(57)【要約】【課題】固体撮像装置の受光効率を向上させる。【解決手段】複数の受光部が形成された基板と、前記複数の受光部のそれぞれの上に設けられ、クラッド層により取り囲まれた光導波路と、前記光導波路の上にそれぞれ設けられたカラーフィルタと、前記カラーフィルタの上にそれぞれ設けられたレンズと、を備え、前記光導波路は、第１の屈折率を有する第１の層と、前記第１の層に接触し前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する第２の層と、を有することを特徴とする固体撮像装置が提供される。【選択図】図１
2010225939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受光部が形成された基板と、
前記複数の受光部のそれぞれの上に設けられ、クラッド層により取り囲まれた光導波路と、
前記光導波路の上にそれぞれ設けられたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの上にそれぞれ設けられたレンズと、
を備え、
前記光導波路は、第１の屈折率を有する第１の層と、前記第１の層に接触し前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する第２の層と、を有することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記光導波路は、前記第２の層の上に前記第１の層を積層させた構造をなし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３】
前記第２の層の厚みは、前記光導波路の厚みの２／３以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記光導波路は、前記第１の層の上に前記第２の層を積層させた構造をなし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５】
前記第２の層の厚みは、前記光導波路の厚みの１／２以上であることを特徴とする請求項３または４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記光導波路の中心軸は、前記受光部の中心軸からずれていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記光導波路の中心軸は、前記基板の主面に対して斜めに配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第２の層の中心軸は、前記光導波路の中心軸からずれていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第１の層の主成分は、有機樹脂であり、
前記第２の層の主成分は、窒化珪素であることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１つに記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記有機樹脂に金属酸化物微粒子が分散されていることを特徴とする請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法であって、
前記第２の層を減圧雰囲気下で形成した後、前記第２の層の上部にエッチバックを施して前記第２の層の上部を除去し、前記第２の層の上に前記第１の層を形成することを特徴とする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、固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置の応用範囲は、デジタルカメラに限らず、携帯電話などの各種のモバイル端末や、監視カメラ、インターネットを介したチャット用のウエブカメラなど、広範な範囲に拡がりつつある。  
このような固体撮像装置は、消費電力が低く小型であることが要求される。これらの要求を満たす固体撮像装置として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補型金属酸化膜半導体）型エリアセンサ（以下、ＣＭＯＳセンサと呼称する。）、あるは、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device：電荷結合素子）型エリアセンサ等が注目されている。
【０００３】
ＣＭＯＳセンサの一例では、シリコン基板の表面部に、フォトダイオード等からなる受光部等を形成し、受光部領域外のシリコン基板上に多層配線層を形成しさらに、受光部の直上域にトレンチを形成し、このトレンチの内部に、光を受光部に導くための光導波路を配置したものがある（例えば、特許文献１参照）。  
また、このような固体撮像装置には、光を集光するためのマイクロレンズと、特定の波長域の光のみを透過させるカラーフィルタとが光導波路上に設けられている。そして、固体撮像装置の高解像度化を図るために、その狭ピッチ化（微細化）が益々進行しつつある。これに伴い、光導波路においても、その幅の狭小化がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−３１７８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光導波路幅の狭小化と共に、光導波路材の埋め込み不良が生じてしまい、固体撮像装置の受光効率が低下するという問題が生じている。  
本発明では、受光効率を向上させた固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、複数の受光部が形成された基板と、前記複数の受光部のそれぞれの上に設けられ、クラッド層により取り囲まれた光導波路と、前記光導波路の上にそれぞれ設けられたカラーフィルタと、前記カラーフィルタの上にそれぞれ設けられたレンズと、を備え、前記光導波路は、第１の屈折率を有する第１の層と、前記第１の層に接触し前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する第２の層と、を有することを特徴とする固体撮像装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の一態様によれば、複数の受光部が形成された基板と、前記複数の受光部のそれぞれの上に設けられ、クラッド層により取り囲まれた光導波路と、前記光導波路の上にそれぞれ設けられたカラーフィルタと、前記カラーフィルタの上にそれぞれ設けられたレンズと、を備え、前記光導波路は、第１の屈折率を有する第１の層と、前記第１の層に接触し前記第１の屈折率よりも高い第２の屈折率を有する第２の層と、を有し、前記光導波路は、前記第２の層の上に前記第１の層を積層させた構造をなしている固体撮像装置の製造方法であって、前記第２の層を減圧雰囲気下で形成した後、前記第２の層の上部にエッチバックを施して前記第２の層の上部を除去し、前記第２の層の上に前記第１の層を形成することを特徴とする固体撮像装置の製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、固体撮像装置の受光効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態に係る固体撮像装置の要部模式図である。
【図２】光導波路を形成する工程を説明するための要部断面模式図である。
【図３】固体撮像装置の効果を説明する要部図である。
【図４】本実施の形態に係る別の固体撮像装置の要部模式図である。
【図５】光導波路を形成する工程を説明するための要部断面模式図である。
【図６】固体撮像装置の効果を説明する要部図である。
【図７】波動光学シミュレーション結果を説明する図である。
【図８】本実施の形態に係る別の固体撮像装置の要部模式図である。
【図９】本実施の形態に係る別の固体撮像装置の要部模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００１１】
図１は、本実施の形態に係る固体撮像装置の要部模式図であり、図１（ａ）には、固体撮像装置の要部断面が示され、図１（ｂ）には、固体撮像装置の要部平面が示されている。ここで、図１（ａ）には、図１（ｂ）のＸ−Ｙ断面が示されている。
【００１２】
図１に示すように、固体撮像装置１においては、その基材として、シリコン（Ｓｉ）基板１０が用いられ、シリコン基板１０の表面部の一部に、受光部であるフォトダイオードＰＤが形成されている。このようなフォトダイオードＰＤは、その内部において、例えば、ＰＮ接合を形成している。
【００１３】
また、フォトダイオードＰＤは、シリコン基板１０の主面に垂直な方向から見て、例えば、正方形をしており、固体撮像装置１の平面内において、複数のフォトダイオードＰＤがマトリクス状に配列されている。  
また、シリコン基板１０には、これらの他に、電荷転送部であるＣＣＤ、またはＣＭＯＳトランジスタの拡散層が形成されている（図示しない）。
【００１４】
また、固体撮像装置１においては、シリコン基板１０上に、多層配線層２０が設けられている。多層配線層２０においては、絶縁材のほか、光クラッド層としても機能する層間絶縁膜２０ａが設けられ、この層間絶縁膜２０ａ内に、配線２０ｂが多層となって配置されている。このような配線２０ｂは、光の遮光膜としても機能する。なお、多層配線層２０内に専用の遮光膜を形成してもよい（図示せず）。また、多層配線層２０内には、電荷転送部への転送電極を形成してもよい（図示せず）。
【００１５】
そして、固体撮像装置１においては、フォトダイオードＰＤの直上域の多層配線層２０内に、柱状の光導波路３０を形成している。即ち、光導波路３０は、層間絶縁膜２０ａにより取り囲まれた構成をしている。そして、この光導波路３０の外縁は、フォトダイオードＰＤの内側に位置している。なお、光導波路３０の外縁とフォトダイオードＰＤの外縁とをほぼ一致させた構成でもよい。また、光導波路３０と配線２０ｂは、非接触の状態にあり、光導波路３０の内部には、配線、転送電極及び遮光膜などの部材は設けていない。そして、光導波路３０は、複数の層で構成され、例えば、屈折率が異なる層を複数に積層させた構成としている。
【００１６】
例えば、固体撮像装置１では、図示するように、光導波路３０の層数を２層とし、光導波路３０の下方を、例えば、高屈折率材層３０ｈで埋設し、高屈折率材層３０ｈ上に、低屈折率材層３０ｌを形成している。なお、層数においては、２層とは限らず、それらを更に複数段に分けた構成としてもよい。この場合、光導波路３０の上方ほど、相対的に屈折率の低い材が配置される。
【００１７】
また、固体撮像装置１においては、光導波路３０上に、特定の波長の光を吸収する色フィルタ４０が配置されている。例えば、それぞれの光導波路３０上に青用の色フィルタ４０ｂ、緑用の色フィルタ４０ｇ、赤用の色フィルタ４０ｒが配置されている。また、色フィルタ４０上には、凸レンズ型のマイクロレンズ５０が配置されている。この色フィルタ４０の形状は、例えば正方形であり、マイクロレンズ５０の形状は、例えば角部が丸められた正方形となっている。  
なお、フォトダイオードＰＤ、光導波路３０、色フィルタ４０及びマイクロレンズ５０の配置は、図１において格子状としているが、その配列はハニカム状であっても構わない。  また、固体撮像装置１を構成する、個々の固体撮像素子においては、所謂、スケーリングのために光導波路３０の中心軸３０ｃと、色フィルタ４０の中心軸４０ｃと、マイクロレンズ５０の中心軸５０ｃとをずらした構成としている。これは、マイクロレンズ５０からフォトダイオードＰＤまでには、色フィルタ４０等によって一定の距離が存在するため、撮像レンズを通してマイクロレンズ５０に向けて斜めから大きな入射角で入射される光線を効率的に固体撮像装置１に集光するためである。
【００１８】
なお、本実施の形態では、中心軸３０ｃと中心軸４０ｃと中心軸５０ｃとを一致させた形態も含むものとする。例えば、固体撮像装置１では、その中心付近に、中心軸３０ｃと中心軸４０ｃと中心軸５０ｃとを一致させた固体撮像素子を配置し、固体撮像装置１の外周付近に中心軸３０ｃと中心軸４０ｃと中心軸５０ｃとをずらした固体撮像素子を配置させた構成であってもよい。
【００１９】
また、固体撮像装置１を構成する、個々の固体撮像素子１ａの幅（シリコン基板１０の主面に略平行な方向の幅）は、１．４〜１．８μｍである。また、多層配線層２０内に配列させた光導波路３０のピッチは、１．４〜１．８μｍであり、光導波路３０の厚み（トレンチｔｒの深さ）は、例えば、１．５μｍである。また、光導波路３０の上面の幅は、例えば、１．０μｍ程度であり、光導波路３０の下面（トレンチｔｒの底面）の幅は、０．８μｍ程度である。
【００２０】
また、多層配線層２０の厚さは、例えば、２〜３μｍであり、色フィルタ４０の厚さは、例えば、１．０μｍ程度であり、マイクロレンズ５０の厚さは、例えば、０．５μｍ以下である。
【００２１】
なお、層間絶縁膜２０ａの材質は、例えば、ＳｉＯ２（屈折率：約１．４）等の絶縁材料により形成されている。  
また、配線２０ｂの材質は、例えば、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等の高融点金属、または、ＴｉＳｉ、ＭｏＳｉ、ＷＳｉ等の高融点金属のシリサイドにより形成されている。  
また、高屈折率材層３０ｈの材質は、例えば、屈折率が約１．９の窒化シリコン（ＳｉＮ）が適用される。  
また、低屈折率材層３０ｌの材質は、例えば、熱硬化性のポリマー系有機材（屈折率：約１．６）が適用され、具体的には、ポリイミド系樹脂、ポリベンジルメタクリレート、ポリフェニルメタクリレート、ポリジアリルフタレート、ポリスチレン等が該当する。
【００２２】
保護膜３０ｂの材質は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）が適用される。
【００２３】
次に、多層構造の光導波路３０を形成する工程について説明する。  
図２は、光導波路を形成する工程を説明するための要部断面模式図である。  
例えば、図２（ａ）に示すように、フォトダイオードＰＤ上に、多層配線層２０を形成した後、この多層配線層２０に選択的なＲＩＥ（Reactive Ion Etching）処理を施し、フォトダイオードＰＤの直上域にトレンチｔｒを形成する。このようなトレンチｔｒは、固体撮像装置１の微細化が進行している最中にあることから、必然的に、高アスペクト比になる。例えば、トレンチｔｒの断面（基板１０の主面に対し、略垂直にトレンチｔｒを切断した場合の断面）は、逆テーパ型となり、トレンチｔｒは、底に向かうほど、その幅を狭くしている。
【００２４】
次に、図２（ｂ）に示すように、トレンチｔｒの内壁に保護膜３０ｂを形成した後、トレンチｔｒの深さの中途までに、例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタ法等の減圧雰囲気下の成膜法により、高屈折率材層３０ｈを埋設する。保護膜３０ｂを配置するのは、光導波路３０を形成する工程中の配線２０ｂの劣化を抑制するためである。なお、保護膜３０ｂは、スパッタリング法またはＣＶＤ法により形成される。  
なお、図２（ｂ）では、減圧雰囲気下で高屈折率材層３０ｈをトレンチｔｒ上部まで形成した場合を想定し、この高屈折率材層３０ｈに上述した埋め込み不良が生じて、トレンチｔｒ上部にボイド３０Ｂが生成した場合が表示されている。
【００２５】
次に、図２（ｃ）に示すように、高屈折率材層３０ｈに選択的なエッチバック処理を施して、ボイド３０Ｂが発生した上部分の高屈折率材層３０ｈを除去する。これにより、高屈折率材層３０ｈの上部に、孔部ＥＢが形成する。なお、減圧雰囲気下の成膜によらない場合は、例えば、塗布法で、直接、図２（ｃ）に例示する位置にまで、高屈折率材層３０ｈを形成することができる。
【００２６】
そして、孔部ＥＢ内を、例えば、有機ポリマー材を塗布法（スピンコート、ディッピング等）により埋設する（図示しない）。有機ポリマー材は、この段階では、溶融状態にあり、粘性が低く、アスペクト比の高いトレンチｔｒに対して、良好な埋め込み性、カバレッジ性を有している。そして、有機ポリマー材に熱硬化を施して、高屈折率材層３０ｈ上に低屈折率材層３０ｌを形成する。この状態を、図２（ｄ）に示す。  
このように、トレンチｔｒ内は、高屈折率材層３０ｈと低屈折率材層３０ｌとを含む積層体で埋設され、この高屈折率材層３０ｈ及び低屈折率材層３０ｌにより、光導波路３０が構成される。
【００２７】
なお、保護膜３０ｂの形成工程については、必要に応じて省いてもよい。また、トレンチｔｒにおいては、必要に応じて、その断面をストレート形状としてもよい。  
このような工程により、光導波路３０が形成される。  
そして、このような固体撮像装置１であれば、高アスペクト比のトレンチｔｒを形成しても、その内部に高屈折率材層３０ｈ及び低屈折率材層３０ｌを確実に埋設することができる。特に、固体撮像装置１では、トレンチｔｒの幅がより狭い、トレンチｔｒの下方において高屈折率材層３０ｈを配置している。
【００２８】
これにより、マイクロレンズ５０、色フィルタ４０を通じて、光導波路３０の下方にまで導波された光の全反射効果が促進する。例えば、図３に例示するように、マイクロレンズ５０、色フィルタ４０を通じて、光導波路３０の下方にまで導波された光（光線Ａ）は、光導波路３０の下方に高屈折率材層３０ｈが配置されていることから、光導波路３０の下方での全反射が促進されて、効率よくフォトダイオードＰＤにまで到達する。  
換言すれば、固体撮像装置１では、トレンチｔｒの下方に高屈折率材層３０ｈを埋設することにより、トレンチｔｒの下方の狭い部分の見かけ上の開口幅を広くさせている。これにより、固体撮像装置１の受光効率は大きく向上する。
【００２９】
これに対し、トレンチｔｒ内を全て高屈折率材層３０ｈで埋設してしまう方法も考えられる。しかし、トレンチｔｒ内を全て高屈折率材層３０ｈで埋設しようとすると、その粘性等の高さからトレンチｔｒ内に形成させた光導波路３０内にボイドが発生する場合がある。このようなボイドは、トレンチｔｒのアスペクト比が高くなるほど、光導波路３０内に発生しやすい傾向にある。そして、このようなボイドが光導波路３０内に混在すると、高屈折率材層３０ｈを用いてトレンチｔｒを充填したにも係らず、光導波路３０の屈折率が見かけ上、低下してしまう。また、これとは逆に、トレンチｔｒ内を全て、埋め込み性のよい低屈折率材層３０ｌで埋設すると、受光効率が低下してしまう。
【００３０】
然るに、固体撮像装置１では、高アスペクト比の光導波路３０を形成する工程において、まずは、ボイドが発生しない程度にまで（すなわち、トレンチｔｒの深さの中途まで）、高屈折率材層３０ｈを埋設し、その後に、低屈折率材層３０ｌを埋設している。
【００３１】
このように、複数回に分けてトレンチｔｒ内に光導波路材を埋設しているために、トレンチｔｒ内におけるボイドの発生を抑制することができる。これにより、固体撮像素子の微細化を図っても、受光効率が良好で高信頼性の固体撮像装置が実現する。  
次に、固体撮像装置１とは、別の形態の固体撮像装置について説明する。なお、以下の図では、固体撮像装置１と同一の部材には同一の符号を付し、その詳細については説明を省略する。
【実施例２】
【００３２】
図４は、本実施の形態に係る別の固体撮像装置の要部模式図である。  
図４に示すように、固体撮像装置２においては、フォトダイオードＰＤの直上域の多層配線層２０内に、柱状の光導波路３１を形成している。即ち、光導波路３１は、層間絶縁膜２０ａにより取り囲まれた構成をしている。そして、この光導波路３１の外縁は、フォトダイオードＰＤの外縁とほぼ一致させるか、内側に位置している。また、光導波路３１と配線２０ｂは、非接触の状態にあり、その内部には、配線、転送電極及び遮光膜などの部材は設けていない。そして、光導波路３１は、複数の層で構成され、例えば、屈折率が異なる層を複数に積層させた構成としている。
【００３３】
例えば、固体撮像装置２では、図示するように、光導波路３１の層数を２層とし、光導波路３１の下方を、例えば、低屈折率材層３０ｌで埋設し、低屈折率材層３０ｌに、高屈折率材層３０ｈを形成している。なお、層数においては、２層とは限らず、それらを更に複数段に分けた構成としてもよい。この場合、光導波路３１の上方ほど、相対的に屈折率の高い材が配置される。
【００３４】
そして、このような光導波路３１は、例えば、以下のような工程を経て形成される。  
図５は、光導波路を形成する工程を説明するための要部断面模式図である。  
例えば、図５（ａ）に示すように、多層配線層２０を形成した後、この多層配線層２０に選択的なＲＩＥ処理を施し、フォトダイオードＰＤの直上域にトレンチｔｒを形成する。そして、このようなトレンチｔｒの断面は、逆テーパ型となり、トレンチｔｒは、底に向かうほど、その幅を狭くしている。なお、必要に応じて、トレンチｔｒの断面をストレート形状としてもよい。なお、トレンチｔｒの内壁には、保護膜３０ｂを形成しておく。
【００３５】
次に、トレンチｔｒの深さの中途までに、例えば、有機ポリマー材を塗布法（スピンコート、ディッピング等）により埋設する。有機ポリマー材は、この段階では、溶融状態にあり、粘性が低く、アスペクト比の高いトレンチｔｒに対して、良好な埋め込み性、カバレッジ性を有している。そして、有機ポリマー材に熱硬化を施して、トレンチｔｒの深さの中途までに、低屈折率材層３０ｌを形成する。この状態を、図５（ｂ）に示す。トレンチｔｒの上部には、低屈折率材層３０ｌで囲まれた孔部３０ｌｈが形成している。  
なお、図５（ｂ）の状態では、低屈折率材層３０ｌでトレンチｔｒを埋め込んだ後、低屈折率材層３０ｌにエッチバックを図ることにより、孔部３０ｌｈを形成してもよい。
【００３６】
次に、同様の塗布法、熱硬化を繰り返して、孔部３０ｌｈ内に、例えば、高屈折率材層３０ｈを形成する。この状態を、図５（ｃ）に示す。なお、この段階での高屈折率材層３０ｈの形成においては、一旦、トレンチｔｒ内に埋設した低屈折率材層３０ｌに熱ダメージを与えないほどの低温ＣＶＤまたは低温スパッタ法に従ってもよい。
【００３７】
このように、トレンチｔｒ内は、低屈折率材層３０ｌと高屈折率材層３０ｈとを含む積層体で埋設され、この低屈折率材層３０ｌ及び高屈折率材層３０ｈにより、光導波路３１が構成される。  
このような構成の固体撮像装置２であれば、高アスペクト比のトレンチｔｒを形成しても、その内部に低屈折率材層３０ｌ及び高屈折率材層３０ｈを確実に埋設することができる。特に、固体撮像装置２では、トレンチｔｒの上方において高屈折率材層３０ｈを配置している。
【００３８】
このような固体撮像装置２であれば、基板１０に対し、斜めに入射する光の受光効率を上昇させることができる。  
例えば、図６に示すように、基板１０の主面に対する法線と入射光のなす角度をθａ（入射角）とし、法線と屈折光のなす角度をθｂ（屈折角）とする。そして、固体撮像装置２では、トレンチｔｒ上部に高屈折率材層３０ｈを配置していることから、この高屈折率材層３０ｈで屈折させて、光導波路３１内に入射させる光線Ｂの入射角θａをより増大させることができる。  
換言すれば、斜めにマイクロレンズ５０に入射する光の入射角θａの自由度（マージン）が増加し、固体撮像装置２の受光効率が大きく向上する。
【００３９】
また、固体撮像装置２では、高アスペクト比の光導波路３１を形成する工程において、複数回に分けてトレンチｔｒ内に光導波路材を埋設しているために、トレンチｔｒ内におけるボイドの発生を抑制することができる（上述）。これにより、固体撮像素子の微細化を図っても、受光効率が良好で高信頼性の固体撮像装置が実現する。
【実施例３】
【００４０】
次に、固体撮像装置１、２の波動光学シミュレーション結果を、図７に示す。ここで、図７の横軸には、深さｄ（μｍ）のトレンチｔｒ内に埋設した高屈折率材層３０ｈの厚みが示され、縦軸には、フォトダイオードＰＤに集光する受光効率（規格値：a.u.）が示されている。例えば、高屈折率材層３０ｈの厚みが０（μｍ）のときは、トレンチｔｒ内は全て低屈折率材層３０ｌで埋設された状態となり、高屈折率材層３０ｈの厚みがｄ（μｍ）のときは、トレンチｔｒ内は全て高屈折率材層３０ｈで埋設された状態となる。なお、ｄ（μｍ）は、光導波路３０、３１の厚みとすることもできる。
【００４１】
まず、固体撮像装置１では、高屈折率材層３０ｈの厚みがトレンチｔｒの深さｄに対し、１／２以上になると、トレンチｔｒ内を全て低屈折率材層３０ｌで埋設した状態よりも受光効率が増加することが分かった。そして、高屈折率材層３０ｈの厚みがトレンチｔｒの深さｄに対し、２／３以上になると、さらに受光効率が増加する傾向にあることが分かった。従って、固体撮像装置１では、受光効率を向上させるために、高屈折率材層３０ｈの厚みがトレンチｔｒの深さｄに対し、１／２以上の厚みを要し、好ましくは、２／３以上の厚みを要することが分かった。
【００４２】
また、固体撮像装置２では、高屈折率材層３０ｈの厚みがトレンチｔｒの深さｄに対し、１／２までは、その厚みに応じて受光効率が徐々に増加する。そして、高屈折率材層３０ｈの厚みがトレンチｔｒの深さｄに対し、１／２以上になると、高い受光効率を維持しながら、その値が飽和することが分かった。従って、固体撮像装置２では、受光効率を向上させるために、好ましくは、高屈折率材層３０ｈの厚みがトレンチｔｒの深さｄに対し、１／２以上の厚みを要することが分かった。
【００４３】
なお、ポリマー系有機材としては、屈折率が約１．６より大きい、高屈折率の有機材を用いてもよい。但し、高屈折率のポリマー系有機材をそのまま用いると、その粘性の高さから、上述したポリマー系有機材（屈折率：約１．６）よりもトレンチｔｒ内への埋め込み性、カバレッジ性が低下する虞がある。このような場合、高屈折率のポリマー系有機材に、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）等の金属酸化物微粒子（ナノセラミック粒子）を分散させればよい。このような金属酸化物微粒子（粒径：数１０〜数１００ｎｍ）を高屈折率のポリマー系有機材に混在させると、アスペクト比の高いトレンチｔｒに対しても、埋め込み性、カバレッジ性が向上する。このような方法も本実施の形態に含まれる。
【実施例４】
【００４４】
次に、さらに別の形態の固体撮像装置を説明する。以下に説明する固体撮像装置は、上述したスケーリング効果をさらに促進させた構造に対応している。なお、以下に説明する固体撮像素子においては、光導波路３１を例にとり、その構造を説明するが、光導波路３１の代わりに光導波路３０を搭載してもよい。
【００４５】
図８は、本実施の形態に係る別の固体撮像装置の要部模式図である。  
例えば、図８（ａ）に示す固体撮像装置３では、フォトダイオードＰＤの中心軸ＰＤＣから、斜めにマイクロレンズ５０に入射する光線Ｃの方向に、光導波路３１の中心軸３１ｃをずらして配置している。また、光導波路３１は、配線２０ｂに接触させていない。このような構成であれば、上述した効果に加え、撮像レンズ（図示しない）を通してマイクロレンズ５０に向けて、斜めから大きな入射角で入射される光線を、効率的にフォトダイオードＰＤに集光することができる。
【００４６】
また、図８（ｂ）に示す固体撮像装置４では、光導波路３１の中心軸３１ｃを基板１０の主面に対して、斜めにマイクロレンズ５０に入射する光線Ｃの方向に、傾斜させている。また、光導波路３１は、配線２０ｂに接触させていない。このような構成であっても、上述した効果に加え、撮像レンズを通してマイクロレンズ５０に向けて、斜めから大きな入射角で入射される光線を、効率的にフォトダイオードＰＤに集光することができる。
【００４７】
図９は、本実施の形態に係る別の固体撮像装置の要部模式図である。  
図９（ａ）に示す固体撮像装置５では、光導波路３１の中心軸３１ｃから、斜めにマイクロレンズ５０に入射する光線Ｃの方向に、光導波路３１内の高屈折率材層３０ｈの中心軸３０ｈｃをずらして配置している。また、光導波路３１は、配線２０ｂに接触させていない。このような構成であっても、上述した効果に加え、撮像レンズを通してマイクロレンズ５０に向けて、斜めから大きな入射角で入射される光線を、効率的にフォトダイオードＰＤに集光することができる。
【００４８】
また、図９（ｂ）には、固体撮像装置５を用いて、スケーリングを行った際の受光効率のシミュレーション結果が示されている。ここで、横軸は、光導波路３１の中心軸３１ｃから、光導波路３１内の高屈折率材層３０ｈの中心軸３０ｈｃをずらした距離Ｘ（μｍ）が示され、縦軸には、受光効率（規格値：a.u.）が示されている。なお、計算結果は、光導波路３１の厚みｄに対し、光導波路３１の厚みの７％の厚みの高屈折率材層３０ｈと、光導波路３１の厚みの２０％の厚みの高屈折率材層３０ｈを配置した場合が例示されている。
【００４９】
図示するように、距離Ｘとして、０．１μｍ程度ずらした場合に、受光効率の増加が見られた。従って、このような構成であっても、上述した効果に加え、撮像レンズを通してマイクロレンズ５０に向けて、斜めから大きな入射角で入射される光線を、効率的にフォトダイオードＰＤに集光することができる。
【００５０】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本実施の形態はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、以上の具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【００５１】
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。  
その他、本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものも含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１、２、３、４、５  固体撮像装置  
１ａ  固体撮像素子  
１０  シリコン基板  
２０  多層配線層  
２０ａ  層間絶縁膜  
２０ｂ  配線  
３０、３１  光導波路  
３０ｂ  保護膜  
３０ｃ、３０ｈｃ、３１ｃ、４０ｃ、５０ｃ、ＰＤＣ  中心軸  
３０ｈ  高屈折率材層  
３０ｌ  低屈折率材層  
３０ｌｈ  孔部  
４０、４０ｂ、４０ｇ、４０ｒ  色フィルタ  
５０  マイクロレンズ  
θａ  入射角  
θｂ  屈折角  
ＰＤ  フォトダイオード  
ｔｒ  トレンチ  
【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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