(57)【要約】【課題】固体撮像素子において、光電変換部に効率良く光を取り込めるようにする。【解決手段】複数の画素を有する固体撮像素子において、複数の画素のそれぞれが、光を集光するマイクロレンズ６３と、マイクロレンズにより集光された光を光電変換する光電変換部１１と、マイクロレンズと光電変換部の間に形成され、光電変換部に近い側からマイクロレンズに近い側に向けて順番に配置された第１、第２、及び第３の電極層１２，３０，３１と、第１の電極層１２と第２の電極層３０との間の第１の層間絶縁膜２０に形成された第１の光導波路４１と、第２の電極層３０と第３の電極層３１との間の第２の層間絶縁膜２１に形成された第２の光導波路４２とを具備し、第２の光導波路は、その一部が第１の層間絶縁膜に進入して形成されている。【選択図】      図２Ｂ
2006261247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を有する固体撮像素子において、
前記複数の画素のそれぞれが、
光を集光するマイクロレンズと、
前記マイクロレンズにより集光された光を光電変換する光電変換部と、
前記マイクロレンズと前記光電変換部の間に形成され、前記光電変換部に近い側から前記マイクロレンズに近い側に向けて順番に配置された第１、第２、及び第３の電極層と、
前記第１の電極層と前記第２の電極層との間の第１の層間絶縁膜に形成された第１の光導波路と、
前記第２の電極層と前記第３の電極層との間の第２の層間絶縁膜に形成された第２の光導波路とを具備し、
前記第２の光導波路は、その一部が前記第１の層間絶縁膜に進入して形成されていることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記複数の画素の内の各画素において、前記第２の光導波路は前記光電変換部に対して前記固体撮像素子の画面の中心方向に偏心した位置に配置されており、その偏心量は前記光電変換部の前記固体撮像素子の画面の中心からの距離に略比例す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】
前記複数の画素の内の各画素において、前記光電変換部に対する前記第１の光導波路の相対位置は、それぞれ同じであることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記第１及び第２の光導波路の少なくとも一方は、屈折率が２．０より大きい材料から形成されてい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５】
前記複数の画素の内の各画素において、前記第２の光導波路の光入射側の開口の大きさは、前記固体撮像素子の画面の中心から遠い画素ほど小さく設定されてい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６】
前記複数の画素の内の各画素において、前記第２の光導波路の前記固体撮像素子の画面の中心から遠い側の壁面は、前記固体撮像素子の画面の中心から遠い画素ほど、前記第１及び第２の層間絶縁層に垂直な面に近づく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】
固体撮像素子を製造する方法であって、
シリコン基板に、入射した光を光電変換する光電変換部を形成する光電変換部形成工程と、
前記シリコン基板上に第１の電極層を形成する第１の電極層形成工程と、
前記第１の電極層上に第１の層間絶縁膜を形成する第１の層間絶縁膜形成工程と、
前記第１の層間絶縁膜中に第１の光導波路を形成する第１の光導波路形成工程と、
前記第１の層間絶縁膜上に第２の電極層を形成する第２の電極層形成工程と、
前記第２の電極層上に第２の層間絶縁膜を形成する第２の層間絶縁膜形成工程と、
前記第２の層間絶縁膜中に、第２の光導波路を、その一部が前記第１の層間絶縁膜に進入するように形成する第２の光導波路形成工程と、
を具備することを特徴とする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、デジタルスチルカメラ等の撮像装置に用いられる固体撮像素子の受光効率を向上させる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年デジタルスチルカメラ等に用いられる固体撮像素子は、画素数を増やして画質を向上させる一方で、チップサイズを小さくすることにより低価格化を図っている。そのため、固体撮像素子を構成する１画素の大きさは年々小さくなり、それに伴って光電変換部の面積も小さくなってきている。
【０００３】
光電変換部の面積が小さくなると受光感度が低下してしまうため、特許文献１では光入射面と光電変換部との間に光導波路を設け集光特性を高めた固体撮像素子を開示している。特許文献１に開示されている固体撮像素子は、光電変換部の光入射側に高屈折率材料である窒化シリコン（ＳｉＮ）で構成された光導波路を設け、その周囲の層間絶縁膜層を低屈折率材料であるＢＰＳＧで構成することによって、その境界面で入射光を全反射させることにより集光特性を向上させている。
【０００４】
また、小型のデジタルカメラ機能付き携帯機器においては低消費電力を特徴とするＣＭＯＳ型固体撮像素子が有効であるが、ＣＭＯＳ型固体撮像素子は光の入射方向に対して積層した複数の電極配線層を有し、その電極配線層間に絶縁膜を設ける必要があるため、素子の厚さが厚くなり入射角の大きい光を取り込むことが難しかった。そこで、ＣＭＯＳ型固体撮像素子にも光導波路を形成することにより、入射角の大きい光に対する集光特性が向上することが見込まれるが、複数の層間絶縁膜の厚みに起因して光導波路のアスペクト比（光導波路の開口の大きさと長さとの比）が大きくなるため、窒化シリコン（ＳｉＮ）で形成した光導波路を埋め込むとボイドが発生してしまい、均一な埋め込みができなかった。
【０００５】
そこで、特許文献２に開示されている固体撮像素子では、光導波路を複数の層で構成し、一つの光導波路のアスペクト比を小さくすることによって、光導波路に窒化シリコン（ＳｉＮ）を均一に埋め込めるようにしている。
【０００６】
図９は、特許文献２に開示されている固体撮像素子１００の１画素の断面図である。シリコン基板１１０に光電変換部１１１が形成されている。１１２は光電変換部で発生した電荷を転送するためのポリシリコン電極である。ポリシリコン電極１１２と電極１３０との間の層間絶縁膜１２０に第１の光導波路１４１が形成されている。また、電極１３０と電極１３１との間の層間絶縁膜１２１には第２の光導波路１４２が形成されている。さらに、電極１３１の上には、パッシべーション膜１４３、平坦化層１６０、カラーフィルタ層１６１、平坦化層１６２、マイクロレンズ１６３が形成されている。
【０００７】
特許文献２において、光導波路１４１及び１４２は、高密度プラズマＣＶＤ法によってシリコン窒化膜ＳｉＮを成膜することにより形成されている。
【特許文献１】特開２０００−１５０８４５号公報
【特許文献２】特開２００４−１９３５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献２に開示されている固体撮像素子に形成される複数の光導波路は、図９の固体撮像素子の断面図に示すように、光導波路形成時の第１の光導波路１４１と第２の光導波路１４２の位置合わせ精度を考慮して、光が入射する側の第２の光導波路１４２の径が第１の光導波路１４１の径よりも小さくなるように構成されている。そのため、固体撮像素子に入射する角度の大きい光の一部１６４は、図９に示すようにポリシリコン電極１１２に到達し一部吸収されるため、十分に光を取り込むことができないという欠点があった。
【０００９】
また、ＣＭＯＳ型固体撮像素子に形成される光導波路の長さ（膜層の厚さ）は２μm程度となるため、シリコン窒化膜ＳｉＮ膜の応力を小さくする必要があるが、高密度プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜ＳｉＮ膜の成膜では、低応力で高屈折率の成膜をすることができないという欠点があった。
【００１０】
さらに、ＣＭＯＳ型固体撮像素子を構成する電極の最小線幅には制限があるため、固体撮像素子の面内の光導波路の開口形状が同一になるように構成すると、固体撮像素子の画素サイズによっては固体撮像素子の周辺画素で効率的な光の取り込みができないという欠点があった。
【００１１】
従って、本発明は上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、固体撮像素子において、光電変換部に効率良く光を取り込めるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係わる固体撮像素子は、複数の画素を有する固体撮像素子において、前記複数の画素のそれぞれが、光を集光するマイクロレンズと、前記マイクロレンズにより集光された光を光電変換する光電変換部と、前記マイクロレンズと前記光電変換部の間に形成され、前記光電変換部に近い側から前記マイクロレンズに近い側に向けて順番に配置された第１、第２、及び第３の電極層と、前記第１の電極層と前記第２の電極層との間の第１の層間絶縁膜に形成された第１の光導波路と、前記第２の電極層と前記第３の電極層との間の第２の層間絶縁膜に形成された第２の光導波路とを具備し、前記第２の光導波路は、その一部が前記第１の層間絶縁膜に進入して形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係わる固体撮像素子の製造方法は、固体撮像素子を製造する方法であって、シリコン基板に、入射した光を光電変換する光電変換部を形成する光電変換部形成工程と、前記シリコン基板上に第１の電極層を形成する第１の電極層形成工程と、前記第１の電極層上に第１の層間絶縁膜を形成する第１の層間絶縁膜形成工程と、前記第１の層間絶縁膜中に第１の光導波路を形成する第１の光導波路形成工程と、前記第１の層間絶縁膜上に第２の電極層を形成する第２の電極層形成工程と、前記第２の電極層上に第２の層間絶縁膜を形成する第２の層間絶縁膜形成工程と、前記第２の層間絶縁膜中に、第２の光導波路を、その一部が前記第１の層間絶縁膜に進入するように形成する第２の光導波路形成工程と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、固体撮像素子において、光電変換部に効率良く光を取り込むことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１６】
図１乃至図４は本発明の第１の実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子を示す図であり、図１はＣＭＯＳ型固体撮像素子の概略平面図、図２Ａ〜図２ＣはＣＭＯＳ型固体撮像素子の断面図、図３及び図４はＣＭＯＳ型固体撮像素子の製造プロセスの説明図である。
【００１７】
デジタルカメラ等に用いられる固体撮像素子は数百万の画素で構成されているが、図１はＣＭＯＳ型固体撮像素子１を８×６の画素で模式化して表した平面図である。図１において、１１は光電変換部、４２は光導波路の開口、６３はマイクロレンズである。同図において、各光電変換部１１はｘ−ｙ平面内で均一の間隔で配設されている。一方、マイクロレンズ１１と光導波路４２の開口は、固体撮像素子１の中心からの距離に比例した量で、光電変換部１１から偏心している。ここで、光導波路４２の開口形状はｘ−ｙ平面内で同一である。
【００１８】
図２Ａ乃至図２Ｃを参照して、本実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子１の断面構造について説明する。
【００１９】
図２Ｂは、図１のＣＭＯＳ型固体撮像素子１の概略平面図に示した位置ｂ（ＣＭＯＳ型固体撮像素子１の略中心位置）における画素の断面図である。
【００２０】
図２Ｂにおいて、シリコン基板１０に光電変換部１１が形成されている。１２はポリシリコン電極、４１は第１の光導波路、４２は第２の光導波路、６０は平坦化層、６１はカラーフィルタ層、６２は平坦化層、６３はマイクロレンズである。
【００２１】
ポリシリコン電極１２は、光電変換部１１で発生した電荷を転送するための第１の電極であり、第２の電極３０と第３の電極３１は、転送された電荷を選択的に外部に出力するための電極である。
【００２２】
第１の電極（第１の電極層）１２と第２の電極（第２の電極層）３０との間の第１の層間絶縁膜２０には、第１の光導波路４１が形成されている。第１の光導波路４１は、光電変換部１１の有効受光領域の中心軸（図中Ａで示す線）に対して略対称になるように形成されている。ここで有効受光領域とは、光電変換部１１の受光可能領域のうち、ポリシリコン電極１２で覆われていない領域を指している。
【００２３】
一方、第２の電極３０と第３の電極（第３の電極層）３１との間の第２の層間絶縁膜２１には、第２の光導波路４２が形成されている。第２の光導波路４２の光入射側の開口の中心軸も、光電変換部１１の有効受光領域の中心軸（図中Ａで示す線）に対して略対称となるように形成されている。ここで、第２の光導波路４２は光入射側の開口を大きくとっているため、第２の光導波路４２の一部は第１の層間絶縁膜２０にも形成されている。言い換えれば、第２の光導波路４２の下端部の一部が第１の層間絶縁膜２０に入り込んでいる。
【００２４】
第２の光導波路４２の光入射側の開口が大きいため、Ｆ値の小さいレンズからの画角の広い光束もけられることなく取り込むことができ、固体撮像素子１のレンズのＦ値に対する受光量の比例性を向上させることが可能となる。
【００２５】
図２Ａは、図１のＣＭＯＳ型固体撮像素子の概略平面図に示した位置ａにおける画素（光電変換部１１が固体撮像素子１の中心から距離ｈxの位置にある画素）の断面図である。
【００２６】
第１の電極１２と第２の電極３０との間の第１の層間絶縁膜２０には、第１の光導波路４１が形成されている。第１の光導波路４１は、光電変換部１１の有効受光領域の中心軸（図中Ａで示される線）に対して略対称になるように形成されている。
【００２７】
一方、第２の電極３０と第３の電極３１との間の第２の層間絶縁膜２１には、第２の光導波路４２が形成されている。第２の光導波路４２の光入射側の開口の中心軸（図中Ｂで示される線）は、光電変換部１１の有効受光領域の中心軸（図中Ａで示される線）に対して、図中δxだけ固体撮像素子１の中心方向に偏心している。第２の光導波路４２の開口中心の光電変換部１１に対する偏心量δxは、光電変換部１１の固体撮像素子１の中心からの距離ｈxに略比例し、
δx≒ｈx・ｔz／ｌz／ｎ
を満足する。ここで、ｔzは第２の層間絶縁膜２１の厚さ、ｎは第２の層間絶縁膜２１の屈折率、ｌzは固体撮像素子１と固体撮像素子１が配設される撮像光学系の射出瞳との間の距離である。
【００２８】
また、第２の光導波路４２はｘ−ｙ平面内の各画素で略同一形状で形成され、光入射側の開口を大きくとっているため、光導波路４２の下端の一部は第１の層間絶縁膜２０にも形成されている。言い換えれば、図２Ｂでも説明したように、第２の光導波路４２の下端部の一部が第１の層間絶縁膜２０に入り込んでいる。
【００２９】
図２Ａでは、第２の光導波路４２の開口中心は、光電変換部１１の有効受光領域の中心軸（図中Ａで示される線）に対して固体撮像素子１の中心方向に偏心しており、かつ第２の光導波路４２の光入射側の開口が大きいため、斜めから入射する光も効率的に受光することが可能で、固体撮像素子１のシェーディング特性を向上させることができる。
【００３０】
図２Ｃは、図１のＣＭＯＳ型固体撮像素子の概略平面図に示した位置ｃおける画素の断面図である。
【００３１】
第１の電極１２と第２の電極３０との間の第１の層間絶縁膜２０には、第１の光導波路４１が形成されている。第１の光導波路４１は、光電変換部１１の有効受光領域の中心軸（図中Ａで示される線）に対して略対称になるように形成されている。
【００３２】
一方、第２の電極３０と第３の電極３１との間の第２の層間絶縁膜２１には、第２の光導波路４２が形成されている。第２の光導波路４２の光入射側の開口の中心軸（図中Ｂで示される線）は、光電変換部１１の有効受光領域の中心軸（図中Ａで示される線）に対して、固体撮像素子１の中心方向に偏心している。第２の光導波路４２の開口中心の光電変換部１１に対する偏心量は、光電変換部１１の固体撮像素子１の中心からの距離に略比例している。
【００３３】
また、光導波路４２はｘ−ｙ平面内の各画素で略同一形状で形成され、光入射側の開口を大きくとっているため、光導波路４２の一部は第１の層間絶縁膜２０にも形成されている。言い換えれば、図２Ａ、図２Ｂでも説明したように、第２の光導波路４２の下端部の一部が第１の層間絶縁膜２０に入り込んでいる。
【００３４】
図２Ｃでは、第２の光導波路４２の開口中心は、光電変換部１１の有効受光領域の中心軸（図中Ａで示される線）に対して固体撮像素子１の中心方向に偏心しており、かつ第２の光導波路４２の光入射側の開口が大きいため、斜めから入射する光も効率的に受光することが可能で、固体撮像素子１のシェーディング特性を向上させることができる。
【００３５】
図３及び図４は本実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子１の製造プロセスを説明する図である。同図では、固体撮像素子１の中心付近の１画素の断面構造を示している。
【００３６】
まず、シリコン基板１０を熱酸化してシリコン基板表面に不図示のシリコン酸化膜ＳｉＯを形成する。さらに、シリコン基板１０中に光電変換領域を形成するために、フォトレジスト５０を塗布し、所定パターンのフォトマスクを介して露光を行い、さらに現像処理を行う（図３（ａ））。ポジ型のフォトレジストの場合、現像処理することにより光が照射された領域５０ａ、すなはち光電変換領域に対応する領域が溶解し、シリコン酸化膜ＳｉＯの一部１０ａが露出する。さらに、シリコン基板１０に対してイオンを打ち込むことにより、光電変換部１１を形成する。
【００３７】
シリコン基板１０中に光電変換部１１が形成されると、光電変換部１１にて発生した電荷を転送するための第１の電極１２をシリコン基板１０の表面に形成する。
【００３８】
まず、シリコン基板１０表面に、フォトレジスト５１を塗布し不図示のフォトマスクで覆って露光する。フォトマスクは、光電変換部１１の一部を覆う第１の電極１２に対応する領域は光を透過し、その他の領域は光を遮光するように構成されている。さらにフォトレジスト５１を現像処理することにより、光が照射された領域５１ａすなはち第１の電極１２に対応するフォトレジスト５１の領域が溶解し、シリコン酸化膜ＳｉＯの一部が露出する（図３（ｂ））。さらに、ポリシリコン膜１２ａを形成し、フォトレジスト５１を剥離することによって第１の電極１２を形成する（図３（ｃ））。
【００３９】
第１の電極１２が形成されると、第１の電極１２の一部及び光電変換部１１の上にエッチングストッパ膜４０を形成するために、フォトレジスト５２を塗布し不図示のフォトマスクで覆って露光、現像する（図３（ｄ））。その後、シリコン窒化膜ＳｉＮによるエッチングストッパ膜４０を形成すると、第２の電極３０を形成するための第１の層間絶縁膜２０を形成し平坦化処理を行う（図３（ｅ））。第１の層間絶縁膜２０は屈折率が約１.４６のシリコン酸化膜ＳｉＯ2で形成されている。
【００４０】
次に、第１の層間絶縁膜２０に第１の光導波路４１を形成するために、平坦化された層間絶縁膜２０上にフォトレジスト５３を塗布し不図示のフォトマスクで覆って露光、現像する（図３（ｆ））。さらに、フォトレジスト５３をマスクとしてドライエッチング処理を行うことによって第１の層間絶縁膜２０に第１の光導波路４１を形成するための穴２０ａを形成する。このとき、第１の層間絶縁膜２０と光電変換部１１との間にはエッチングストッパ膜４０が形成されているため、光電変換部１１自体はエッチングされない（図３（ｇ））。
【００４１】
次に、第１の層間絶縁膜２０に形成された穴２０ａにシリコン窒化膜（ＳｉＮ）４１ａをプラズマＣＶＤ法で成膜し、第１の光導波路４１を形成する。プラズマＣＶＤ法で成膜されたシリコン窒化膜４１ａは、応力が１.０×１０9 （ｄｙｎｅ／ｃｍ2）以下で、屈折率が２.０２と高い。そのため、シリコン基板１０の反りを小さくするとともに、第１の光導波路４１での全反射条件を広くすることが可能となっている。
【００４２】
シリコン窒化膜（ＳｉＮ）４１ａを成膜後、平坦化処理を行うためにフォトレジスト５４を塗布する（図３（ｈ））。さらに、ドライエッチングを行うことにより平坦化を行う（図３（ｉ））。
【００４３】
第１の光導波路４１が形成されると、第２の電極３０を形成する。まず、フォトレジストを塗布し電極パターンに対応したフォトマスクで覆って露光後、現像処理する。さらに、ＣＶＤ装置等にてアルミニウムＡｌを蒸着し、エッチング処理を行ってフォトレジストを剥離することにより第２の電極３０を形成する（図３（ｊ））。
【００４４】
さらに、第３の電極３１を形成するための第２の層間絶縁膜２１をシリコン酸化膜ＳｉＯ2で形成し、第３の電極３１を形成する（図４（ｋ））。第３の電極３１の形成方法は、第２の電極３０の形成方法と同様である。
【００４５】
次に、第２の層間絶縁膜２１に第２の光導波路４２を形成するために、第３の電極３１及び第２の層間絶縁膜２１上にフォトレジスト５５を塗布し不図示のフォトマスクで覆って露光、現像する（図４（ｌ））。これにより、第２の層間絶縁膜２１に第２の光導波路４２を形成するための穴５５ａが形成される。
さらに、フォトレジスト５５をマスクとしてドライエッチング処理を行うことによって、第２の層間絶縁膜２１に第２の光導波路４２を形成するための穴２１ａを形成する。第２の光導波路４２を形成するための穴２１ａは開口が大きく、エッチングする際のガスの流量等を制御することによって傾斜した形状になっている。さらに、第１の層間絶縁膜２０の一部もエッチングされ、シリコン窒化膜ＳｉＮで構成された第１の光導波路４１に到達するまでエッチングされる（図４（ｍ））。
【００４６】
第２の光導波路４２を形成するための穴２１ａが形成されると、プラズマＣＶＤ法にてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）４２ａを成膜し、第２の光導波路４２を形成する。第２の光導波路４２は、プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜４２ａで形成されるため、低応力で高屈折率の光導波路ができあがる。そのため、シリコン基板１０の反りを小さくするとともに、第２の光導波路４２での全反射条件を広くすることが可能となっている。さらに、シリコン窒化膜（ＳｉＮ）４２ｂを成膜後、ＣＭＰ等による平坦化処理が行われる（図４（ｎ））。
【００４７】
第２の光導波路４２が形成されると、カラーフィルタ６１を形成するための平坦化層６０が形成された後にカラーフィルタ６１が形成される。さらに、マイクロレンズ６３を形成するための平坦化層６２が形成された後にマイクロレンズ６３が形成される。マイクロレンズは、公知のレジストリフロー法にて形成される（図４（ｏ））。
【００４８】
（第２の実施形態）
図５乃至図８は本発明の第２の実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子を示す図であり、画素サイズの小さい固体撮像素子への適用形態を示している。図５はＣＭＯＳ型固体撮像素子の概略平面図、図６はＣＭＯＳ型固体撮像素子の断面図、図７及び図８はＣＭＯＳ型固体撮像素子の製造プロセスの説明図である。
【００４９】
デジタルカメラ等に用いられる固体撮像素子は数百万の画素で構成されているが、図５は固体撮像素子１を８×６の画素で模式化して表した平面図である。図５において、１１は光電変換部、４２は光導波路の開口、６３はマイクロレンズである。同図において、各光電変換部１１はｘ−ｙ平面内で均一の間隔で配設されている。一方、マイクロレンズ６３と光導波路４２の開口は、固体撮像素子１の中心からの距離に比例した量で、光電変換部１１から偏心している。また、光導波路４２の開口の大きさαは、固体撮像素子１の中心から遠くなるにしたがって小さくなるように構成されている。
【００５０】
図６を参照して、本実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子１の断面構造について説明する。
【００５１】
図６（ａ）は、図５のＣＭＯＳ型固体撮像素子の概略平面図に示した位置ａ（固体撮像素子１の略中心位置）における画素の断面図である。同図において、第１の実施形態と同一の部材には同一の番号が付されている。
【００５２】
光電変換部１１で発生した電荷を転送するための第１の電極（第１の電極層）であるポリシリコン電極１２が配設され、また、転送された電荷を選択的に外部に出力するための第２の電極（第２の電極層）３０及び第３の電極（第３の電極層）３１が配設されている。
【００５３】
第１の電極１２と第２の電極３０との間の第１の層間絶縁膜２０には、第１の光導波路４１が形成されている。第１の光導波路４１は、光電変換部１１の有効受光領域の中心軸（図中Ａで示される線）に対して略対称になるように形成されている。ここで有効受光領域とは、光電変換部１１の受光可能領域のうち、ポリシリコン電極１２で覆われていない領域を指している。
【００５４】
一方、第２の電極３０と第３の電極３１との間の第２の層間絶縁膜２１には、第２の光導波路４２が形成されている。第２の光導波路４２の光入射側の開口の中心軸も、光電変換部１１の有効受光領域の中心軸（図中Ａで示される線）に対して略対称となるように形成されている。ここで、第２の光導波路４２では光入射側の開口の大きさαxaが大きくとってあるため、光導波路４２の一部は第１の層間絶縁膜２０にも形成されている。言い換えれば、第２の光導波路４２の下端部の一部が第１の層間絶縁膜２０に入り込んでいる。
【００５５】
第２の光導波路４２の光入射側の開口が大きいため、Ｆ値の小さいレンズからの画角の広い光束もけられることなく取り込め、固体撮像素子１のレンズのＦ値に対する受光量の比例性を向上させることが可能となる。
【００５６】
図６（ｂ）は、図５のＣＭＯＳ型固体撮像素子の概略平面図に示した位置ｂにおける画素の断面図である。
【００５７】
第１の電極１２と第２の電極３０との間の第１の層間絶縁膜２０には、第１の光導波路４１が形成されている。第１の光導波路４１は、光電変換部１１の有効受光領域の中心軸（図中Ａで示される線）に対して略対称になるように形成されている。
【００５８】
一方、第２の電極３０と第３の電極３１との間の第２の層間絶縁膜２１には、第２の光導波路４２が形成されている。第２の光導波路４２の光入射側の開口の中心軸（図中Ｂで示される線）は、光電変換部１１の有効受光領域の中心軸（図中Ａで示される線）に対して、固体撮像素子１の中心方向に偏心している。
【００５９】
画素サイズが小さい固体撮像素子の場合、電極の最小線幅の制約で第２の光導波路４２の開口を大きく偏心できないため、ＣＭＯＳ型固体撮像素子１の画面の周辺に位置する画素に形成される第２の光導波路４２の開口の大きさαxbには、固体撮像素子１の画面の中心に位置する画素に形成される第２の光導波路４２の開口の大きさαxaより小さい値が設定される。また第２の光導波路４２は、固体撮像素子１の外周方向の壁面の一部は略垂直（図中ｚ軸と略平行）で、非対称な形状を成している。
【００６０】
その結果、第２の光導波路４２の開口を固体撮像素子１の画面中心方向に広く設けることが可能となり、斜めから入射する光も効率的に受光することが可能で、固体撮像素子１のシェーディング特性を向上させることができる。
【００６１】
図６（ｃ）は、図５のＣＭＯＳ型固体撮像素子の概略平面図に示した位置ｃにおける画素の断面図である。
【００６２】
第１の電極１２と第２の電極３０との間の第１の層間絶縁膜２０には、第１の光導波路４１が形成されている。第１の光導波路４１は、光電変換部１１の有効受光領域の中心軸（図中Ａで示される線）に対して略対称になるように形成されている。
【００６３】
一方、第２の電極３０と第３の電極３１との間の第２の層間絶縁膜２１には、第２の光導波路４２が形成されている。第２の光導波路４２の光入射側の開口の中心軸（図中Ｂで示される線）は、光電変換部１１の有効受光領域の中心軸（図中Ａで示される線）に対して、固体撮像素子１の中心方向に偏心している。
【００６４】
画素サイズが小さい固体撮像素子の場合、電極の最小線幅の制約で第２の光導波路４２の開口を大きく偏心できないため、固体撮像素子１の画面の周辺に位置する画素に形成される第２の光導波路４２の開口の大きさαxcには、固体撮像素子１のｂの位置に位置する画素に形成される第２の光導波路４２の開口の大きさαxbより小さい値が設定される。また第２の光導波路４２は、固体撮像素子１の外周方向の壁面は略垂直（図中ｚ軸と略平行）で、非対称な形状を成している。
【００６５】
その結果、第２の光導波路４２の開口を固体撮像素子１の画面中心方向にさらに広く設けることが可能となり、斜めから入射する光も効率的に受光することが可能で、固体撮像素子１のシェーディング特性を向上させることができる。
【００６６】
図７及び図８は本実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子１の製造プロセスの説明図である。同図では、固体撮像素子１の周辺付近の１画素の断面構造を示している。
【００６７】
まず、シリコン基板１０を熱酸化してシリコン基板表面に不図示のシリコン酸化膜ＳｉＯを形成する。さらに、シリコン基板１０中に光電変換領域を形成するために、フォトレジスト５０を塗布し、所定パターンのフォトマスクを介して露光を行い、さらに現像処理を行う（図７（ａ））。ポジ型のフォトレジストの場合、現像処理することにより光が照射された領域５０ａ、すなはち光電変換領域に対応する領域が溶解し、シリコン酸化膜ＳｉＯの一部１０ａが露出する。さらに、シリコン基板１０に対してイオンを打ち込むことにより、光電変換部１１を形成する。
【００６８】
シリコン基板１０中に光電変換部１１が形成されると、光電変換部１１にて発生した電荷を転送するための第１の電極１２をシリコン基板１０の表面に形成する。
【００６９】
まず、シリコン基板１０の表面に、フォトレジスト５１を塗布し不図示のフォトマスクで覆って露光する。フォトマスクは、光電変換部１１の一部を覆う第１の電極１２に対応する領域は光を透過し、その他の領域は光を遮光するように構成されている。さらにフォトレジスト５１を現像処理することにより、光が照射された領域５１ａすなはち第１の電極１２に対応する領域が溶解し、シリコン酸化膜ＳｉＯの一部が露出する（図７（ｂ））。さらに、ポリシリコン膜１２ａを形成し、フォトレジスト５１を剥離することによって第１の電極１２を形成する（図７（ｃ））。
【００７０】
第１の電極１２が形成されると、第１の電極１２の一部及び光電変換部１１の上にエッチングストッパ膜４０を形成するために、フォトレジスト５２を塗布し不図示のフォトマスクで覆って露光、現像する（図７（ｄ））。その後、シリコン窒化膜ＳｉＮによるエッチングストッパ膜４０を形成すると、第２の電極３０を形成するための第１の層間絶縁膜２０を形成し平坦化処理を行う（図７（ｅ））。第１の層間絶縁膜２０は屈折率が約１.４６のシリコン酸化膜ＳｉＯ2で形成されている。
【００７１】
次に、第１の層間絶縁膜２０に第１の光導波路４１を形成するために、平坦化された層間絶縁膜２０上にフォトレジスト５３を塗布し不図示のフォトマスクで覆って露光、現像する（図７（ｆ））。さらに、フォトレジスト５３をマスクとしてドライエッチング処理を行うことによって第１の層間絶縁膜２０に第１の光導波路４１を形成するための穴２０ａを形成する。このとき、第１の層間絶縁膜２０と光電変換部１１との間にはエッチングストッパ膜４０が形成されているため、光電変換部１１自体はエッチングされない（図７（ｇ））。
【００７２】
次に、第１の層間絶縁膜２０に形成された穴２０ａにシリコン窒化膜（ＳｉＮ）４１ａをプラズマＣＶＤ法で成膜し、第１の光導波路４１を形成する。プラズマＣＶＤ法で成膜されたシリコン窒化膜４１ａは、応力が１.０×１０9 （ｄｙｎｅ／ｃｍ2）以下で、屈折率が２.０２と高い。そのため、シリコン基板１０の反りを小さくするとともに、第１の光導波路４１での全反射条件を広くすることが可能となっている。
【００７３】
シリコン窒化膜（ＳｉＮ）４１ａを成膜後、平坦化処理を行うためにフォトレジスト５４を塗布する（図７（ｈ））。さらに、ドライエッチングを行うことにより平坦化を行う（図７（ｉ））。
【００７４】
第１の光導波路４１が形成されると、第２の電極３０を形成する。まず、フォトレジストを塗布し電極パターンに対応したフォトマスクで覆って露光後、現像処理する。さらに、ＣＶＤ装置等にてアルミニウムＡｌを蒸着し、エッチング処理を行ってフォトレジストを剥離することにより第２の電極３０を形成する（図７（ｊ））。
【００７５】
次に、第２の層間絶縁膜２１に第２の光導波路４２を形成するために、第２の層間絶縁膜２１上にフォトレジスト５５を塗布し不図示のフォトマスクで覆って露光、現像する（図７（ｋ））。これにより、第２の層間絶縁膜２１に第２の光導波路４２を形成するための穴５５ａが形成される。
【００７６】
さらに、フォトレジスト５５をマスクとしてドライエッチング処理を行うことによって、第２の層間絶縁膜２１に第２の光導波路４２を形成するための穴２１ａを形成する。光導波路を形成するための穴２１ａは開口が大きく、エッチングする際のガスの流量等を制御することによって傾斜した形状になっている。さらに、第１の層間絶縁膜２０の一部もエッチングされ、シリコン窒化膜ＳｉＮで構成された第１の光導波路４１に到達するまでエッチングされる（図７（ｌ））。
【００７７】
同様に、垂直な壁面の穴を作成する。第２の層間絶縁膜２１上にフォトレジスト５６を塗布し不図示のフォトマスクで覆って露光、現像する。（図８（ｍ））。
【００７８】
さらに、フォトレジスト５６をマスクとしてドライエッチング処理を行うことによって、第２の層間絶縁膜２１に第２の光導波路４２を形成するための垂直な壁面の穴２１ｂを形成する。穴２１ｂは、シリコン窒化膜ＳｉＮで構成された第１の光導波路４１に到達するまでエッチングされる（図８（ｎ））。
【００７９】
第２の光導波路４２を形成するための穴２１ｂが形成されると、高密度プラズマＣＶＤ法にてシリコン窒化膜（ＳｉＮ）４２ａを成膜し、第２の光導波路４２を形成する（図８（ｏ））。第２の光導波路４２は、高密度プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜４２ａで形成されるため、低応力であるがやや屈折率が低い光導波路ができあがる。高密度プラズマＣＶＤ法によるシリコン窒化膜４２ａの屈折率は約１.９である。そのため、シリコン基板１０の反りが小さくなるが、第２の光導波路４２での全反射条件が狭くなる。しかしながら、第２の光導波路４２の固体撮像素子１の外周側の壁面を略垂直に形成しているため、斜めから入射した光の壁面への入射角が大きくなり、結果的に全反射条件をクリアするように構成されている。
【００８０】
シリコン窒化膜（ＳｉＮ）４２ａの成膜後、平坦化を行うためのフォトレジスト５７が塗布される（図８（ｐ））。
【００８１】
さらに、ドライエッチングを行うことにより、平坦化が行われる（図８（ｑ））。
【００８２】
さらに、第３の電極３１を形成する（図８（ｒ））。第３の電極３１の形成方法は、第２の電極３０の形成方法と同様である。
【００８３】
第３の電極３１が形成されると、電極及び光電変換部を保護するためのパッシべーション膜４３が成膜される（図８（ｓ））。
【００８４】
パッシべーション膜４３が形成されると、カラーフィルタ６１を形成するための平坦化層６０が形成された後にカラーフィルタ６１が形成される。さらに、マイクロレンズ６３を形成するための平坦化層６２が形成された後にマイクロレンズ６３が形成される（図８（ｔ））。
【００８５】
本実施形態では、第２の光導波路４２を高密度プラズマＣＶＤ法で成膜した例を示したが、光導波路のアスペクト比によってはプラズマＣＶＤ法で成膜してもよい。
【００８６】
以上説明したように、上記の実施形態によれば、入射した光を電荷に変換する光電変換部と該光電変換部にて発生した電荷を出力するための複数の電極とを有した固体撮像素子において、前記第１及び第２の電極間に形成された層間絶縁膜に形成される第１の光導波路と、第２及び第３の電極間に形成された層間絶縁膜に形成される第２の光導波路とを有し、第２の光導波路は第１及び第２の電極間に形成された層間絶縁膜の一部にも形成するように構成することにより、第２の光導波路の光が入射する側の開口を広げることが可能となり、画角の広い光を取り込むことができ、固体撮像素子のＦ値比例性を向上させることが可能となる。
【００８７】
また、入射した光を電荷に変換する複数の光電変換部と該光電変換部にて発生した電荷を出力するための複数の電極とを有した固体撮像素子において、前記第１及び第２の電極間に形成された層間絶縁膜に形成され入射光を光電変換部に導光する第１の光導波路と、第２及び第３の電極間に形成された層間絶縁膜に形成され入射光を第１の光導波路に導光する第２の光導波路とを有し、各光電変換部に対して第１の光導波路は同じ位置に形成され、各光電変換部に対して第２の光導波路は固体撮像素子の中心方向に偏心した位置に形成され、その偏心量は前記光電変換部の固体撮像素子の中心からの距離に略比例するように構成することにより、固体撮像素子の周辺画素でも斜めに入射してくる光を取り込むことが可能となり、固体撮像素子のシェーディング特性を向上させることが可能となる。
【００８８】
さらに、入射した光を電荷に変換する複数の光電変換部と該光電変換部にて発生した電荷を出力するための複数の電極と入射した光を光電変換部に導く複数層の光導波路とを有した固体撮像素子において、前記複数の光導波路の少なくとも一方は、屈折率が２.０より大きい透明材料で構成することにより、入射角の大きい光に対しても全反射条件を満足し光の利用効率を向上させることが可能となる。
【００８９】
さらには、入射した光を電荷に変換する複数の光電変換部と入射した光を該光電変換部に導く光導波路と前記光電変換部にて発生した電荷を出力するための複数の電極とを有した固体撮像素子において、前記光導波路の光入射側開口の大きさは固体撮像素子の中心から遠ざかるにしたがって小さくなるように構成することにより、固体撮像素子の周辺画素においても効率的な光の取り込みを行いシェーディング特性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】第１の実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の概略平面図である。
【図２Ａ】第１の実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の概略側断面図である。
【図２Ｂ】第１の実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の概略側断面図である。
【図２Ｃ】第１の実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の概略側断面図である。
【図３】第１の実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図４】第１の実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図５】第２の実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の概略平面図である。
【図６】第２の実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の概略側断面図である。
【図７】第２の実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図８】第２の実施形態のＣＭＯＳ型固体撮像素子の製造プロセスを説明するための図である。
【図９】従来の固体撮像素子の概略側断面図である。
【符号の説明】
【００９１】
１  ＣＭＯＳ型固体撮像素子
１０  シリコン基板
１１  光電変換部
１２，３０，３１  電極
２０，２１  層間絶縁膜
４１  第１の光導波路
４２  第２の光導波路
６０，６２  平坦化層
６１  カラーフィルタ
６３  マイクロレンズ
【図１】
2006261247.tif 000003
【図２Ａ】
2006261247.tif 000004
【図２Ｂ】
2006261247.tif 000005
【図２Ｃ】
2006261247.tif 000006
【図３】
2006261247.tif 000007
【図４】
2006261247.tif 000008
【図５】
2006261247.tif 000009
【図６】
2006261247.tif 000010
【図７】
2006261247.tif 000011
【図８】
2006261247.tif 000012
【図９】
2006261247.tif 000013