B, the region corresponding to the photoelectric conversion unit 103G, and the region corresponding to the photoelectric conversion unit 103R are about 450 nm (see the curve 10B) and about 530 nm, respectively. (Refer to curve 10G) and has a transmission characteristic in a band having a central wavelength of about 600 nm (see curve 10R).

図4及び図5は、本発明の実施の形態1に係るカラーフィルタ106の製造過程を示す図である。
まず、層間絶縁膜104上に、低屈折率層106a、高屈折率層106b、低屈折率層106c、高屈折率層106dを順に積層する。これらが多層膜106Aとなる。多層膜106A上に層106uを積層する(図4(a))。
4 and 5 are diagrams showing a manufacturing process of the color filter 106 according to the first embodiment of the present invention.
First, on the interlayer insulating film 104, a low refractive index layer 106a, a high refractive index layer 106b, a low refractive index layer 106c, and a high refractive index layer 106d are sequentially stacked. These become the multilayer film 106A. A layer 106u is stacked on the multilayer film 106A (FIG. 4A).

低屈折率層106a,106cは高周波スパッタ装置を用いて二酸化珪素を堆積させることにより形成する。高屈折率層106bは高周波スパッタ装置を用いて二酸化チタンを堆積させることにより形成する。高屈折率層106dはCVD(Chemical Vapor Deposition)装置を用いて窒化珪素を堆積させることにより形成する。層106uは高周波スパッタ装置を用いて二酸化珪素を堆積させることにより形成する。層106uの厚みは、80nmとする。   The low refractive index layers 106a and 106c are formed by depositing silicon dioxide using a high frequency sputtering apparatus. The high refractive index layer 106b is formed by depositing titanium dioxide using a high frequency sputtering apparatus. The high refractive index layer 106d is formed by depositing silicon nitride using a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus. The layer 106u is formed by depositing silicon dioxide using a high frequency sputtering apparatus. The thickness of the layer 106u is 80 nm.

次に、層106uのうち残留させる領域をマスク110で覆ってからドライエッチングを施して、不要領域を除去する(図4(b))。エッチングガスは、C5F8+O2又はC4F6+O2を用いる。
次に、マスク110を剥離してから、多層膜106A上に層106vを積層する(図4(c))。層106vは高周波スパッタ装置を用いて二酸化珪素を堆積させることにより形成する。層106vの厚みは、35nmとする。この層106u,106vがスペーサ層106Cとなる。
Next, the remaining region of the layer 106u is covered with a mask 110, and then dry etching is performed to remove unnecessary regions (FIG. 4B). As the etching gas, C 5 F 8 + O 2 or C 4 F 6 + O 2 is used.
Next, after removing the mask 110, a layer 106v is stacked on the multilayer film 106A (FIG. 4C). The layer 106v is formed by depositing silicon dioxide using a high frequency sputtering apparatus. The thickness of the layer 106v is 35 nm. The layers 106u and 106v become the spacer layer 106C.

次に、層106vのうち残留させる領域をマスク111で覆ってからドライエッチングを施して、不要領域を除去する(図5(a))。エッチングガスは、C5F8+O2又はC4F6+O2を用いる。
次に、マスク111を剥離してから、多層膜106A上に高屈折率層106eを積層し(図5(b))、さらに、低屈折率層106f、高屈折率層106g、低屈折率層106hを順に積層する(図5(c))。高屈折率層106e,106gは高周波スパッタ装置を用いて二酸化チタンを堆積させることにより形成する。低屈折率層106f,106hは高周波スパッタ装置を用いて二酸化珪素を堆積させることにより形成する。このようにしてカラーフィルタ106が形成される。
Next, the remaining region of the layer 106v is covered with a mask 111, and then dry etching is performed to remove unnecessary regions (FIG. 5A). As the etching gas, C 5 F 8 + O 2 or C 4 F 6 + O 2 is used.
Next, after removing the mask 111, a high refractive index layer 106e is laminated on the multilayer film 106A (FIG. 5B), and further, a low refractive index layer 106f, a high refractive index layer 106g, and a low refractive index layer. 106h are laminated in order (FIG. 5C). The high refractive index layers 106e and 106g are formed by depositing titanium dioxide using a high frequency sputtering apparatus. The low refractive index layers 106f and 106h are formed by depositing silicon dioxide using a high frequency sputtering apparatus. In this way, the color filter 106 is formed.

上述のように、層106u,106vにドライエッチングを施すとき、高屈折率層106dが下地となる。実施の形態1では、層106u,106vは二酸化珪素からなり、高屈折率層106dは窒化珪素からなる。
発明者らは、エッチングガスがC5F8+O2又はC4F6+O2であれば、窒化珪素と二酸化珪素の選択比が1:20であることを実験により確認した。一方、従来技術では、エッチングガスはCF4+O2であり、二酸化チタンと二酸化珪素との選択比が1:1〜4である。このように、実施の形態1では、ドライエッチングの選択比を従来技術に比べて大きくすることができるので、オーバーエッチングを抑制し(製造誤差が1%以下)、その結果、カラーフィルタの透過特性が製品毎にばらつくことを抑制することができる。
(実施の形態2)
実施の形態2では、スペーサ層を挟んで対向する2つの多層膜が、各層の厚み及び構成材料に関して積層方向に鏡面対称の関係を有する点で、実施の形態1と異なる。
As described above, when dry etching is performed on the layers 106u and 106v, the high refractive index layer 106d serves as a base. In the first embodiment, the layers 106u and 106v are made of silicon dioxide, and the high refractive index layer 106d is made of silicon nitride.
The inventors have confirmed through experiments that the selection ratio of silicon nitride to silicon dioxide is 1:20 when the etching gas is C 5 F 8 + O 2 or C 4 F 6 + O 2 . On the other hand, in the prior art, the etching gas is CF 4 + O 2 and the selection ratio of titanium dioxide to silicon dioxide is 1: 1 to 4. As described above, in the first embodiment, the selection ratio of dry etching can be increased as compared with the conventional technique, so that over-etching is suppressed (manufacturing error is 1% or less), and as a result, the transmission characteristics of the color filter. Can be prevented from varying from product to product.
(Embodiment 2)
The second embodiment is different from the first embodiment in that the two multilayer films facing each other with the spacer layer interposed therebetween have a mirror-symmetrical relationship in the stacking direction with respect to the thickness and constituent material of each layer.

図6は、本発明の実施の形態2に係る固体撮像装置の断面模式図である。
カラーフィルタ206は、多層膜206A、スペーサ層206C及び多層膜206Bを順に積層した構造を有する。
実施の形態2では、各層の構成材料は、低屈折率層206a,206c,206f,206hについては二酸化珪素(SiO2)、高屈折率層206b,206gについては二酸化チタン(TiO2) 、高屈折率層206d,206eについては窒化珪素(Si3N4)としている。スペーサ層206Cの構成材料は、二酸化珪素(SiO2)としている。
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device according to Embodiment 2 of the present invention.
The color filter 206 has a structure in which a multilayer film 206A, a spacer layer 206C, and a multilayer film 206B are sequentially stacked.
In the second embodiment, the constituent material of each layer is silicon dioxide (SiO 2 ) for the low refractive index layers 206a, 206c, 206f, and 206h, titanium dioxide (TiO 2 ) for the high refractive index layers 206b and 206g, and high refractive index. The rate layers 206d and 206e are made of silicon nitride (Si 3 N 4 ). The constituent material of the spacer layer 206C is silicon dioxide (SiO 2 ).

実施の形態2では、高屈折率層206eの厚み(物理膜厚)は、中心波長λ及び各材料の屈折率を勘案して66nmとしている。スペーサ層206Cの厚み(物理膜厚)は、光電変換部203Bに対応する領域で120nm、光電変換部203Rに対応する領域で42nm、光電変換部203Gに対応する領域で0nmとしている。これ以外の層の厚みについては、実施の形態1と同様である。   In the second embodiment, the thickness (physical film thickness) of the high refractive index layer 206e is 66 nm in consideration of the center wavelength λ and the refractive index of each material. The thickness (physical film thickness) of the spacer layer 206C is 120 nm in the region corresponding to the photoelectric conversion unit 203B, 42 nm in the region corresponding to the photoelectric conversion unit 203R, and 0 nm in the region corresponding to the photoelectric conversion unit 203G. The thickness of the other layers is the same as that in the first embodiment.

図7は、本発明の実施の形態2に係るカラーフィルタ206の透過特性を示す図である。
透過率曲線20B,20G,20Rは、それぞれカラーフィルタ206のうちの光電変換部203Bに対応する領域、光電変換部203Gに対応する領域、光電変換部203Rに対応する領域の透過率を表している。これによれば、カラーフィルタ206のうちの各領域における透過帯域については実施の形態1と同様であるが、各領域における透過率については実施の形態1よりも高くなっている(実施の形態1:85%程度、実施の形態2:97%程度)。したがって、実施の形態2では、実施の形態1で示した効果に加えて、固体撮像装置の感度を高めることができるという効果を得ることができる。
(実施の形態3)
実施の形態3では、多層膜を構成する層のうちのスペーサ層に隣接する層の構成が実施の形態1と異なる。
FIG. 7 is a diagram showing the transmission characteristics of the color filter 206 according to Embodiment 2 of the present invention.
The transmittance curves 20B, 20G, and 20R represent the transmittances of the region corresponding to the photoelectric conversion unit 203B, the region corresponding to the photoelectric conversion unit 203G, and the region corresponding to the photoelectric conversion unit 203R in the color filter 206, respectively. . According to this, the transmission band in each region of the color filter 206 is the same as that in the first embodiment, but the transmittance in each region is higher than that in the first embodiment (first embodiment). : About 85%, Embodiment 2: about 97%). Therefore, in Embodiment 2, in addition to the effect shown in Embodiment 1, the effect that the sensitivity of a solid-state imaging device can be improved can be acquired.
(Embodiment 3)
In the third embodiment, the configuration of the layer adjacent to the spacer layer among the layers constituting the multilayer film is different from that in the first embodiment.

図8は、本発明の実施の形態3に係る固体撮像装置の断面模式図である。
カラーフィルタ306は、多層膜306A、スペーサ層306C及び多層膜306Bを順に積層した構造を有する。
実施の形態3では、各層の構成材料は、低屈折率層306a,306c,306f,306hについては二酸化珪素(SiO2)、高屈折率層306b,306e,306gについては二酸化チタン(TiO2) 、高屈折率層306dについては窒化珪素(Si3N4)及び二酸化チタン(TiO2)としている。スペーサ層306Cの構成材料は、二酸化珪素(SiO2)としている。
FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device according to Embodiment 3 of the present invention.
The color filter 306 has a structure in which a multilayer film 306A, a spacer layer 306C, and a multilayer film 306B are sequentially stacked.
In Embodiment 3, the constituent material of each layer is silicon dioxide (SiO 2 ) for the low refractive index layers 306a, 306c, 306f, and 306h, titanium dioxide (TiO 2 ) for the high refractive index layers 306b, 306e, and 306g, The high refractive index layer 306d is made of silicon nitride (Si 3 N 4 ) and titanium dioxide (TiO 2 ). The constituent material of the spacer layer 306C is silicon dioxide (SiO 2 ).

実施の形態3では、高屈折率層306dのうちのスペーサ層306Cに隣接する部位306d2は窒化珪素からなり、これ以外の部位306d1は二酸化チタンからなる。
実施の形態3では、高屈折率層306dのうちの部位306d2の厚み(物理膜厚)は10nmとし、部位306d1の厚み(物理膜厚)は44nmとしている。スペーサ層306Cの厚み(物理膜厚)は、光電変換部303Bに対応する領域で134nm、光電変換部303Rに対応する領域で33nm、光電変換部303Gに対応する領域で0nmとしている。これ以外の層の厚みについては、実施の形態1と同様である。
In the third embodiment, the portion 306d2 adjacent to the spacer layer 306C in the high refractive index layer 306d is made of silicon nitride, and the other portion 306d1 is made of titanium dioxide.
In Embodiment 3, the thickness (physical film thickness) of the portion 306d2 in the high refractive index layer 306d is 10 nm, and the thickness (physical film thickness) of the portion 306d1 is 44 nm. The thickness (physical film thickness) of the spacer layer 306C is 134 nm in the region corresponding to the photoelectric conversion unit 303B, 33 nm in the region corresponding to the photoelectric conversion unit 303R, and 0 nm in the region corresponding to the photoelectric conversion unit 303G. The thickness of the other layers is the same as that in the first embodiment.

図9は、本発明の実施の形態3に係るカラーフィルタ306の透過特性を示す図である。
透過率曲線30B,30G,30Rは、それぞれカラーフィルタ306のうちの光電変換部303Bに対応する領域、光電変換部303Gに対応する領域、光電変換部303Rに対応する領域の透過率を表している。これによれば、カラーフィルタ306のうちの各領域における透過帯域については実施の形態1と同様であるが、各領域における透過率については実施の形態1よりも高くなっている(実施の形態1:85%程度、実施の形態3:95%以上)。したがって、実施の形態3は、実施の形態1で示した効果に加えて、固体撮像装置の感度を高めることができるという効果を得ることができる。このような効果を得ることができるのは、高屈折率層306dの構成材料として、窒化珪素だけでなく、窒化珪素よりも屈折率が高い二酸化チタンも用いたからであると考えられる。
FIG. 9 is a diagram showing the transmission characteristics of the color filter 306 according to Embodiment 3 of the present invention.
The transmittance curves 30B, 30G, and 30R represent the transmittance of the region corresponding to the photoelectric conversion unit 303B, the region corresponding to the photoelectric conversion unit 303G, and the region corresponding to the photoelectric conversion unit 303R in the color filter 306, respectively. . According to this, the transmission band in each region of the color filter 306 is the same as that in the first embodiment, but the transmittance in each region is higher than that in the first embodiment (first embodiment). : About 85%, Embodiment 3: 95% or more). Therefore, the third embodiment can obtain the effect that the sensitivity of the solid-state imaging device can be increased in addition to the effect shown in the first embodiment. It is considered that such an effect can be obtained because not only silicon nitride but also titanium dioxide having a higher refractive index than silicon nitride is used as a constituent material of the high refractive index layer 306d.

なお、この例では、高屈折率層306dのうちの部位306d2の厚み(物理膜厚)は10nmとし、部位306d1の厚み(物理膜厚)は44nmとしている。この値は、以下の2つの条件を勘案して導き出されている。(1)部位306d2をエッチングストップ層として機能させるためには少なくとも厚みを10nmとする必要がある。(2)透過特性を高めるために二酸化チタンからなる部位306d1の厚みをできるだけ厚くする必要がある。このようにすることで、オーバーエッチングを抑制しつつ、透過特性をできるだけ高めることができる。
(実施の形態4)
実施の形態4では、スペーサ層を挟んで対向する2つの多層膜が、各層の厚み及び構成材料に関して積層方向に鏡面対称の関係を有する点で、実施の形態3と異なる。
In this example, the thickness (physical film thickness) of the portion 306d2 of the high refractive index layer 306d is 10 nm, and the thickness (physical film thickness) of the portion 306d1 is 44 nm. This value is derived in consideration of the following two conditions. (1) In order for the portion 306d2 to function as an etching stop layer, it is necessary to set the thickness to at least 10 nm. (2) In order to improve the transmission characteristics, it is necessary to make the portion 306d1 made of titanium dioxide as thick as possible. By doing so, it is possible to improve the transmission characteristics as much as possible while suppressing over-etching.
(Embodiment 4)
The fourth embodiment is different from the third embodiment in that the two multilayer films facing each other with the spacer layer interposed therebetween have a mirror-symmetrical relationship in the stacking direction with respect to the thickness and constituent material of each layer.

図10は、本発明の実施の形態4に係る固体撮像装置の断面模式図である。
カラーフィルタ406は、多層膜406A、スペーサ層406C及び多層膜406Bを順に積層した構造を有する。
実施の形態4では、各層の構成材料は、低屈折率層406a,406c,406f,406hについては二酸化珪素(SiO2)、高屈折率層406b,406gについては二酸化チタン(TiO2) 、高屈折率層406d,406eについては窒化珪素(Si3N4)及び二酸化チタン(TiO2)としている。スペーサ層406Cの構成材料は、二酸化珪素(SiO2)としている。
FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device according to Embodiment 4 of the present invention.
The color filter 406 has a structure in which a multilayer film 406A, a spacer layer 406C, and a multilayer film 406B are sequentially stacked.
In Embodiment 4, the constituent material of each layer is silicon dioxide (SiO 2 ) for the low refractive index layers 406a, 406c, 406f, and 406h, titanium dioxide (TiO 2 ) for the high refractive index layers 406b and 406g, and high refractive index. The rate layers 406d and 406e are made of silicon nitride (Si 3 N 4 ) and titanium dioxide (TiO 2 ). The constituent material of the spacer layer 406C is silicon dioxide (SiO 2 ).

実施の形態4では、高屈折率層406eのうちのスペーサ層406Cに隣接する部位406e2は窒化珪素からなり、これ以外の部位406e1は二酸化チタンからなる。
実施の形態4では、高屈折率層406eのうちの部位406e2の厚み(物理膜厚)は10nmとし、部位406e1の厚み(物理膜厚)は44nmとしている。これ以外の層の厚みについては、実施の形態3と同様である。
In the fourth embodiment, the portion 406e2 adjacent to the spacer layer 406C in the high refractive index layer 406e is made of silicon nitride, and the other portion 406e1 is made of titanium dioxide.
In Embodiment 4, the thickness (physical film thickness) of the portion 406e2 in the high refractive index layer 406e is 10 nm, and the thickness (physical film thickness) of the portion 406e1 is 44 nm. The thickness of the other layers is the same as that in the third embodiment.

図11は、本発明の実施の形態4に係るカラーフィルタ406の透過特性を示す図である。
透過率曲線40B,40G,40Rは、それぞれカラーフィルタ406のうちの光電変換部403Bに対応する領域、光電変換部403Gに対応する領域、光電変換部403Rに対応する領域の透過率を表している。これによれば、カラーフィルタ406のうちの各領域における透過帯域については実施の形態3と同様であるが、長波長領域における透過率については実施の形態3よりも高くなっている(実施の形態3の30R:95%程度、実施の形態4の40R:97%程度)。したがって、実施の形態4では、実施の形態3で示した効果に加えて、固体撮像装置の感度を、特に長波長域について高めることができるという効果を得ることができる。
(実施の形態5)
実施の形態5では、従来技術に対してスペーサ層の構成材料を変更した点で、スペーサ層に隣接する層の構成材料を変更した実施の形態1と異なる。
FIG. 11 is a diagram showing the transmission characteristics of the color filter 406 according to Embodiment 4 of the present invention.
The transmittance curves 40B, 40G, and 40R represent the transmittance of the region corresponding to the photoelectric conversion unit 403B, the region corresponding to the photoelectric conversion unit 403G, and the region corresponding to the photoelectric conversion unit 403R in the color filter 406, respectively. . According to this, the transmission band in each region of the color filter 406 is the same as that in the third embodiment, but the transmittance in the long wavelength region is higher than that in the third embodiment (the embodiment). 3) 30R: about 95%, and Embodiment 4 40R: about 97%). Therefore, in the fourth embodiment, in addition to the effect shown in the third embodiment, an effect that the sensitivity of the solid-state imaging device can be increased particularly in the long wavelength region can be obtained.
(Embodiment 5)
The fifth embodiment is different from the first embodiment in which the constituent material of the layer adjacent to the spacer layer is changed in that the constituent material of the spacer layer is changed with respect to the prior art.

図12は、本発明の実施の形態5に係る固体撮像装置の断面模式図である。
カラーフィルタ506は、多層膜506A、スペーサ層506C及び多層膜506Bを順に積層した構造を有する。
多層膜506Aは、いわゆるλ/4多層膜であり、低屈折率層506a,506cと高屈折率層506b,506dとを交互に積層した構造を有する。同様に、多層膜506Bもλ/4多層膜であり、低屈折率層506f,506hと高屈折率層506e,506gとを交互に積層した構造を有する。各層の光学膜厚nd(n:屈折率、d:物理膜厚)は、λ/4となるように設定されている。ここで、波長λは、反射帯域の中心波長である。スペーサ層506Cは、多層膜506A,506Bの間に配され、光電変換部503B,503R,503Gのそれぞれに対応する領域毎に厚みが異なるように形成されている。
FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device according to Embodiment 5 of the present invention.
The color filter 506 has a structure in which a multilayer film 506A, a spacer layer 506C, and a multilayer film 506B are sequentially stacked.
The multilayer film 506A is a so-called λ / 4 multilayer film, and has a structure in which low refractive index layers 506a and 506c and high refractive index layers 506b and 506d are alternately stacked. Similarly, the multilayer film 506B is a λ / 4 multilayer film and has a structure in which low refractive index layers 506f and 506h and high refractive index layers 506e and 506g are alternately stacked. The optical film thickness nd (n: refractive index, d: physical film thickness) of each layer is set to be λ / 4. Here, the wavelength λ is the center wavelength of the reflection band. The spacer layer 506C is disposed between the multilayer films 506A and 506B, and is formed to have a different thickness for each region corresponding to each of the photoelectric conversion units 503B, 503R, and 503G.

カラーフィルタ506は、上記の構造を有することにより、スペーサ層506Cの厚みに対応する帯域の光を透過させ、これ以外の帯域の光を透過させない特性を示す。
実施の形態5では、各層の構成材料は、低屈折率層506a,506c,506f,506hについては二酸化珪素(SiO2)、高屈折率層506b,506d,506e,506gについては二酸化チタン(TiO2)としている。スペーサ層506Cの構成材料は、窒化珪素(Si3N4)としている。
Since the color filter 506 has the above-described structure, the color filter 506 transmits light in a band corresponding to the thickness of the spacer layer 506C and does not transmit light in other bands.
In the fifth embodiment, the constituent material of each layer is silicon dioxide (SiO 2 ) for the low refractive index layers 506a, 506c, 506f, and 506h, and titanium dioxide (TiO 2 ) for the high refractive index layers 506b, 506d, 506e, and 506g. ). The constituent material of the spacer layer 506C is silicon nitride (Si 3 N 4 ).

また、実施の形態5では、中心波長λを530nmとして設計している。各層の厚み(物理膜厚)は、中心波長λ及び各材料の屈折率を勘案して、低屈折率層506a,506c,506f,506hについては91nm、高屈折率層506b,506d,506e,506gについては52nmとしている。ここで、各材料の屈折率は、二酸化珪素については1.45、窒化珪素については2.0、二酸化チタンについては2.53である。スペーサ層506Cの厚み(物理膜厚)は、光電変換部503Bに対応する領域で90nm、光電変換部503Rに対応する領域で31nm、光電変換部503Gに対応する領域で0nmとしている。   In the fifth embodiment, the center wavelength λ is designed to be 530 nm. The thickness (physical film thickness) of each layer is 91 nm for the low refractive index layers 506a, 506c, 506f, and 506h and the high refractive index layers 506b, 506d, 506e, and 506g in consideration of the center wavelength λ and the refractive index of each material. Is set to 52 nm. Here, the refractive index of each material is 1.45 for silicon dioxide, 2.0 for silicon nitride, and 2.53 for titanium dioxide. The thickness (physical film thickness) of the spacer layer 506C is 90 nm in the region corresponding to the photoelectric conversion unit 503B, 31 nm in the region corresponding to the photoelectric conversion unit 503R, and 0 nm in the region corresponding to the photoelectric conversion unit 503G.

図13は、本発明の実施の形態5に係るカラーフィルタ506の透過特性を示す図である。
透過率曲線50B,50G,50Rは、それぞれカラーフィルタ506のうちの光電変換部503Bに対応する領域、光電変換部503Gに対応する領域、光電変換部503Rに対応する領域の透過率を表している。これによれば、カラーフィルタ506のうちの光電変換部503Bに対応する領域、光電変換部503Gに対応する領域、光電変換部503Rに対応する領域は、それぞれ約450nm(曲線50B参照)、約530nm(曲線50G参照)、約600nm(曲線50R参照)を中心波長とする帯域で透過特性を有する。
FIG. 13 is a diagram showing the transmission characteristics of the color filter 506 according to Embodiment 5 of the present invention.
The transmittance curves 50B, 50G, and 50R represent the transmittance of the region corresponding to the photoelectric conversion unit 503B, the region corresponding to the photoelectric conversion unit 503G, and the region corresponding to the photoelectric conversion unit 503R in the color filter 506, respectively. . According to this, in the color filter 506, the region corresponding to the photoelectric conversion unit 503B, the region corresponding to the photoelectric conversion unit 503G, and the region corresponding to the photoelectric conversion unit 503R are about 450 nm (see the curve 50B) and about 530 nm, respectively. (Refer to curve 50G) and has a transmission characteristic in a band having a central wavelength of about 600 nm (see curve 50R).

実施の形態5に係るカラーフィルタの製造方法は、工程自体は実施の形態1と同様であるが、スペーサ層506C及び高屈折率層506dの構成材料が実施の形態1と異なるため、エッチングガスが実施の形態1と異なる。
実施の形態5では、被エッチング層が窒化珪素からなり、下地層が二酸化チタンからなる。エッチングガスは、CF4+O2を用いることとしている。
The manufacturing method of the color filter according to the fifth embodiment is the same as that of the first embodiment, except that the constituent materials of the spacer layer 506C and the high refractive index layer 506d are different from those of the first embodiment. Different from the first embodiment.
In the fifth embodiment, the layer to be etched is made of silicon nitride, and the base layer is made of titanium dioxide. As the etching gas, CF 4 + O 2 is used.

発明者らは、エッチングガスがCF4+O2であれば、二酸化チタンと窒化珪素の選択比が1:20であることを実験により確認した。一方、従来技術では、エッチングガスはCF4+O2であり、二酸化チタンと二酸化珪素との選択比が1:1〜4である。このように、実施の形態5では、ドライエッチングの選択比を従来技術に比べて大きくすることができるので、オーバーエッチングを抑制し(製造誤差が1%以下)、その結果、カラーフィルタの透過特性が製品毎にばらつくことを抑制することができる。 The inventors have confirmed by experiments that the etching gas is CF 4 + O 2 , and the selection ratio of titanium dioxide to silicon nitride is 1:20. On the other hand, in the prior art, the etching gas is CF 4 + O 2 and the selection ratio of titanium dioxide to silicon dioxide is 1: 1 to 4. As described above, in the fifth embodiment, the selection ratio of dry etching can be increased as compared with the conventional technique, so that over-etching is suppressed (manufacturing error is 1% or less), and as a result, transmission characteristics of the color filter. Can be prevented from varying from product to product.

さらに、実施の形態5では、スペーサ層506Cの構成材料が二酸化珪素よりも屈折率が高い窒化珪素なので、従来技術と比べてカラーフィルタ全体の厚みを薄くすることができる(従来技術と比較して44nm、実施の形態1と比較して49nm薄くなる)。したがって、斜めに入射した光に起因して発生する混色を抑制することができる。
以上、本発明に係る固体撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限られない。例えば、以下のような変形例が考えられる。
(1)発明者らは、ICPドライエッチング装置を用い、エッチング条件として、反応圧:70mmTorr、上部パワー:700mW、下部パワー:50mWとし、エッチングガスをCF4+O2とした場合、二酸化珪素(SiO2)、窒化珪素(Si3N4)、二酸化チタン(TiO2)の選択比が2:20:1であることを実験により確認した。この実験結果から、ドライエッチングの選択比は、酸化物材料間では小さく、酸化物材料と非酸化物材料との間では大きいことがわかる。
Furthermore, in the fifth embodiment, since the constituent material of the spacer layer 506C is silicon nitride having a refractive index higher than that of silicon dioxide, the thickness of the entire color filter can be reduced as compared with the conventional technique (compared with the conventional technique). 44 nm, 49 nm thinner than in the first embodiment). Therefore, it is possible to suppress color mixing that occurs due to light incident obliquely.
Although the solid-state imaging device according to the present invention has been described based on the embodiments, the present invention is not limited to these embodiments. For example, the following modifications can be considered.
(1) The inventors used an ICP dry etching apparatus, etching conditions were as follows: reaction pressure: 70 mmTorr, upper power: 700 mW, lower power: 50 mW, and an etching gas of CF 4 + O 2. Experiments confirmed that the selection ratio of SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), and titanium dioxide (TiO 2 ) was 2: 20: 1. From this experimental result, it can be seen that the dry etching selectivity is small between oxide materials and large between oxide materials and non-oxide materials.

したがって、実施の形態では、酸化物材料として二酸化珪素(SiO2)及び二酸化チタン(TiO2)を採用し、非酸化物材料として窒化珪素(Si3N4)を採用する組み合わせのみを挙げているが、本発明は、この例に限らない。例えば、酸化物材料として酸化タンタル(Ta2O5)、酸化ジルコニウム(ZrO2)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化ハフニウム(HfO3)、酸化マグネシウム(MgO2)等を採用し、非酸化物材料として窒化珪素(SiN)、フッ化マグネシウム(MgF2)等を採用することとしてもよい。
(2)多層膜のうちのスペーサ層に隣接する層状領域として、実施の形態1では高屈折率層106dを挙げ、実施の形態3では高屈折率層306dのうちの部位306d2を挙げているが、本発明は、この例に限られない。例えば、層106d及び106cを層状領域としてもよいし、多層膜106Aの全ての層を層状領域としてもよい。
Therefore, in the embodiment, only combinations using silicon dioxide (SiO 2 ) and titanium dioxide (TiO 2 ) as oxide materials and silicon nitride (Si 3 N 4 ) as non-oxide materials are listed. However, the present invention is not limited to this example. For example, tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), zirconium oxide (ZrO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), hafnium oxide (HfO 3 ), magnesium oxide (MgO 2 ), etc. are used as the oxide material. Silicon oxide (SiN), magnesium fluoride (MgF 2 ), or the like may be employed as the oxide material.
(2) As a layered region adjacent to the spacer layer in the multilayer film, the high refractive index layer 106d is cited in the first embodiment, and the portion 306d2 of the high refractive index layer 306d is cited in the third embodiment. The present invention is not limited to this example. For example, the layers 106d and 106c may be layered regions, or all the layers of the multilayer film 106A may be layered regions.

本発明は、例えば、デジタルカメラに適用することができる。   The present invention can be applied to, for example, a digital camera.

本発明に係る固体撮像装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the solid-state imaging device concerning this invention. 本発明の実施の形態1に係る固体撮像装置の断面模式図である。1 is a schematic cross-sectional view of a solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1に係るカラーフィルタ106の透過特性を示す図である。It is a figure which shows the permeation | transmission characteristic of the color filter 106 which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係るカラーフィルタ106の製造過程を示す図である。It is a figure which shows the manufacture process of the color filter 106 which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1に係るカラーフィルタ106の製造過程を示す図である。It is a figure which shows the manufacture process of the color filter 106 which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2に係る固体撮像装置の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the solid-state imaging device which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2に係るカラーフィルタ206の透過特性を示す図である。It is a figure which shows the permeation | transmission characteristic of the color filter 206 which concerns on Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3に係る固体撮像装置の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the solid-state imaging device which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3に係るカラーフィルタ306の透過特性を示す図である。It is a figure which shows the permeation | transmission characteristic of the color filter 306 which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る固体撮像装置の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the solid-state imaging device which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態4に係るカラーフィルタ406の透過特性を示す図である。It is a figure which shows the permeation | transmission characteristic of the color filter 406 which concerns on Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5に係る固体撮像装置の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the solid-state imaging device which concerns on Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態5に係るカラーフィルタ506の透過特性を示す図である。It is a figure which shows the permeation | transmission characteristic of the color filter 506 which concerns on Embodiment 5 of this invention. 特許文献3に係る固体撮像装置の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the solid-state imaging device concerning patent document 3. 特許文献3に係るカラーフィルタの製造過程を示す図である。It is a figure which shows the manufacture process of the color filter which concerns on patent document 3. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 固体撮像装置
2 画素
3 垂直シフトレジスタ
4 水平シフトレジスタ
5 駆動回路
101,201,301,401,501,601 半導体基板
102,202,302,402,502,602 ウェル
103,203,303,403,503,603 光電変換部
104,204,304,404,504,604 層間絶縁膜
105,205,305,405,505,605 遮光膜
106,206,306,406,506,606 カラーフィルタ
106A,206A,306A,406A,506A,606A 多層膜
106B,206B,306B,406B,506B,606B 多層膜
106C,206C,306C,406C,506C,606C スペーサ層
106a,206a,306a,406a,506a,606a 低屈折率層
106b,206b,306b,406b,506b,606b 高屈折率層
106c,206c,306c,406c,506c,606c 低屈折率層
106d,206d,306d,406d,506d,606d 高屈折率層
106e,206e,306e,406e,506e,606e 高屈折率層
106f,206f,306f,406f,506f,606f 低屈折率層
106g,206g,306g,406g,506g,606g 高屈折率層
106h,206h,306h,406h,506h,606h 低屈折率層
107 平坦化層
108 マイクロレンズ
110,111,610,611 マスク
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Solid-state imaging device 2 Pixel 3 Vertical shift register 4 Horizontal shift register 5 Drive circuit 101,201,301,401,501,601 Semiconductor substrate 102,202,302,402,502,602 Well 103,203,303,403, 503, 603 Photoelectric conversion unit 104, 204, 304, 404, 504, 604 Interlayer insulating film 105, 205, 305, 405, 505, 605 Light shielding film 106, 206, 306, 406, 506, 606 Color filter 106A, 206A, 306A, 406A, 506A, 606A Multilayer film 106B, 206B, 306B, 406B, 506B, 606B Multilayer film 106C, 206C, 306C, 406C, 506C, 606C Spacer layer 106a, 206a, 306a, 406a, 506a, 606a Low refractive index layer 106b, 206b, 306b, 406b, 506b, 606b High refractive index layer 106c, 206c, 306c, 406c, 506c, 606c Low refractive index layer 106d, 206d, 306d, 406d, 506d, 606d High refractive index layer 106e, 206e, 306e, 406e, 506e, 606e High refractive index layer 106f, 206f, 306f, 406f, 506f, 606f Low refractive index layer 106g, 206g, 306g, 406g, 506g, 606g High refractive index layer 106h, 206h, 306h , 406h, 506h, 606h Low refractive index layer 107 Flattening layer 108 Micro lens 110, 111, 610, 611 Mask

Claims (9)

複数の光電変換部を有する半導体基板と、
前記半導体基板上に、第1の多層膜、スペーサ層及び第2の多層膜を順に積層してなり、前記スペーサ層の厚みを光電変換部対応領域毎に異ならせたカラーフィルタとを備え、
前記第1の多層膜のうちの前記スペーサ層に隣接する層状領域と前記スペーサ層とにおいて、一方が酸化物材料からなり、他方が非酸化物材料からなること
を特徴とする固体撮像装置。
A semiconductor substrate having a plurality of photoelectric conversion parts;
A color filter in which a first multilayer film, a spacer layer, and a second multilayer film are sequentially stacked on the semiconductor substrate, and the thickness of the spacer layer is made different for each photoelectric conversion unit corresponding region,
One of the layered region adjacent to the spacer layer and the spacer layer in the first multilayer film is made of an oxide material, and the other is made of a non-oxide material.
前記層状領域は、前記第1の多層膜を構成する層のうちの前記スペーサ層に隣接する層であること
を特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the layered region is a layer adjacent to the spacer layer among layers constituting the first multilayer film.
前記第1の多層膜は、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層してなり、
前記第1の多層膜を構成する層のうちの前記スペーサ層に隣接する層は、高屈折率層であり、
前記第1の多層膜を構成する層のうちの前記スペーサ層に隣接する層以外の高屈折率層は、前記スペーサ層に隣接する層を構成する材料よりも高い屈折率を有する材料からなること
を特徴とする請求項2に記載の固体撮像装置。
The first multilayer film is formed by alternately laminating low refractive index layers and high refractive index layers,
Of the layers constituting the first multilayer film, a layer adjacent to the spacer layer is a high refractive index layer,
Of the layers constituting the first multilayer film, the high refractive index layer other than the layer adjacent to the spacer layer is made of a material having a higher refractive index than the material constituting the layer adjacent to the spacer layer. The solid-state imaging device according to claim 2.
前記第2の多層膜は、前記第1の多層膜と同数の層を有し、
前記第2の多層膜と前記第1の多層膜とが、各層の厚み及び構成材料に関して積層方向に鏡面対称の関係を有すること
を特徴とする請求項3に記載の固体撮像装置。
The second multilayer film has the same number of layers as the first multilayer film,
4. The solid-state imaging device according to claim 3, wherein the second multilayer film and the first multilayer film have a mirror symmetry relationship in the stacking direction with respect to the thickness and constituent material of each layer.
前記酸化物材料は、二酸化珪素又は二酸化チタンであり、
前記非酸化物材料は、窒化珪素であること
を特徴とする請求項3又は4に記載の固体撮像装置。
The oxide material is silicon dioxide or titanium dioxide,
The solid-state imaging device according to claim 3 or 4, wherein the non-oxide material is silicon nitride.
前記層状領域は、前記第1の多層膜における前記スペーサ層に隣接する層のうちの前記スペーサ層に隣接する部位であること
を特徴とする請求項1に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the layered region is a portion adjacent to the spacer layer among layers adjacent to the spacer layer in the first multilayer film.
前記第1の多層膜は、低屈折率層と高屈折率層とを交互に積層してなり、
前記第1の多層膜を構成する層のうちの前記スペーサ層に隣接する層は、高屈折率層であり、
前記スペーサ層に隣接する層のうちの前記スペーサ層に隣接する部位以外の部位、及び、前記第1の多層膜を構成する層のうちの前記スペーサ層に隣接する層以外の高屈折率層は、前記スペーサ層に隣接する部位を構成する材料よりも高い屈折率を有する材料からなること
を特徴とする請求項6に記載の固体撮像装置。
The first multilayer film is formed by alternately laminating low refractive index layers and high refractive index layers,
Of the layers constituting the first multilayer film, a layer adjacent to the spacer layer is a high refractive index layer,
Of the layer adjacent to the spacer layer, the portion other than the portion adjacent to the spacer layer and the high refractive index layer other than the layer adjacent to the spacer layer of the layers constituting the first multilayer film are The solid-state imaging device according to claim 6, wherein the solid-state imaging device is made of a material having a higher refractive index than a material constituting a portion adjacent to the spacer layer.
前記第2の多層膜は、前記第1の多層膜と同数の層を有し、
前記第2の多層膜と前記第1の多層膜とが、各層の厚み及び構成材料に関して積層方向に鏡面対称の関係を有すること
を特徴とする請求項7に記載の固体撮像装置。
The second multilayer film has the same number of layers as the first multilayer film,
The solid-state imaging device according to claim 7, wherein the second multilayer film and the first multilayer film have a mirror-symmetrical relationship in the stacking direction with respect to the thickness and constituent material of each layer.
前記酸化物材料は、二酸化珪素又は二酸化チタンであり、
前記非酸化物材料は、窒化珪素であること
を特徴とする請求項7又は8に記載の固体撮像装置。
The oxide material is silicon dioxide or titanium dioxide,
The solid-state imaging device according to claim 7, wherein the non-oxide material is silicon nitride.
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