(57)【要約】【課題】微細な画素で高感度、低混色のＣＭＯＳ型固体撮像素子を提供することを目的とする。【解決手段】裏面照射型固体撮像素子のフォトダイオード８裏面に光導波領域を設けることにより、固体撮像素子において裏面照射型で光を導入する開口を大きく取ることで感度向上を図り、光導波領域構造を取ることにより混色を低減することができる。【選択図】図１
2010278272.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板中に形成されて光電変換が行われる複数の受光部と、
前記受光部を分離する分離部と、
前記半導体基板の表面上に形成されて前記受光部で光電変換された信号を読み出す配線層と、
前記半導体基板の前記表面に対する裏面上に形成される低屈折率膜と、
前記低屈折率膜の前記受光部の上部領域を開口して形成される開口部と、
前記開口部を埋め込むように形成される高屈折率膜と、
前記高屈折率膜上の前記受光部上部領域に形成される複数のマイクロレンズと
を有することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記高屈折率膜が、前記低屈折率膜の上にも形成されることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記低屈折率膜の厚みが０．５μｍ以上、前記低屈折率膜の前記マイクロレンズ側端部から前記半導体基板までの距離が１．８μｍ以下であり、前記開口部の前記半導体基板に平行な方向の長さが、０．６ｕｍ以上、１．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記開口部のアスペクト比が０．７以上、１．５以下であることを特徴とする請求項３に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記半導体基板の裏面と前記低屈折率膜または前記高屈折率膜との間の前記分離部上部領域に形成される遮光膜
をさらに有することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記遮光膜を含む前記半導体基板の裏面と前記低屈折率膜または前記高屈折率膜との間に形成される平坦化層
をさらに有することを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記開口部の前記半導体基板に平行な面の断面積が、前記半導体基板から遠ざかるほど大きくなることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記高屈折率膜と前記低屈折率膜とが合成樹脂を含むことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項９】
半導体基板中に分離部で分離された複数の受光部を形成する工程と、
前記半導体基板の表面上に前記受光部で光電変換された信号を読み出す配線層を形成する工程と、
前記受光部の上部領域に開口部を備える低屈折率膜を前記半導体基板の前記表面に対する裏面上に形成する工程と、
前記開口部を埋め込むように高屈折率膜を形成する工程と、
前記高屈折率膜上の前記受光部上部領域に複数のマイクロレンズを形成する工程と
を有することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
前記低屈折率膜を形成する際に、前記開口部の前記半導体基板に平行な面の断面積が前記半導体基板から遠ざかるほど大きくなるように前記開口部を形成することを特徴とする請求項９に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入射光を光電変換して撮像する固体撮像素子およびその製造方法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
従来、固体撮像素子は、基板表面上に電極や配線を形成し、その上方から光を照射させる、表面照射型が一般的である。この表面照射型では画素の微細化に伴い感度低下を引き起こす問題があり、この表面型での微細画素での感度低下の改善を図る目的で例えば特許文献１，２にあるように光導波路構造の固体撮像素子が提案されている。また微細画素の感度低下を改善するために表面照射型ではない裏面照射型の固体撮像素子が特許文献３にあるように提案されている。
【０００３】
以下、図６，図７を用いて従来の固体撮像素子について説明する。
従来の表面照射型で光導波路構造の固体撮像素子の断面図を図６に示す。図６に示す固体撮像素子は、表面照射型で光導波路構造を有するＣＭＯＳ型固体撮像素子である。各画素の受光センサ部を構成するフォトダイオード４８がシリコン基板６０内に形成され、シリコン基板６０上に、層間絶縁膜を含む多層の配線層４３が設けられ、さらに配線層４３よりも上層にカラーフィルタ層５７およびマイクロレンズ５９が設けられた構成となっている。
【０００４】
配線層４３が形成された後にフォトダイオード４８上の層間絶縁膜の一部をエッチングしてクラッド層５４が形成されて、エッチングされた穴の部分にクラッド層５４より高屈折率の材料で埋め込みコア層５５が形成される。このクラッド層５４とコア層５５によって光導波路が形成されている。ここで、エッチングされた穴の部分の深さである光導波路の深さは、配線層４３の高さに規制され、一般的には２．０μｍ程度である。例えば、特許文献２では、約１．９μｍとなっている。マイクロレンズ５９に入射した光は光路６１に示すようにコア層５５に集光して光導波路に導入される。この図から判るように、光が通る開口部分であるコア層５５の径が狭くなると感度が低下する事は明らかである。コア層５５は配線層４３の無い部分に形成する必要があり、このために画素の微細化に伴いコア層５５の径が狭くなって感度が低下するという問題がある。
【０００５】
これは、微細化によりコア層５５の径が狭くなると共に、加工の合わせ精度のばらつく場合もあり、マイクロレンズ５９により光を精度よくコア層５５に集光する事が困難となる為である。この従来例は配線層４３の開口部分に効率よく光を通す光導波路を用いているが、光導波路を用いない場合は画素微細化による感度低下はさらに大きくなる。
【０００６】
この画素微細化によって光が通る開口部分が狭くなる事による感度低下を改善するために、配線層の反対側の裏面から光を入射する裏面照射型の固体撮像素子が提案されている。
【０００７】
図７に従来の裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像素子の断面図を示す。
図７において、各画素の受光センサ部を構成するフォトダイオード７８がシリコン基板９０内に形成されている。シリコン基板９０上に（図７では下側に配置されている）層間絶縁膜を含む配線層７３が形成され、さらに配線層７３の表面に密着層７２を介してシリコンなどからなる基板支持材料７１に接着される。基板支持材料７１が密着されたシリコン基板９０の一部が研磨などで削られ、シリコン基板９０は所望の膜厚ｔに加工される。さらに、配線層７３と反対側に遮光層８１、カラーフィルタ層８７およびマイクロレンズ８９が形成される。図７から判るように配線層７３の反対側から光が導入され遮光層８１の開口は大きく、配線側から光を導入する図６の表面照射型の固体撮像素子と比較して大幅に開口は大きく、かつ図７のように多層の配線層が無いので感度低下を大幅に改善できる事が判る。
【０００８】
ここで、フォトダイオード７８などからなる受光センサ部の構造を述べる。ｎ型拡散層からなるフォトダイオード７８はｐ型の拡散層であるＰウェル７７によって隣接するフォトダイオードと分離されている。シリコン基板９０の配線層７３に接する側（以降表面側と記述する）の界面にはｐ＋型の拡散層である暗電流防止層７５が配置され、シリコン界面で発生する暗電流を低減している。また、シリコン基板９０の配線層７３の反対側（以降裏面側と記述する）の界面にはｐ型の拡散層である暗電流防止層７９が配置され、シリコン界面で発生する暗電流を低減している。このようにｎ型拡散層であるフォトダイオード７８はｐ型の拡散層で囲まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２２１５２７号公報
【特許文献２】特開２００４−２２１５３２号公報
【特許文献３】特開２００８−１７７５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図７のような裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像素子では感度を改善することができるが混色が悪化するという課題がある。つまり、図７でマイクロレンズ８９に垂直に入射した光は光路９１に示すようにフォトダイオード７８上に集光するが、斜め方向から入射する斜め光９２はフォトダイオード７８に隣接するＰウェル７７に届きそこで光電変換され、生成した電子が拡散して隣接フォトダイオードに漏れこみ混色を増加する。あるいは斜め光９２は隣接のフォトダイオード７８に届きそこで光電変換されて混色を増加する。この混色はシリコン基板９０の厚さｔとセルサイズに影響される。斜め光の影響を低減しようとするならば、シリコン基板９０の厚さｔを薄くすれば斜め光の影響を減らすことが可能だが、そうするとシリコン基板９０で十分に光を吸収する事が出来なくなり、感度が低下してしまう。また画素サイズが小さくなるほど斜め光の影響は顕著になり、画素の微細化で混色が増加するという課題がある。十分なグリーン光（波長５３０ｎｍ）の感度を確保するためにはシリコン基板の厚さｔは２．５μｍ以上必要である。また近年のデジタルカメラや携帯電話に搭載される高画素のＣＭＯＳ型固体撮像素子は１．７５μｍ画素までのＣＭＯＳ型固体撮像素子が既に製品化されており、今後１．４μｍ、１．２μｍ、１．０μｍの画素の微細化が望まれている。この画素の微細化を鑑みると図７に述べたような裏面照射型の固体撮像素子においても、感度が高く、混色の少ないセンサを実現することが困難である。
【００１１】
以上述べたように、ＣＭＯＳ型固体撮像素子において画素の微細化をする上で、従来の表面照射型の固体撮像素子でも、裏面照射型の固体撮像素子においても、高感度と低混色を両立することが困難である。本発明の目的とする所は上記の課題を鑑みて、微細な画素で高感度、低混色のＣＭＯＳ型固体撮像素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板と、前記半導体基板中に形成されて光電変換が行われる複数の受光部と、前記受光部を分離する分離部と、前記半導体基板の表面上に形成されて前記受光部で光電変換された信号を読み出す配線層と、前記半導体基板の前記表面に対する裏面上に形成される低屈折率膜と、前記低屈折率膜の前記受光部の上部領域を開口して形成される開口部と、前記開口部を埋め込むように形成される高屈折率膜と、前記高屈折率膜上の前記受光部上部領域に形成される複数のマイクロレンズとを有することを特徴とする。
【００１３】
また、前記高屈折率膜が、前記低屈折率膜の上にも形成されることを特徴とする。
また、前記低屈折率膜の厚みが０．５μｍ以上、前記低屈折率膜の前記マイクロレンズ側端部から前記半導体基板までの距離が１．８μｍ以下であり、前記開口部の前記半導体基板に平行な方向の長さが、０．６μｍ以上、１．２μｍ以下であることを特徴とする。
【００１４】
また、前記開口部のアスペクト比が０．７以上、１．５以下であることを特徴とする。
また、前記半導体基板の裏面と前記低屈折率膜または前記高屈折率膜との間の前記分離部上部領域に形成される遮光膜をさらに有することを特徴とする。
【００１５】
また、前記遮光膜を含む前記半導体基板の裏面と前記低屈折率膜または前記高屈折率膜との間に形成される平坦化層をさらに有することを特徴とする。
また、前記開口部の前記半導体基板に平行な面の断面積が、前記半導体基板から遠ざかるほど大きくなることを特徴とする。
【００１６】
また、前記高屈折率膜と前記低屈折率膜とが合成樹脂を含むことを特徴とする。
さらに、本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板中に分離部で分離された複数の受光部を形成する工程と、前記半導体基板の表面上に前記受光部で光電変換された信号を読み出す配線層を形成する工程と、前記受光部の上部領域に開口部を備える低屈折率膜を前記半導体基板の前記表面に対する裏面上に形成する工程と、前記開口部を埋め込むように高屈折率膜を形成する工程と、前記高屈折率膜上の前記受光部上部領域に複数のマイクロレンズを形成する工程とを有することを特徴とする。
【００１７】
また、前記低屈折率膜を形成する際に、前記開口部の前記半導体基板に平行な面の断面積が前記半導体基板から遠ざかるほど大きくなるように前記開口部を形成することを特徴とする。
【００１８】
以上により、微細な画素の固体撮像素子であっても、高感度、低混色を実現することができる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、裏面照射型固体撮像素子のフォトダイオード裏面に光導波領域を設けることにより、固体撮像素子において裏面照射型で光を導入する開口を大きく取ることで感度向上を図り、光導波領域構造を取ることにより混色を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態におけるＣＭＯＳ型固体撮像素子の断面図
【図２】第２の実施形態におけるＣＭＯＳ型固体撮像素子の断面図
【図３】第３の実施形態におけるＣＭＯＳ型固体撮像素子の断面図
【図４】第４の実施形態におけるＣＭＯＳ型固体撮像素子の断面図
【図５】本発明の固体撮像素子の製造方法を説明する工程断面図
【図６】従来の表面照射型で光導波路構造の固体撮像素子の断面図
【図７】従来の裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像素子の断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態におけるＣＭＯＳ型固体撮像素子の断面図を示す。図１のＣＭＯＳ型固体撮像素子は裏面照射型である。半導体基板として、例えばシリコン基板２０内に各画素の受光センサ部を構成するフォトダイオード８が形成されており、図７の従来の裏面照射型の固体撮像素子と同様にｎ型拡散層からなるフォトダイオード８をｐ型の拡散層が囲んでいる。シリコン基板２０の表面側には表面側界面で発生する暗電流を抑制するｐ＋型拡散層からなる暗電流防止層５が形成されている。またシリコン基板２０の裏面側には裏面側界面で発生する暗電流を抑制するｐ型拡散層からなる暗電流防止層９が形成されている。隣接するフォトダイオード８の間を分離する目的と同時に画素内のトランジスタのウェルを構成するＰウェル７が形成されている。シリコン基板２０の表面にはポリシリコンなどからなるゲート電極４が形成されている。画素内には少なくともフォトダイオード８を転送する転送トランジスタ、転送された信号電子を排出するリセットトランジスタと、前記信号電子を増幅する増幅トランジスタが配置されており（図示せず）、ゲート電極４はこれらのトランジスタのゲートを構成している。シリコン基板２０の表面には層間絶縁膜を含み、例えば３層の配線からなる配線層３が形成されており、前記のトランジスタのソースやドレインやゲートに電圧や電流を供給したり、あるいは、前記の増幅トランジスタから信号を読み出す配線として機能している。配線層３がその表面に形成されたシリコン基板２０は密着層２を介して基板支持材料１に接着され、シリコン基板２０の裏面側はＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）によって研磨する事などにより所望のシリコン基板２０の厚さｔに加工される。この厚さｔで光が吸収されるため、デジタルカメラや携帯電話向けカメラ用の可視光領域の固体撮像素子としてはこの可視光の中心波長であるグリーン光（波長５３０ｎｍ）に対して光吸収が十分となる２．５μｍ以上の厚さが必要である。また、シリコン基板２０裏面の表面上に酸化膜１０が形成され、さらに、遮光層１１が形成される。遮光層１１は必ずしも必要ではないが、遮光層１１を設けることにより、隣接する複数のフォトダイオード８の間に入射する光を遮り混色を防止することが可能となる。この遮光層１１の上にＳｉＮなどからなるパッシベーション層１２が形成される。この上部に、フォトダイオード８の上部領域が開口されたクラッド層１４が形成され、さらに、少なくとも開口部にコア層１５が形成される。このコア層１５はクラッド層１４よりも高屈折率の材料で形成され、クラッド層１４とコア層１５によって光導波領域が形成される。クラッド層１４の屈折率は波長５３０ｎｍの光に対して屈折率が１．５程度のもので、例えばシリコン酸化膜や半導体リソグラフィープロセスで使われる標準的なレジスト材料からなる。コア層１５の屈折率は同じく波長５３０ｎｍの光に対して１．６〜２．０とクラッド層１４より高屈折率のもので、例えばＳｉＮや半導体リソグラフィープロセスで使われる標準的なレジスト材料よりも屈折率が高いポリマー材料かあるいは比較的低屈折率のポリマー材料に高屈折率な金属酸化物、例えばＴｉＯ２などを分散して高屈折率にしたものが用いられる。この光導波領域上部に密着層１６を介してカラーフィルタ層１７が形成され、その上部に平坦化層１８が形成された上にマイクロレンズ１９が形成される。この時、マイクロレンズ１９とクラッド層１４との距離が、混色を起こさない程度に確保できていれば、クラッド層１４上にコア層１５を形成する必要はないが、図１のようにクラッド層１４上にコア層１５を形成することにより、マイクロレンズ１９とクラッド層１４との距離を容易に調整することができる。
【００２２】
図１より判るように、マイクロレンズ１９に入射した光は光路２１に示すようにコア層１５の入り口近辺に集光されてコア層１５に導入される。光が屈折率の高い方向に曲がることを利用して導入された光は、周辺のクラッド層１４よりも屈折率の高いコア層１５に閉じ込められてシリコン基板２０に伝播する。この伝播の間に入射光の指向性が高くなり、シリコン基板２０に垂直に入射するようになる。この事により図７で示したような斜め光が減少するため、混色を低減することが出来る。また、図６で示した表面照射型の固体撮像素子とは異なり複雑で多層の配線層がないため、光が通る開口が大きく取れ、光導波領域のコア層１５の径を多く取れるため、表面照射型と比較して感度を向上することが出来る。
【００２３】
ここで、コア層１５を光導波領域として機能させて混色を低減するように光の指向性を高めるためには導波領域高さｈをある程度の範囲内の高さにすることが好ましい。例えば、入射光が可視光で、クラッド層１４、コア層１５が前述の屈折率で形成されている場合には０．５μｍ程度以上、より好ましく波０．８μｍ以上の導波領域高さｈが必要である。さらに、マイクロレンズ１９のシリコン基板２０表面に平行な方向の幅が約１．０〜１．４μｍ、クラッド層１４の幅が０．２〜０．４μｍ、光導波領域の開口径を０．６〜１．２μｍとした場合、光漏れによる混色，光の減衰や拡散による光学特性の低減を抑制するために、光導波領域の高さあるいは光導波領域の開口部からフォトダイオード８表面（暗電流防止層９との界面）までの距離を１．８μｍ以下、より好ましくは１．２μｍ以下にすることが好ましい。例えば、クラッド層１４の開口部である光導波領域のアスペクト比を０．７〜１．５とすることが好ましい。従来の表面照射型で光導波路を形成した固体撮像素子では、配線層によって規制されるため、光導波領域の高さを最適な高さにすることが困難であったが、裏面照射型の固体撮像素子に光導波領域を形成することにより、光導波領域の高さを最適化することが可能となる。
【００２４】
以上述べたように裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像素子に光導波領域を導入することで１．７５μｍより小さい１．４μｍ以下の微細な画素で高感度かつ低混色の固体撮像素子を実現することが出来る。
【００２５】
次に図５を用いて図１のＣＭＯＳ型固体撮像素子の光導波領域の形成に関わる製造方法を述べる。
図５は本発明の固体撮像素子の製造方法を説明する工程断面図である。図５では簡便にするためにシリコン基板２０およびその下の部分を省略している。
【００２６】
まず、図５（ａ）では、シリコン基板２０裏面上に酸化膜１０が形成され、酸化膜１０の表面に遮光膜１１が選択的に形成される。さらに、酸化膜１０および遮光膜１１表面にパッシベーション層１２が形成される。次に、図５（ｂ）では、パッシベーション膜１２上の遮光膜１１の上部領域にクラッド層１４が形成される。その後、クラッド層１４のフォトダイオード８の上部領域に光導波領域となる開口部を形成する。
【００２７】
クラッド層１４形成のコストが安く一番簡便な方法は、一般的な半導体のフォトリソグラフィーのプロセスを用いる方法である。感光性があり、透明なレジストをスピンコートなどで塗布して、プリベークし、露光現像後にポストベークして形成する。透明度が足りない場合はポストベーク後に紫外線を照射して脱色しても良い。レジスト材料としては半導体のフォトリソグラフィーで用いられる通常のレジスト材料や類似の材料を用いることができる。例えばノボラック樹脂系やポリビニールフェノール系やポリアクリル酸系のポリマーなどを用いることができる。クラッド層１４に用いる材料としては可視光の中心の波長５３０ｎｍで屈折率１．５程度の材料を用いることが望ましい。先に述べたように光導波領域を十分に機能させるためには光導波領域の高さを制御する必要があるが、光導波領域の高さはクラッド層１４形成の時のレジスト膜厚できまる。このレジストア膜厚は通常のフォトリソグラフィーのレジスト材料と全く同様に、レジスト材料の粘度とスピンコートの回転数で比較的容易に制御可能であり、容易に光導波領域を所望の高さに形成できる。また、クラッド層１４、コア層１５の屈折率の差を大きくして光導波領域の機能を高くするために、クラッド層１４のレジスト材料として感光性を持たず、かつ、より低屈折率のものを用いる場合は、レジストを塗布した後に別のマスク材料をフォトリソグラフィーでマスク形成してエッチングすることでクラッド層１４を形成しても良い。ただし、この場合は前述した単純に感光性レジストをリソグラフィー技術で加工する場合と比較してエッチング工程と前記マスクを除去する工程が増えて、その分工程も複雑になる。
【００２８】
次に、図５（ｃ）において、パッシベーション膜１２上である開口部、さらに必要ならクラッド層１４上にコア層１５が形成される。クラッド層１４と同様にコア層１５の形成のコストが安く一番簡便な方法は、一般的な半導体のフォトリソグラフィーのプロセスを用いることである。すなわちレジスト材料をスピンコートによって塗布して熱か紫外線照射で硬化させる。この場合はパターンニングが不要で露光現像が必要でなく、レジストも感光性を持つ必要は無い。コア層１５を形成するときに用いるレジストはクラッド層１４より高い屈折率になるように調合された材料を用いる必要がある。各種の合成樹脂から透明度が高く、屈折率が高いものを選択するか、あるいは比較的に低屈折率の樹脂に屈折率の高い金属酸化物を分散させたものを用いても良い。合成樹脂としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、ポリイミドなどの樹脂やポリシロキサンなどのケイ素樹脂などである。金属酸化物としてはチタニウム、アルミニウム、ジルコニウム、アンチモン、スズ、亜鉛、インジウム、タンタルなどの酸化物である。画素領域以外にはコア層は不要であるので、画素領域外で平坦性向上等のために感光性レジストを用いて、露光現像を行うことで画素領域外のコア層１５の材料を除去しても良い。合成樹脂を用いずにクラッド層１４の材料としてＳｉＯ２を用い、コア層１５の材料としてＳｉＯ２より屈折率の大きいＳｉＮやＳｉＣＮを用いることも出来る。ＳｉＯ２、ＳｉＮやＳｉＣＮを用いる場合は成膜するにはプラズマを用いた成膜を行う必要があり、そのプラズマダメージによりフォトダイオード８のリーク電流が増加して、固体撮像素子として画像欠陥を発生する不具合を生じる。またクラッド層１４のＳｉＯ２に開口部を形成する場合もプラズマのエッチング装置を用いるため同様の不具合を生じる。また、これら成膜装置やエッチング装置は高価である。ＳｉＮ，ＳｉＣＮでクラッド層１４の開口を埋めるように形成する必要があるが、このような埋め込みは非常に難易度が高く特殊な装置が必要になる。これに対して感光性の合成樹脂を用いればクラッド層１４は半導体リソグラフィー装置を用いて簡単に形成する事ができる。またコア層１５に合成樹脂を用いればスピンコートで簡単にクラッド層１４の開口を埋め込むように形成する事ができる。
【００２９】
次に、図５（ｄ）では、コア層１５上に密着層１６をスピンコートで塗布して、その上に、上部に形成するカラーフィルタ層１７との未着性を高めた後に緑の顔料を分散させたレジストなどを用いてフォトリソグラフィー技術で緑フィルタ２２を形成する。また、図５（ｅ）で、密着層１６上の所定の領域に赤の顔料を分散させたレジスタなどを用いてフォトリソグラフィー技術で赤フィルタ２３を形成する。図示していないがこれに引き続き同様に青フィルタを形成しており、カラーの固体撮像素子を構成する。緑、赤、青のカラーフィルタは膜厚が同一で無いためスピンコートにより平坦化層１８を塗布して平坦化を図っている。平坦化層１８の上部の位置を制御するために平坦化層１８を薄膜化する場合は平坦化層１８を塗布後に酸素プラズマを用いてエッチバックして薄膜化しても良い。
【００３０】
最後に、図５（ｆ）では、平坦化層１８上に、カラーフィルタ層１７に対応してマイクロレンズ１９を形成する。マイクロレンズ１９を形成する感光性レジストをスピンコートで塗布してフォトリソグラフィー技術で矩形の断面形状に加工してから高温でアニールして所望の形状に加工する。形状加工が不十分な場合はこの後に酸素プラズマなどのエッチングを用いてさらに所望の形状になるように加工しても良い。また透明度が不十分の場合にマイクロレンズ１９の形状加工後に紫外線照射などにより脱色しても良い。
【００３１】
以上の述べたように光導波領域をレジスト材料を用いてフォトリソグラフィー技術を用いて形成することにより、カラーフィルタ加工と同一の設備を用いて連続的に光導波領域とカラーフィルタおよびマイクロレンズを形成することができるため、簡便で安価に光導波領域を形成することができる。またレジストプロセスを用いることで複雑なプロセスを用いなくても、レジスト材料粘度とスピンコートの回転数で簡単に最適化し光導波領域を所望の高さに形成することができる。すなわちレジスト材料を用いてフォトリソグラフィー技術を用いた光導波領域形成により、より安価に微細画素で高感度、低混色のＣＭＯＳ型固体撮像素子を提供できることが判る。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態におけるＣＭＯＳ型固体撮像素子の断面図を図２に示す。図２に示す本実施形態は図１に示した第１の実施形態とほぼ同じであり、同一の部分は同一の符号を付している。異なる点はパッシベーション層１２の上に平坦化層１３を形成している点である。
【００３２】
光導波領域を有効に機能させるためには光導波領域の膜厚や形状を制御性よく形成することが重要である。画素間での光導波領域の形状が異なると、それを反映して感度のバラツキが起こり、感度ザラの雑音となって画質の低下を招く。平坦化層１３により平坦化した上にクラッド層１４、コア層１５を形成することにより、制御性よく均一に光導波領域を形成する事ができる。従って、本実施形態では第１の実施形態同様により安価に微細画素で高感度、低混色が実現でき、さらに感度ザラの雑音の無い高画質なＣＭＯＳ型固体撮像素子を実現することができる。
（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態におけるＣＭＯＳ型固体撮像素子の断面図を図３に示す。図３に示す本実施形態は図１に示した第１の実施形態とほぼ同じであり同一の部分は同一の符号を付している。異なる点は遮光膜１１を削除している点にある。
【００３３】
光導波領域を制御性良く所望の形に形成できれば、遮光層１１を削除しても、光が隣接するフォトダイオード８の間に入射することを無くすることができ、遮光層１１を省略することができる。遮光層１１を省略すると平坦性が向上するため第２の実施形態同様に微細画素で高感度、低混色で、さらに感度ザラの雑音の無い高画質なＣＭＯＳ型固体撮像素子を実現することができる。さらに、遮光層１１を省略すること工程数が減る分第１および第２の実施形態よりも安価で光導波領域を形成できる。また、遮光層１１が無くなれば、遮光層１１の開口の位置に光導波領域のクラッド層１４、コア層１５を形成する必要が無くなり、遮光層１１とクラッド層１４の合せずれなどの工程上のマージンを考慮する必要がなくなるために、より容易に微細な画素を実現することが可能となる。すなわち、図３で示した第３の実施形態は、より容易に微細な画素で高感度、低混色が実現でき、さらに感度ザラの雑音の無い高画質なＣＭＯＳ型固体撮像素子を実現するのに適している。
（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態におけるＣＭＯＳ型固体撮像素子の断面図を図３に示す。図４に示す本実施形態は図１〜図３に示した第１〜第３の実施形態とほぼ同じであり同一の部分は同一の符号を付している。異なる点はクラッド層１４、コア層１５の形状の違いにある。
【００３４】
第３の実施形態で説明したように遮光層１１を省略する前提として、光導波領域で入射光の光路を制御して光が隣接するフォトダイオード８の間に入射することが無いようにする必要があるが、フォトダイオード８の中心に、より制御性良く入射光を導くためにコア層１５をフォトダイオード８側で径が狭くなるテーパ形状としている。光は光導波領域に閉じ込められながら伝播するので、フォトダイオード８側が狭くなるように光導波領域を形成することにより、効果的に光をフォトダイオード８の中心に誘導することができる。図４に示したようなテーパ形状の光導波領域を形成する方法は、図５を参照して述べると、例えば図５（ｂ）でクラッド層１４をフォトリソグラフィー技術で形成する場合クラッド層１４の元となる感光性のレジストを塗布された後に露光を多重露光で行い、例えば、２回の多重露光の場合、１回目の露光ではフォーカスを前記感光性のレジストのフォトダイオードの反対側である上部で露光量を多くし、２回目の露光ではフォーカスを前記感光性のレジストもフォトダイオード側である下部でフォーカスして露光量を少なくし、その後現像することで露光量の多い上部の開口が広くなり、露光量の少ない下部の開口が狭くなり、図４に示したようにクラッド層１４をテーパ形状に加工することができる。この多重露光の代わりに１回の露光でフォーカスを変化させて、フォーカスに応じて露光量を変化させる方法を用いてもよい。この方法によれば１回でより詳細にクラッド層１４の形状を簡便に制御することができる。図４に示したテーパ形状の光導波領域構造をとることによって第４の実施形態は第１〜第３の実施形態と同様な効果を奏することができる。図４で示した第４の実施形態から判るように光導波領域を形成する上で感光性レジストを用いてリソグラフィー技術で形成することにより、露光条件を調整するだけで、特別な方法や設備を用いることなく、つまり余分なコストを掛けることなく、所望の高感度、低混色、低感度ザラを実現するために光路を制御する光導波領域の形状を最適化することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明は、感度向上を図りながら混色を低減することができ、入射光を光電変換して撮像する固体撮像素子およびその製造方法等に有用である。
【符号の説明】
【００３６】
１  ・・・  基板支持材料
２  ・・・  密着層
３  ・・・  配線層
４  ・・・  ゲート電極
５  ・・・  暗電流防止層
７  ・・・  Ｐウェル
８  ・・・  フォトダイオード
９  ・・・  暗電流防止層
１０  ・・・  酸化膜
１１  ・・・  遮光層
１２  ・・・  パッシベーション層
１３  ・・・  平坦化層
１４  ・・・  クラッド層
１５  ・・・  コア層
１６  ・・・  密着層
１７  ・・・  カラーフィルタ層
１８  ・・・  平坦化層
１９  ・・・  マイクロレンズ
２０  ・・・  シリコン基板
２１  ・・・  光路
２２  ・・・  緑フィルタ
２３  ・・・  赤フィルタ
４３  ・・・  配線層
４８  ・・・  フォトダイオード
５４  ・・・  クラッド層
５５  ・・・  コア層
５７  ・・・  カラーフィルタ層
５９  ・・・  マイクロレンズ
６０  ・・・  シリコン基板
６１  ・・・  光路
７１  ・・・  基板支持材料
７２  ・・・  密着層
７３  ・・・  配線層
７５  ・・・  暗電流防止層
７７  ・・・  Ｐウェル
７８  ・・・  フォトダイオード
７９  ・・・  暗電流防止層
８１  ・・・  遮光膜
８７  ・・・  カラーフィルタ層
８９  ・・・  マイクロレンズ
９０  ・・・  シリコン基板
９１  ・・・  光路
９２  ・・・  斜め光
【図１】
2010278272.tif 000003
【図２】
2010278272.tif 000004
【図３】
2010278272.tif 000005
【図４】
2010278272.tif 000006
【図５】
2010278272.tif 000007
【図６】
2010278272.tif 000008
【図７】
2010278272.tif 000009