(57)【要約】【課題】感度の向上、および、スミア，混色などの防止を実現して、画像品質を向上させる。【解決手段】クラッド部１４０よりも高い屈折率であって、受光面ＪＳの中央に対応する部分が、受光面ＪＳの周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布になるように、光導波路コア部１３０を形成する。これと共に、オンチップレンズＭＬにおいて生ずる位相差よりも、光導波路コア部１３０で生ずる位相差の方が小さくなるように、光導波路コア部１３０を形成する。【選択図】図３
2011211000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の撮像面に設けられており、受光面にて入射光を受光する光電変換部と、
前記基板の撮像面において前記受光面の上方に設けられており、前記入射光を集光するレンズと、
前記基板の撮像面において前記受光面と前記レンズとの間に介在しており、前記レンズで集光された入射光を、前記受光面へ導く光導波路コア部と
を具備し、
前記光導波路コア部は、前記レンズにおいて生ずる位相差よりも、当該光導波路コア部で生ずる位相差の方が小さくなるように、クラッド部よりも高い屈折率であって、前記受光面の中央に対応する部分が、前記受光面の周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている、
固体撮像装置。
【請求項２】
前記レンズで生ずる位相差φｍに対する、前記光導波路コア部で生ずる位相差φｈの割合（φｈ／φｍ）が、０．１２〜０．７５になるように、前記光導波路コア部が形成されている、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記光導波路コア部は、
低屈折率材料部と、
前記低屈折率材料部よりも屈折率が高い高屈折率材料部と
を含み、
前記低屈折率材料部が、前記受光面の中央に対応するように設けられ、
前記高屈折率材料部が、前記受光面の周辺において、前記低屈折率材料部の周りを囲うように設けられている、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記光導波路コア部は、前記低屈折率材料部と前記高屈折率材料部との界面が、前記受光面に対して垂直になるように形成されている、
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記低屈折率材料部および前記高屈折率材料部は、前記クラッド部の上面に積層した部分を含むように形成されている、
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記光導波路コア部は、前記低屈折率材料部と前記高屈折率材料部との界面が、前記受光面に対して傾斜するように形成されている、
請求項３に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記光導波路コア部は、前記受光面の上方において、前記クラッド部に設けられた溝の底面部分を被覆するように前記高屈折率材料部が設けられており、当該高屈折率材料部に前記低屈折率材料部が積層する部分を含むように形成されている、
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記光導波路コア部は、前記クラッド部に設けられた溝の上端部において、当該溝の内部へ突き出た凸部を含むように、前記高屈折率材料部が形成されている、
請求項４に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記光導波路コア部は、前記受光面に沿った方向において、前記受光面の中央に対応する部分から前記受光面の周辺に対応する部分へ向かって屈折率が連続的に変化するように形成されている、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記基板の撮像面に設けられており、前記入射光が着色されて前記受光面へ透過するカラーフィルタ
を具備し、
前記カラーフィルタの上方に設けられたオンチップレンズが、前記レンズとして設けられている、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記基板の撮像面において、前記光導波路コア部と前記カラーフィルタとの間に介在するインナーレンズが、前記レンズとして更に設けられている、
請求項１０に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記基板において前記入射光を受光する受光面が設けられた面とは反対側の面に配線層が形成されている、
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
基板の撮像面に設けられており、受光面にて入射光を受光する光電変換部と、
前記基板の撮像面において前記受光面の上方に設けられており、前記入射光を集光するレンズと、
前記基板の撮像面において前記受光面と前記レンズとの間に介在しており、前記レンズで集光された入射光を、前記受光面へ導く光導波路コア部と
を具備し、
前記光導波路コア部は、前記レンズにおいて生ずる位相差よりも、当該光導波路コア部で生ずる位相差の方が小さくなるように、クラッド部よりも高い屈折率であって、前記受光面の中央に対応する部分が、前記受光面の周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている、
電子機器。
【請求項１４】
受光面にて入射光を受光する光電変換部を、基板の撮像面に設ける光電変換部形成工程と、
前記入射光を集光するレンズを、前記基板の撮像面において前記受光面の上方に設けるオンチップレンズ形成工程と、
前記レンズで集光された入射光を前記受光面へ導く光導波路コア部を、前記基板の撮像面において前記受光面と前記レンズとの間に介在するように形成する光導波路コア部形成工程と
を具備し、
前記光導波路コア部形成工程においては、
前記レンズにおいて生ずる位相差よりも、当該光導波路コア部で生ずる位相差の方が小さくなるように、クラッド部よりも高い屈折率であって、前記受光面の中央に対応する部分が、前記受光面の周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で、前記光導波路コア部を、形成する、
固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記前記光導波路コア部形成工程は、
低屈折率材料部を前記受光面の中央に対応するように設ける低屈折率材料部形成工程と、
前記低屈折率材料部よりも屈折率が高い高屈折率材料部を、前記受光面の周辺において前記低屈折率材料部の周りを囲うように設ける高屈折率材料部形成工程と
を含む、
請求項１４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
前記光導波路コア部形成工程は、
コア基材層を前記受光面の上方に設けるコア基材層形成工程と、
前記コア基材層の上面において、前記受光面の中央部分と周辺部分との間においてレジストパターンが存在する量が異なるように、当該レジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記レジストパターンをマスクとして用いて前記コア基材層に対してイオン注入を実施するイオン注入工程と、
イオン注入が実施された前記コア基材層について熱処理を実施することで、前記光導波路コア部を形成する熱処理工程と
を含む、
請求項１４に記載の固体撮像装置の製造方法
【請求項１７】
前記光導波路コア部形成工程は、
コア基材層を前記受光面の上方に設けるコア基材層形成工程と、
前記コア基材層の上面において、前記受光面の中央部分と周辺部分との間においてレジストパターンが存在する量が異なるように、当該レジストパターンを形成するレジストパターン形成工程と、
前記レジストパターンをマスクとして用いて前記コア基材層に対してプラズマを照射することによって、前記光導波路コア部を形成するプラズマ照射理工程と
を含む、
請求項１４に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１８】
前記光導波路コア部形成工程は、
コア基材層を前記受光面の上方に設けるコア基材層形成工程と、
前記コア基材層の上面において、前記受光面の中央部分より周辺部分で、前記コア基材層よりも屈折率が高い高屈折率材料層が多く存在するように、当該高屈折率材料層を形成する高屈折率材料層形成工程と、
前記高屈折率材料層に含まれる高屈折率成分が前記コア基材層へ拡散するように熱処理を実施することで、前記光導波路コア部を形成する熱処理工程と
を含む、
請求項１４に記載の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、固体撮像装置の製造方法、電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどの電子機器は、固体撮像装置を含む。たとえば、固体撮像装置として、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサ、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｃｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型イメージセンサを含む。
【０００３】
固体撮像装置は、複数の画素がマトリクス状に配列されている撮像領域が、半導体基板の面に設けられている。複数の画素のそれぞれには、光電変換部が設けられている。光電変換部は、たとえば、フォトダイオードであり、外付けの光学系を介して入射する光を受光面で受光し光電変換することによって、信号電荷を生成する。
【０００４】
このような固体撮像装置では、多画素化に伴って、各画素のセルサイズが小さくなってきている。その結果、各画素当たりの受光量が減少して、感度が低下する場合がある。
【０００５】
このため、光の集光効率を高めて、感度を向上するために、オンチップレンズ、インナーレンズ、光導波路などの光学部材が、各画素に形成されている（たとえば、特許文献１から３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３０５６９０号公報
【特許文献２】特許第２８６９２８０号
【特許文献３】特開２００８−１６５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図３３は、固体撮像装置において、オンチップレンズＭＬを介して、入射光が進行する様子を概念的に示す断面図である。
【０００８】
図３３において、（ａ）は、オンチップレンズＭＬの厚みが薄い場合を示しており、（ｂ）は、オンチップレンズＭＬの厚みが厚い場合を示している。
【０００９】
図３４は、固体撮像装置において、オンチップレンズ（ＯＣＬ）の厚みと各特性との関係を示す図である。
【００１０】
図３４においては、感度とスミアについて示している。感度，スミアの結果に関しては、オンチップレンズ（ＯＣＬ）の厚みが０．３５μｍの場合の結果を基準とした値を示している。
【００１１】
図３３に示すように、オンチップレンズＭＬは、受光面ＪＳの上方に設けられており、入射光Ｈが、オンチップレンズＭＬによって受光面ＪＳの側へ集光されるように構成されている。オンチップレンズＭＬは、受光面ＪＳとの間に、光導波路コア部１３０Ｊなどの各部が介在しており、たとえば、光軸ＣＬが受光面ＪＳの中心に対応するように設けられている。光導波路コア部１３０Ｊは、オンチップレンズＭＬの光軸が貫通すると共に、その光軸の周囲がクラッド部１４０で囲われており、オンチップレンズＭＬで集光された光を受光面ＪＳへ導くように設けられている。
【００１２】
入射光Ｈは、等位相面が受光面ＪＳに対して平行な状態で進行し、オンチップレンズＭＬの中心に到達する。オンチップレンズＭＬは、屈折率が高いので、オンチップレンズＭＬの中心に到達した入射光Ｈは、オンチップレンズＭＬの中心において周辺よりも遅く進行する。このため、図３３において太い破線で示すように、入射光Ｈの等位相面は、受光面ＪＳに対して平行な状態から、オンチップレンズＭＬの中心部分で上方へ突き出るような曲面になる。入射光Ｈの進行方向は、等位相面に対して直交する。よって、入射光Ｈは、オンチップレンズＭＬによって集光される。
【００１３】
図３３（ａ）と図３３（ｂ）とを比較して判るように、オンチップレンズＭＬの厚みｄが厚くなるに伴い、レンズ面の曲率は、大きくなる。このため、オンチップレンズＭＬによって光導波路コア部１３０Ｊへ集光される光の角度θｉｎは、オンチップレンズＭＬの厚みｄが厚くなるに従って、大きくなる。
【００１４】
よって、オンチップレンズＭＬの厚みｄを厚くすることによって、光が効果的に集光される。そして、その集光された入射光Ｈが、光導波路コア部１３０Ｊで受光面ＪＳへ導かれる。
【００１５】
このため、図３４に示すように、オンチップレンズＭＬの厚みｄを厚くすることによって、感度が向上する。
【００１６】
しかし、図３３（ａ）と図３３（ｂ）とを比較して判るように、オンチップレンズＭＬの厚みｄを厚くした場合には、光導波路コア部１３０Ｊから出射される光の角度θｏｕｔについても、大きくなる。
【００１７】
このため、ＣＣＤ型イメージセンサにおいては、転送チャネルに、その傾斜した入射光Ｈが進入する場合がある。したがって、図３４に示すように、スミアの発生が増えて、画像品質が低下する場合がある。
【００１８】
この他に、図示をしていないが、カラー画像を撮像する場合において、入射光Ｈが受光面に対して大きく傾斜して入射したときには、その直下の受光面に入射せずに、本来、他の色の着色光を受光する他の受光面へ入射する場合がある。このため、いわゆる「混色」が発生して、撮像したカラー画像において色調のズレが生じ、画像品質が低下する場合がある。特に、ＣＭＯＳ型イメージセンサの場合には、画素の間に光が入射しやすくなるので、混色の発生による画像品質の低下が顕在化する場合がある。
【００１９】
固体撮像装置においては、インナーレンズを更に設けることが提案されている。
【００２０】
図３５は、インナーレンズを介して、入射光Ｈが進行する様子を概念的に示す断面図である。
【００２１】
図３６は、固体撮像装置において、インナーレンズ（ＩＮＬ）の厚みと各特性との関係を示す図である。図３６においては、図３４と同様に、感度とスミアについて示している。感度，スミアの結果に関しては、インナーレンズ（ＩＮＬ）の厚みが０．４μｍの場合の結果を基準とした値を示している。
【００２２】
図３５に示すように、インナーレンズＩＮＬが受光面ＪＳの上方に設けられている場合には、オンチップレンズＭＬで集光された入射光Ｈが、インナーレンズＩＮＬで受光面ＪＳの側へさらに集光される。
【００２３】
このため、図３６に示すように、インナーレンズＩＮＬの厚みを厚くすることによって、感度が向上するが、スミア等の発生が増えて、画像品質が低下する場合がある。
【００２４】
このように、固体撮像装置においては、感度の向上とスミア，混色などの不具合の発生の防止とを両立させることが困難であり、撮像画像の画像品質が低下する場合がある。
【００２５】
したがって、本発明は、撮像画像の画像品質を向上可能な、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、電子機器を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２６】
本発明の固体撮像装置は、基板の撮像面に設けられており、受光面にて入射光を受光する光電変換部と、前記基板の撮像面において前記受光面の上方に設けられており、前記入射光を集光するレンズと、前記基板の撮像面において前記受光面と前記レンズとの間に介在しており、前記レンズで集光された入射光を、前記受光面へ導く光導波路コア部とを具備し、前記光導波路コア部は、前記レンズにおいて生ずる位相差よりも、当該光導波路コア部で生ずる位相差の方が小さくなるように、クラッド部よりも高い屈折率であって、前記受光面の中央に対応する部分が、前記受光面の周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている。
【００２７】
本発明の電子機器は、基板の撮像面に設けられており、受光面にて入射光を受光する光電変換部と、前記基板の撮像面において前記受光面の上方に設けられており、前記入射光を集光するレンズと、前記基板の撮像面において前記受光面と前記レンズとの間に介在しており、前記レンズで集光された入射光を、前記受光面へ導く光導波路コア部とを具備し、前記光導波路コア部は、前記レンズにおいて生ずる位相差よりも、当該光導波路コア部で生ずる位相差の方が小さくなるように、クラッド部よりも高い屈折率であって、前記受光面の中央に対応する部分が、前記受光面の周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている。
【００２８】
本発明の固体撮像装置の製造方法は、受光面にて入射光を受光する光電変換部を、基板の撮像面に設ける光電変換部形成工程と、前記入射光を集光するレンズを、前記基板の撮像面において前記受光面の上方に設けるオンチップレンズ形成工程と、前記レンズで集光された入射光を前記受光面へ導く光導波路コア部を、前記基板の撮像面において前記受光面と前記レンズとの間に介在するように形成する光導波路コア部形成工程とを具備し、前記光導波路コア部形成工程においては、前記レンズにおいて生ずる位相差よりも、当該光導波路コア部で生ずる位相差の方が小さくなるように、クラッド部よりも高い屈折率であって、前記受光面の中央に対応する部分が、前記受光面の周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で、前記光導波路コア部を形成する。
【００２９】
本発明においては、クラッド部よりも高い屈折率であって、受光面の中央に対応する部分が、受光面ＪＳの周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布になるように、光導波路コア部を形成する。これと共に、オンチップレンズにおいて生ずる位相差よりも、光導波路コア部で生ずる位相差の方が小さくなるように、光導波路コア部を形成する。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、撮像画像の画像品質を向上可能な、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明にかかる実施形態１において、カメラ４０の構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の全体構成を示す図である。
【図３】図３は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図４】図４は、本発明にかかる実施形態１において、カラーフィルタＣＦを示す図である。
【図５】図５は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す図である。
【図６】図６は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す図である。
【図７】図７は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１に入射する入射光Ｈの挙動を示す図である。
【図８】図８は、実施形態１の固体撮像装置１と異なり、オンチップレンズＭＬで入射光Ｈについて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０で生ずる位相差φｈの方が大きい場合における入射光Ｈの挙動を示す図である。
【図９】図９は、本発明にかかる実施形態１において、オンチップレンズＭＬの厚み（ＯＣＬ厚）と、感度およびスミアの発生との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明にかかる実施形態１において、オンチップレンズＭＬで入射光Ｈについて生ずる位相差φｍに対する、光導波路コア部１３０で生ずる位相差φｈの割合（φｈ／φｍ）と、スミアの発生との関係を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明にかかる実施形態１の変形例１−１において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図１２】図１２は、本発明にかかる実施形態２において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図１４】図１４は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す図である。
【図１５】図１５は、本発明にかかる実施形態４において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明にかかる実施形態４において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明にかかる実施形態４の変形例４−１において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図１８】図１８は、本発明にかかる実施形態４の変形例４−２において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図１９】図１９は、本発明にかかる実施形態４の変形例４−３において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図２０】図２０は、本発明にかかる実施形態４の変形例４−４において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。
【図２１】図２１は、本発明にかかる実施形態５において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図２２】図２２は、本発明にかかる実施形態５において、インナーレンズＩＮＬの厚み（ＩＮＬ厚）と、感度およびスミアの発生との関係を示す図である。
【図２３】図２３は、本発明にかかる実施形態６において、固体撮像装置１ｆの全体構成を示す図である。
【図２４】図２４は、本発明にかかる実施形態６において、画素Ｐの回路構成を示す図である。
【図２５】図２５は、本発明にかかる実施形態６において、画素Ｐから信号を読み出す際に、各部へ供給するパルス信号を示すタイミングチャートである。
【図２６】図２６は、本発明にかかる実施形態６において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図２７】図２７は、本発明にかかる実施形態６において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図２８】図２８は、本発明にかかる実施形態６において、オンチップレンズＭＬの厚み（ＯＣＬ厚）と、感度および混色の発生との関係を示す図である。
【図２９】図２９は、本発明にかかる実施形態６において、オンチップレンズＭＬで入射光Ｈについて生ずる位相差φｍに対する、光導波路コア部１３０ｆで生ずる位相差φｈの割合（φｈ／φｍ）と、混色の発生との関係を示す図である。
【図３０】図３０は、本発明にかかる実施形態６の変形例６−１において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図３１】図３１は、本発明にかかる実施形態６の変形例６−２において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図３２】図３２は、本発明にかかる実施形態６の変形例６−３において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【図３３】図３３は、固体撮像装置において、オンチップレンズＭＬを介して、入射光が進行する様子を概念的に示す断面図である。
【図３４】図３４は、固体撮像装置において、オンチップレンズ（ＯＣＬ）の厚みと各特性との関係を示す図である。
【図３５】図３５は、インナーレンズを介して、入射光Ｈが進行する様子を概念的に示す断面図である。
【図３６】図３６は、固体撮像装置において、インナーレンズ（ＩＮＬ）の厚みと各特性との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００３３】
なお、説明は、下記の順序で行う。
１．実施形態１（ＣＣＤの場合）
２．実施形態２（テーパー状の場合）
３．実施形態３（底面を高屈折率材料部が被覆する場合）
４．実施形態４（屈折率が連続的に変化する場合）
５．実施形態５（インナーレンズを含む場合）
６．実施形態６（裏面照射型ＣＩＳの場合）
７．その他
【００３４】
＜１．実施形態１＞
（Ａ）装置構成
（Ａ−１）カメラの要部構成
図１は、本発明にかかる実施形態１において、カメラ４０の構成を示す構成図である。
【００３５】
図１に示すように、カメラ４０は、固体撮像装置１と、光学系４２と、制御部４３と、信号処理回路４４とを有する。各部について、順次、説明する。
【００３６】
固体撮像装置１は、光学系４２を介して入射する入射光Ｈを撮像面ＰＳで受光して光電変換することによって、信号電荷を生成する。ここでは、固体撮像装置１は、制御部４３から出力される制御信号に基づいて駆動する。具体的には、信号電荷を読み出して、ローデータとして出力する。
【００３７】
光学系４２は、結像レンズや絞りなどの光学部材を含み、入射する被写体像による光を、固体撮像装置１の撮像面ＰＳへ集光するように配置されている。
【００３８】
制御部４３は、各種の制御信号を固体撮像装置１と信号処理回路４４とに出力し、固体撮像装置１と信号処理回路４４とを制御して駆動させる。
【００３９】
信号処理回路４４は、固体撮像装置１から出力されたローデータについて信号処理を実施することによって、被写体像についてデジタル画像を生成するように構成されている。
【００４０】
（Ａ−２）固体撮像装置の要部構成
固体撮像装置１の全体構成について説明する。
【００４１】
図２は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１の全体構成を示す図である。図２では、上面を示している。
【００４２】
図２に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、インターライン方式のＣＣＤ型イメージセンサであって、撮像領域ＰＡにおいて撮像が行われるように構成されている。
【００４３】
図２に示すように、撮像領域ＰＡにおいては、画素Ｐと電荷読出し部ＲＯと垂直転送レジスタ部ＶＴとが設けられている。
【００４４】
画素Ｐは、図２に示すように、撮像領域ＰＡに複数が設けられており、それぞれが、水平方向ｘと垂直方向ｙとにおいて、マトリクス状に並ぶように配置されている。そして、この複数の画素Ｐの周囲においては、各画素Ｐの間を分離するように、素子分離部ＳＢが設けられている。画素Ｐは、受光面ＪＳにおいて、被写体像による光を受光して光電変換を行うことによって、信号電荷を生成するように構成されている。
【００４５】
電荷読出し部ＲＯは、図２に示すように、撮像領域ＰＡにおいて、複数の画素Ｐに対応するように複数が設けられており、その画素Ｐが生成した信号電荷を、垂直転送レジスタ部ＶＴへ読み出すように構成されている。
【００４６】
垂直転送レジスタ部ＶＴは、図２に示すように、撮像領域ＰＡにおいて、垂直方向ｙに並ぶ複数の画素Ｐに対応するように、垂直方向ｙに延在している。また、垂直転送レジスタ部ＶＴは、垂直方向ｙに複数が並ぶ画素Ｐの列の間に配置されている。垂直転送レジスタ部ＶＴは、複数が撮像領域ＰＡに設けられており、複数の垂直転送レジスタ部ＶＴが、水平方向ｘに並ぶ複数の画素Ｐのそれぞれに対応するように、水平方向ｘに並んでいる。この垂直転送レジスタ部ＶＴは、いわゆる垂直転送ＣＣＤであって、電荷読出し部ＲＯを介して、画素Ｐから読み出された信号電荷を垂直方向ｙへ順次転送する。垂直転送レジスタ部ＶＴは、複数の転送電極（図示無し）が垂直方向ｙに並んで配置されており、その垂直方向に並んだ転送電極に、たとえば、４相の駆動パルス信号を順に供給することによって、この信号電荷の転送を実施する。
【００４７】
そして、撮像領域ＰＡの下端部においては、図２に示すように、水平転送レジスタ部ＨＴが配置されている。この水平転送レジスタ部ＨＴは、水平方向ｘへ延在しており、複数の垂直転送レジスタ部ＶＴのそれぞれが、垂直方向ｙへ転送した信号電荷を、水平方向ｘへ、順次、転送する。つまり、水平転送レジスタ部ＨＴは、いわゆる水平転送ＣＣＤであって、たとえば、２相の駆動パルス信号によって駆動されて、１水平ライン（１行の画素）ごとに転送された信号電荷の転送を実施する。
【００４８】
そして、図２に示すように、水平転送レジスタ部ＨＴの左端部には、出力部ＯＵＴが形成されており、この出力部ＯＵＴは、水平転送レジスタ部ＨＴによって、水平転送された信号電荷を電圧に変換し、アナログ画像信号として出力する。
【００４９】
なお、上記の撮像領域ＰＡは、図１に示した撮像面ＰＳに相当する。
【００５０】
（Ａ−３）固体撮像装置の詳細構成
本実施形態にかかる固体撮像装置１の詳細内容について説明する。
【００５１】
図３は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【００５２】
図３は、画素Ｐの断面図であって、図２に示すＸ１−Ｘ２部分の断面を示している。
【００５３】
固体撮像装置は、図３に示すように、半導体基板１０１を含む。半導体基板１０１は、たとえば、ｎ型のシリコン半導体基板であり、半導体基板１０１の内部には、フォトダイオード２１と、電荷読出しチャネル領域２２Ｒと、電荷転送チャネル領域２３Ｖと、チャネルストッパー領域２４Ｓとが設けられている。
【００５４】
そして、半導体基板１０１の表面においては、図３に示すように、転送電極３１と、遮光膜６０と、光導波路コア部１３０と、クラッド部１４０と、パッシベーション膜５１と、平坦化膜ＨＴと、カラーフィルタＣＦと、オンチップレンズＭＬとが設けられている。
【００５５】
固体撮像装置を構成する各部について、順次説明する。
【００５６】
（ａ）フォトダイオード２１について
フォトダイオード２１は、図３に示すように、画素Ｐに対応するように、半導体基板１０１に設けられている。
【００５７】
フォトダイオード２１は、光を受光面ＪＳで受光し、光電変換することによって信号電荷を生成するように構成されている。
【００５８】
具体的には、フォトダイオード２１は、半導体基板１０１の内部において表面側に位置する部分に設けられている。図示を省略しているが、フォトダイオード２１は、たとえば、半導体基板１０１内に形成したｐ型半導体ウェル領域（ｐ）（図示無し）上に、ｎ型半導体領域（ｎ）（図示無し）とｐ型半導体領域（ｐ＋）（図示無し）とが順次形成されることによって構成される。ｎ型半導体領域（ｎ）は、信号電荷蓄積領域として機能する。そして、ｐ型半導体領域（ｐ＋）は、正孔蓄積領域として機能し、信号電荷蓄積領域であるｎ型半導体領域（ｎ）において、暗電流が生ずることを抑制するように構成されている。
【００５９】
フォトダイオード２１上においては、図３に示すように、反射防止膜３２２が設けられている。たとえば、ＳｉＯ２，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＣＮなどの材料を用いて、反射防止膜３２２が形成されている。この他に、フォトダイオード２１上においては、光導波路コア部１３０と、パッシベーション膜５１と、平坦化膜ＨＴと、カラーフィルタＣＦと、オンチップレンズＭＬとが設けられている。このため、フォトダイオード２１は、上方から、これらの各部を、順次、介して入射する光を、受光面ＪＳにて受光する。
【００６０】
（ｂ）電荷読出しチャネル領域２２Ｒについて
電荷読出しチャネル領域２２Ｒは、図３に示すように、電荷読出し部ＲＯに対応するように設けられており、フォトダイオード２１にて生成された信号電荷を読み出すように構成されている。
【００６１】
具体的には、電荷読出しチャネル領域２２Ｒは、図３に示すように、半導体基板１０１の内部の表面側に位置する部分において、フォトダイオード２１に隣接するように設けられている。
【００６２】
ここでは、電荷読出しチャネル領域２２Ｒは、水平方向ｘにおいてフォトダイオード２１の左側に配置されている。たとえば、電荷読出しチャネル領域２２Ｒは、ｐ型半導体領域として構成されている。
【００６３】
（ｃ）電荷転送チャネル領域２３Ｖについて
電荷転送チャネル領域２３Ｖは、図３に示すように、垂直転送レジスタ部ＶＴに対応するように設けられている。電荷転送チャネル領域２３Ｖは、電荷読出し部ＲＯによってフォトダイオード２１から読み出された信号電荷を、電荷転送チャネル領域２３Ｖにて転送するように構成されている。
【００６４】
具体的には、電荷転送チャネル領域２３Ｖは、図３に示すように、半導体基板１０１の内部の表面側に位置する部分において、電荷読出しチャネル領域２２Ｒに隣接して設けられている。
【００６５】
ここでは、電荷転送チャネル領域２３Ｖは、水平方向ｘにおいて電荷読出しチャネル領域２２Ｒの左側に配置されている。たとえば、電荷転送チャネル領域２３Ｖは、半導体基板１０１の内部のｐ型半導体ウェル領域（ｐ）（図示無し）上に、ｎ型半導体領域（ｎ）（図示無し）を設けることによって構成されている。
【００６６】
（ｄ）チャネルストッパー領域２４Ｓについて
チャネルストッパー領域２４Ｓは、図３に示すように、素子分離部ＳＢに対応するように設けられている。
【００６７】
具体的には、チャネルストッパー領域２４Ｓは、図３に示すように、半導体基板１０１の内部の表面側に位置する部分に設けられている。
【００６８】
ここでは、チャネルストッパー領域２４Ｓは、図３に示すように、水平方向ｘにおいて電荷読出しチャネル領域２２Ｒの左側に位置し、電荷読出しチャネル領域２２Ｒと、隣の列に配置されたフォトダイオード２１との間に介在するように設けられている。
【００６９】
また、垂直方向ｙにおいては、図２に示したように、複数の画素Ｐの間を分離するように素子分離部ＳＢが設けられている。このため、この部分の断面については図示していないが、上述のチャネルストッパー領域２４Ｓが、垂直方向ｙに並ぶ２つのフォトダイオード２１の間に設けられている。
【００７０】
上記のチャネルストッパー領域２４Ｓは、たとえば、半導体基板１０１の内部のｐ型半導体ウェル領域（ｐ）（図示無し）上に、ｐ型半導体領域（ｐ＋）（図示無し）を設けることによって構成されており、電位障壁を形成して信号電荷の流出入を防止している。
【００７１】
（ｅ）転送電極３１について
転送電極３１は、図３に示すように、垂直転送レジスタ部ＶＴに対応するように、半導体基板１０１の上方に設けられており、読み出された信号電荷を垂直方向ｙへ転送する垂直転送電極として機能するように構成されている。
【００７２】
この他に、転送電極３１は、電荷読出し部ＲＯに対応するように設けられており、フォトダイオード２１にて生成された信号電荷を読み出す、電荷読出し電極として機能するように構成されている。
【００７３】
具体的には、転送電極３１は、図３に示すように、半導体基板１０１の上面において、ゲート絶縁膜（図示なし）を介して、電荷読出しチャネル領域２２Ｒと電荷転送チャネル領域２３Ｖとに対面するように設けられている。
【００７４】
たとえば、転送電極３１は、ポリシリコンなどの導電材料を用いて形成されており、たとえば、シリコン酸化膜によって形成されたゲート絶縁膜（図示なし）上に設けられている。
【００７５】
この転送電極３１は、図３に示すように、複数の画素Ｐの間に介在するように設けられている。図示をしていないが、この複数の転送電極３１は、半導体基板１０１の上面においては、水平方向ｘに延在する部分を含んでおり、水平方向ｘにおいて複数が電気的に接続されている。
【００７６】
また、図３に示した転送電極３１の他に、垂直方向ｙに並ぶ複数の画素Ｐの間に介在するように、別途、転送電極（図示無し）が設けられている。そして、この２種類の転送電極が、垂直方向において交互に並んで設けられている。
【００７７】
転送電極３１の上面には、反射防止膜３２２が設けられている。そして、転送電極３１は、絶縁膜ＺＺを介して、遮光膜６０で被覆されている。
【００７８】
（ｆ）遮光膜６０について
遮光膜６０は、図３に示すように、半導体基板１０１の上方に設けられている。
【００７９】
ここでは、遮光膜６０は、図３に示すように、半導体基板１０１の表面上にて、電荷読出しチャネル領域２２Ｒと電荷転送チャネル領域２３Ｖの上方に形成されている。この遮光膜６０は、絶縁膜ＺＺを介して、転送電極３１を被覆するように設けられている。遮光膜６０は、光を遮光する遮光材料であって、たとえば、タングステン，アルミニウムなどの金属材料を用いて形成されている。
【００８０】
（ｇ）光導波路コア部１３０について
光導波路コア部１３０は、図３に示すように、半導体基板１０１の上方に設けられている。
【００８１】
光導波路コア部１３０は、半導体基板１０１の上面において、フォトダイオード２１の形成部分に対応するように設けられている。
【００８２】
光導波路コア部１３０は、図３に示すように、オンチップレンズＭＬの光軸が貫通すると共に、その光軸の周りをクラッド部１４０で囲われており、オンチップレンズＭＬで集光された入射光Ｈを受光面ＪＳへ導くように形成されている。
【００８３】
ここでは、光導波路コア部１３０は、図３に示すように、高屈折率材料部１３１と、低屈折率材料部１３２とを含む。高屈折率材料部１３１は、受光面ＪＳの周辺部に設けられており、低屈折率材料部１３２は、受光面ＪＳの中央部に設けられている。
【００８４】
本実施形態においては、光導波路コア部１３０は、下記の式（１），（２）を満たすように、光導波路コア部１３０が形成されている。
【００８５】
ｎ２１＜ｎ１２＜ｎ１１      ・・・（１）
φｈ＜φｍ                  ・・・（２）
【００８６】
上記において、ｎ１１は、光導波路コア部１３０の中心部の屈折率であって、高屈折率材料部１３１の屈折率である。ｎ１２は、光導波路コア部１３０の側壁部の屈折率であって、低屈折率材料部１３２の屈折率である。ｎ２１は、クラッド部１４０の屈折率である。φｈは、光導波路コア部１３０で生ずる位相差であり、φｍは、オンチップレンズＭＬで生ずる位相差である。
【００８７】
光導波路コア部１３０は、式（１）から判るように、クラッド部１４０（ｎ２１）よりも高い屈折率であって、周辺の高屈折率材料部１３１（ｎ１１）の方が、中心の低屈折率材料部１３２（ｎ１２）よりも高い屈折率になるように設けられている。
【００８８】
そして、式（２）から判るように、光導波路コア部１３０は、オンチップレンズＭＬで入射光Ｈについて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０で生ずる位相差φｈの方が小さくなるように設けられている。
【００８９】
なお、光導波路コア部１３０で生ずる位相差φｈ、および、オンチップレンズＭＬで生ずる位相差φｍは、下記の式（３），（４）で示される。
【００９０】
下記の式において、ｎ３１は、オンチップレンズＭＬを構成する材質の屈折率である。また、ｎ３２は、オンチップレンズＭＬの周辺部の屈折率である。具体的には、ｎ３２は、オンチップレンズＭＬの上方にある媒質（たとえば、空気）の屈折率である。
そして、Ｌは、光導波路コア部１３０における導波路の長さである。
また、Ｄは、オンチップレンズＭＬの中心部の厚みである。水平方向の断面と垂直方向の断面とにおいて、オンチップレンズＭＬの厚みが異なる場合には、薄い厚みをＤとして算出する。
φｈ＝（ｎ１１−ｎ１２）＊Ｌ      ・・・（３）
φｍ＝（ｎ３１−ｎ３２）＊Ｄ      ・・・（４）
【００９１】
光導波路コア部１３０において、高屈折率材料部１３１は、図３に示すように、低屈折率材料部１３２の側面を囲うように設けられている。高屈折率材料部１３１は、撮像面（ｘｙ面）に対して垂直な垂直断面（ｘｚ面）において、低屈折率材料部１３２を挟むように設けられている。
【００９２】
光導波路コア部１３０において、低屈折率材料部１３２は、図３に示すように、撮像面（ｘｙ面）に対して垂直な垂直断面（ｘｚ面）が矩形状である。つまり、低屈折率材料部１３２は、上面が撮像面（ｘｙ面）に沿うと共に、側面が撮像面（ｘｙ面）に対して垂直な方向ｚへ沿うように形成されている。そして、低屈折率材料部１３２は、この垂直断面の中心が、受光面ＪＳの中心に対応するように設けられている。
【００９３】
光導波路コア部１３０は、たとえば、下記の材料を適宜選択して、高屈折率材料部１３１または低屈折率材料部１３２を形成される。クラッド部１４０についても、たとえば、下記の材料から、適宜、選択されて形成される。
・ＳｉＯ（屈折率ｎ＝１．４５〜１．５）
・ＳｉＮ（屈折率ｎ＝１．９０）
・ＳｉＯＮ（屈折率ｎ＝１．４５〜１．９０）
・酸化亜鉛（屈折率ｎ＝２．０）
・酸化ジルコニウム（屈折率ｎ＝２．４）
・酸化ニオブ（屈折率ｎ＝およそ２．３）
・酸化錫（屈折率ｎ＝２．０）
・酸化タンタル（屈折率ｎ＝２．１）
・酸化ハフニウム（屈折率ｎ＝２．０）
・酸化チタン（屈折率ｎ＝２．５）
・アクリル樹脂、エポキシ樹脂などの有機材料（屈折率ｎ＝１．４５〜１．７０）
・空気（屈折率ｎ＝１．０）
【００９４】
上記においては、有機樹脂中に、金属微粒子、金属錯体微粒子、樹脂粒子を分散させて、適宜、屈折率が高くなるように調整して、各部を形成しても良い。この他に、低屈性率な粒子を有機樹脂に含有させたり、多孔質化することで、屈折率が低くなるように調整して、各部を形成しても良い。
【００９５】
（ｈ）パッシベーション膜５１について
パッシベーション膜５１は、図３に示すように、半導体基板１０１の上方に設けられている。
【００９６】
具体的には、図３に示すように、パッシベーション膜５１は、半導体基板１０１の上面において、光導波路コア部１３０と、クラッド部１４０とを被覆するように、一定の厚みで設けられている。たとえば、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＣＮ膜、ＨｆＯ膜などの絶縁膜が、パッシベーション膜５１として設けられている。
【００９７】
（ｉ）カラーフィルタＣＦについて
固体撮像装置１において、カラーフィルタＣＦは、図３に示すように、半導体基板１０１の上面の側に設けられている。
【００９８】
ここでは、カラーフィルタＣＦは、平坦化膜ＨＴの上面に設けられている。たとえば、アクリル樹脂、ノボラック系樹脂、エポキシ樹脂などの有機樹脂で平坦化膜ＨＴが形成されており、その平坦化膜ＨＴの上面を被覆すように、カラーフィルタＣＦが設けられている。
【００９９】
カラーフィルタＣＦは、被写体像による入射光を着色して、半導体基板１０１の受光面ＪＳへ透過するように構成されている。たとえば、カラーフィルタＣＦは、着色顔料とフォトレジスト樹脂とを含む塗布液を、スピンコート法などのコーティング方法によって塗布して塗膜を形成後、リソグラフィ技術によって、その塗膜をパターン加工して形成される。
【０１００】
図４は、本発明にかかる実施形態１において、カラーフィルタＣＦを示す図である。図４においては、カラーフィルタＣＦの上面を示している。
【０１０１】
図４に示すように、カラーフィルタＣＦは、レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとを含む。レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとのそれぞれは、隣接しており、いずれかが、複数の画素Ｐのそれぞれに対応して設けられている。
【０１０２】
ここでは、図４に示すように、レッドフィルタ層ＣＦＲと、グリーンフィルタ層ＣＦＧと、ブルーフィルタ層ＣＦＢとのそれぞれが、ベイヤー配列ＢＨで並ぶように配置されている。すなわち、複数のグリーンフィルタ層ＣＦＧが市松状になるように、対角方向へ並んで配置されている。そして、レッドフィルタ層ＣＦＲとブルーフィルタ層ＣＦＢとが、複数のグリーンフィルタ層ＣＦＧにおいて、対角方向に並ぶように配置されている。
【０１０３】
具体的には、カラーフィルタＣＦにおいて、レッドフィルタ層ＣＦＲは、赤色に対応する波長帯域（たとえば、６２５〜７４０ｎｍ）において光透過率が高く、入射光が赤色に着色されて受光面ＪＳへ透過するように構成されている。レッドフィルタ層ＣＦＲは、平面構造が、四角形状で形成されている。ここでは、レッドフィルタ層ＣＦＲは、水平方向ｘにおける幅と、垂直方向ｙにおける幅とが同じ正方形状になるように形成されている。
【０１０４】
また、カラーフィルタＣＦにおいて、グリーンフィルタ層ＣＦＧは、緑色に対応する波長帯域（たとえば、５００〜５６５ｎｍ）において光透過率が高く、入射光が緑色に着色されて受光面ＪＳへ透過するように構成されている。グリーンフィルタ層ＣＦＧは、平面構造が四角形状で形成されている。ここでは、グリーンフィルタ層ＣＦＧは、水平方向ｘにおける幅と垂直方向ｙにおける幅とが同じ正方形状になるように形成されている。
【０１０５】
カラーフィルタＣＦにおいて、ブルーフィルタ層ＣＦＢは、青色に対応する波長帯域（たとえば、４５０〜４８５ｎｍ）において光透過率が高く、入射光が青色に着色されて受光面ＪＳへ透過するように構成されている。ブルーフィルタ層ＣＦＢは、平面構造が四角形状で形成されている。ここでは、ブルーフィルタ層ＣＦＢは、水平方向ｘにおける幅と、垂直方向ｙにおける幅とが同じ正方形状になるように形成されている。
【０１０６】
（ｊ）オンチップレンズＭＬについて
固体撮像装置１において、オンチップレンズＭＬは、図３に示すように、半導体基板１０１の上面の側に設けられている。
【０１０７】
ここでは、オンチップレンズＭＬは、カラーフィルタＣＦの上面において、各画素Ｐに対応するように複数が配置されている。
【０１０８】
このオンチップレンズＭＬは、受光面ＪＳの上方において、中心が縁よりも厚く形成された凸型レンズであり、入射光Ｈをフォトダイオード２１の受光面ＪＳへ集光するように構成されている。オンチップレンズＭＬは、光軸が受光面ＪＳの中心に対応するように設けられている。たとえば、オンチップレンズＭＬは、平面形状が矩形状であって、スチレン樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂などの透明な有機材料を用いて形成されている。この他に、ＳｉＯ２，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＣＮ，ＨｆＯなどのように透明な無機材料を用いて形成しても良い。
【０１０９】
（Ｂ）製造方法
以下より、上記の固体撮像装置１を製造する製造方法の要部について説明する。ここでは、固体撮像装置１において光導波路コア部１３０を形成する工程について詳細に説明する。
【０１１０】
図５〜図６は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す図である。図５〜図６は、図３と同様に、画素Ｐの断面図であって、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示す各工程を経て、光導波路コア部１３０を形成する。
【０１１１】
各工程の詳細について順次説明する。
【０１１２】
（ａ）クラッド部１４０の形成
まず、図５（ａ）に示すように、クラッド部１４０を形成する。
【０１１３】
クラッド部１４０の形成に先立って、図５（ａ）に示すように、フォトダイオード２１と、電荷読出しチャネル領域２２Ｒと、電荷転送チャネル領域２３Ｖと、チャネルストッパー領域２４Ｓとを、半導体基板１０１に設ける。たとえば、イオン注入法を用いて、不純物を半導体基板１０１に導入することによって、各部を形成する。
【０１１４】
そして、たとえば、熱酸化法によって、シリコン酸化膜を半導体基板１０１の表面に設けることによって、ゲート絶縁膜（図示なし）を形成した後に、転送電極３１などの各部を半導体基板１０１の表面上に形成する。たとえば、ＣＶＤ法によってポリシリコン膜（図示無し）を成膜後、フォトリソグラフィ技術によって、そのポリシリコン膜をパターン加工することで、転送電極３１を形成する。そして、反射防止膜３２１，３２２を形成した後に、絶縁膜ＺＺを介して転送電極３１を被覆するように、遮光膜６０を形成する。たとえば、スパッタリング法によって、タングステン膜を成膜した後、そのタングステン膜をフォトリソグラフィ技術によってパターン加工することで、遮光膜６０を形成する。
【０１１５】
この後、図５（ａ）に示すように、各部が設けられた半導体基板１０１の上面に、クラッド部１４０を形成する。
【０１１６】
ここでは、後工程で形成する光導波路コア部１３０を構成する材料よりも、屈折率が低い材料を半導体基板１０１の上面に成膜後、その膜（図示なし）についてパターン加工することで、クラッド部１４０を形成する。
【０１１７】
本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、半導体基板１０１の上面において、光導波路コア部１３０を形成する部分に溝ＴＲを設けるようにパターン加工を実施することによって、クラッド部１４０を形成する。たとえば、溝ＴＲの側面が、受光面ＪＳに対して垂直になるように、パターン加工が実施される。
【０１１８】
クラッド部１４０は、たとえば、ＳｉＯ２，ＳｉＯＮ，ＳｉＣＮなどの無機材料や、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂などの有機材料を用いて形成される。この他に、低屈性率な粒子を有機樹脂に含有させたり、多孔質化することで、屈折率が低くなるように調整して、クラッド部１４０を形成しても良い。また、クラッド部１４０を空気で構成しても良く、真空状態にして構成しても良い。
【０１１９】
（ｂ）高屈折率材料層１３１Ｓの形成
つぎに、図５（ｂ）に示すように、高屈折率材料層１３１Ｓを形成する。
【０１２０】
ここでは、半導体基板１０１の上面において、クラッド部１４０の上面および溝ＴＲの面を被覆するように、高屈折率材料層１３１Ｓを形成する。
【０１２１】
たとえば、ＳｉＮ，ＳｉＣＮ，ＳｉＯＮ，ＨｆＯ，ＴｉＯ，ＴｉＯ２などの無機材料で高屈折率材料層１３１Ｓを形成する。この他に、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂などの有機材料に、金属微粒子や金属酸化物微粒子を分散させて、高屈折率材料層１３１Ｓを形成してもよい。
【０１２２】
たとえば、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、蒸着法などの成膜法で、高屈折率材料層１３１Ｓを成膜する。
【０１２３】
これにより、図５（ｂ）に示すように、高屈折率材料層１３１Ｓにおいては、溝ＴＲの上端部にて溝ＴＲの内側へ突き出るように凸部４００が形成される。
【０１２４】
（ｃ）高屈折率材料層１３１Ｓの加工
つぎに、図５（ｃ）に示すように、高屈折率材料層１３１Ｓを加工する。
【０１２５】
ここでは、図５（ｃ）に示すように、溝ＴＲの底面部分を除去して、溝ＴＲの側面部分が残るように、高屈折率材料層１３１Ｓを加工する。また、高屈折率材料層１３１Ｓに形成された凸部４００を除去する。
【０１２６】
具体的には、リソグラフィ技術でレジストパターンを形成後、そのレジストパターンをマスクとして用いて、高屈折率材料層１３１Ｓについてドライエッチング処理を実施することで、高屈折率材料層１３１Ｓを加工する。
【０１２７】
（ｄ）低屈折率材料層１３２Ｓの形成
つぎに、図６（ｄ）に示すように、低屈折率材料層１３２Ｓを形成する。
【０１２８】
ここでは、半導体基板１０１の上面において、溝ＴＲの内部を埋め込むように、低屈折率材料層１３２Ｓを形成する。
【０１２９】
たとえば、ＳｉＮ，ＳｉＣＮ，ＳｉＯＮ，ＨｆＯ，ＴｉＯ，ＴｉＯ２などの無機材料で低屈折率材料層１３２Ｓを形成する。この他に、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、スチレン樹脂などの有機材料で低屈折率材料層１３２Ｓを形成してもよい。また、これらの樹脂に金属微粒子や金属酸化物微粒子を分散させることで、低屈折率材料層１３２Ｓを形成してもよい。
【０１３０】
たとえば、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、蒸着法などの成膜法で、低屈折率材料層１３２Ｓを成膜する。この他に、スピンコート法で、低屈折率材料層１３２Ｓを成膜してもよい。
【０１３１】
（ｅ）光導波路コア部１３０の形成
つぎに、図６（ｅ）に示すように、光導波路コア部１３０を形成する。
【０１３２】
ここでは、図６（ｅ）に示すように、クラッド部１４０の上面が露出するように、高屈折率材料層１３１Ｓと低屈折率材料層１３２Ｓとの一部を、順次、エッチバック処理で除去して、光導波路コア部１３０を形成する。
【０１３３】
（ｆ）パッシベーション膜５１などの形成
つぎに、図３に示したように、パッシベーション膜５１，平坦化膜ＨＴ，カラーフィルタＣＦ，オンチップレンズＭＬを形成する。
【０１３４】
たとえば、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯＮ膜、ＳｉＣＮ膜、ＨｆＯ膜などの絶縁膜を、パッシベーション膜５１として設ける。
【０１３５】
そして、たとえば、アクリル樹脂、ノボラック系樹脂、エポキシ樹脂などの有機樹脂で平坦化膜ＨＴが形成する。
【０１３６】
そして、着色顔料とフォトレジスト樹脂とを含む塗布液を、スピンコート法などのコーティング方法によって塗布して塗膜を形成後、リソグラフィ技術によって、その塗膜をパターン加工することで、カラーフィルタＣＦを形成する。
【０１３７】
そして、たとえば、スチレン樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂などの透明な有機材料を用いてオンチップレンズＭＬを形成する。
【０１３８】
このようにして各部を設けることによって、固体撮像装置１を完成させる。
【０１３９】
（Ｃ）動作など
図７は、本発明にかかる実施形態１において、固体撮像装置１に入射する入射光Ｈの挙動を示す図である。つまり、オンチップレンズＭＬで入射光Ｈについて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０で生ずる位相差φｈの方が小さくなるように設けられている場合を示している。
【０１４０】
これに対して、図８は、実施形態１の固体撮像装置１と異なり、オンチップレンズＭＬで入射光Ｈについて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０で生ずる位相差φｈの方が大きい場合における入射光Ｈの挙動を示す図である。
【０１４１】
図７と図８においては、入射光Ｈの等位相面を、太い破線で示している。
【０１４２】
図７および図８に示すように、入射光Ｈは、オンチップレンズＭＬによって受光面ＪＳの側へ集光される。
【０１４３】
入射光Ｈは、オンチップレンズＭＬに到達する前は、等位相面が受光面ＪＳに対して平行な状態で進行し、オンチップレンズＭＬの中心に到達する。オンチップレンズＭＬは、屈折率が高いので、オンチップレンズＭＬの中心に到達した入射光Ｈは、オンチップレンズＭＬの中心において周辺よりも遅く進行する。このため、入射光Ｈの等位相面は、受光面ＪＳに対して平行な状態から、オンチップレンズＭＬの中心部分で上方へ突き出た曲面になる。入射光Ｈの進行方向は、等位相面に対して直交する。このため、入射光Ｈは、オンチップレンズＭＬの中心と周辺との間において位相差φｍが生ずるので、オンチップレンズＭＬによって集光される。
【０１４４】
オンチップレンズＭＬを透過した入射光Ｈは、さらに各部を透過して、光導波路コア部１３０の上面に到達する。
【０１４５】
本実施形態では、光導波路コア部１３０は、図７に示すように、高屈折率材料部１３１と、低屈折率材料部１３２とを含み、上述した式（１），（２）を満たすように形成されている。
【０１４６】
ｎ２１＜ｎ１２＜ｎ１１      ・・・（１）
φｈ＜φｍ                  ・・・（２）
【０１４７】
つまり、光導波路コア部１３０は、式（１）に示すように、クラッド部１４０の屈折率（ｎ２１）よりも高い屈折率であって、周辺の高屈折率材料部１３１の屈折率（ｎ１１）が、中心の低屈折率材料部１３２の屈折率（ｎ１２）よりも高くなるように設けられている。
【０１４８】
このため、光導波路コア部１３０がクラッド部１４０よりも屈折率が高いので、光導波路コア部１３０の内部に、光が閉じ込められて、受光面ＪＳへ導かれる。そして、図７に示すように、入射光Ｈは、光導波路コア部１３０の中心部では、屈折率が低いので遅く進行するのに対して、光導波路コア部１３０の周辺部では、屈折率が高いので速く進行する。
【０１４９】
また、式（２）に示すように、光導波路コア部１３０は、オンチップレンズＭＬで入射光Ｈについて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０で生ずる位相差φｈの方が小さくなるように設けられている。
【０１５０】
このため、本実施形態の場合には、図７に示すように、入射光Ｈは、光導波路コア部１３０内での進行に伴って位相差が小さくなっていき、等位相面が受光面ＪＳに平行な状態に近づく。つまり、オンチップレンズＭＬで生じた位相差を、、光導波路コア部１３０で打ち消すことになる。よって、オンチップレンズＭＬの周囲において進行する光の角度θｉｎが大きい場合であっても、光導波路コア部１３０から出射される光の角度θｏｕｔが小さくなる。
【０１５１】
したがって、本実施形態では、光導波路コア部１３０から出射される光の角度θｏｕｔが小さいので、感度の向上と、スミアや混色などの発生の防止とを両立可能である。
【０１５２】
これに対して、図８に示すように、光導波路コア部１３０の長さが長く、オンチップレンズＭＬで生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０で生ずる位相差φｈの方が大きくなる場合は、光導波路コア部１３０の途中で、等位相面が受光面ＪＳに平行になる。しかし、そこから、光導波路コア部１３０の下面へ光が進行するに伴って、等位相面が大きく湾曲した状態になる。このため、光導波路コア部１３０から出射される光の角度θｏｕｔは、大きくなってしまう。
【０１５３】
図示していないが、光導波路コア部１３０の長さが短い場合においても、中心部分と側壁部分との屈折率の差が小さい場合には、上記と同様に、光導波路コア部１３０から出射される光の角度θｏｕｔは、大きくなってしまう。
【０１５４】
したがって、このような場合には、本実施形態の場合と異なり、光導波路コア部１３０から出射される光の角度θｏｕｔが大きいので、スミアや混色などの発生を防止することが困難である。
【０１５５】
図９は、本発明にかかる実施形態１において、オンチップレンズＭＬの厚み（ＯＣＬ厚）と、感度およびスミアの発生との関係を示す図である。図９では、感度，スミアの結果に関しては、オンチップレンズ（ＯＣＬ）の厚みが０．３５μｍの場合の結果を基準とした値を示している。
図９では、本実施形態の固体撮像装置１について、下記の条件で形成した場合の結果を示している。
・オンチップレンズＭＬ：材料＝アクリル樹脂
・高屈折率材料部１３１：材料＝ＳｉＮ
・低屈折率材料部１３２：材料＝ＳｉＯＮ
・クラッド部１４０：材料＝ＳｉＯ
・導波路コア部１３０の長さ＝０．６μｍ
そして、従来例として、光導波路コア部１３０を下記のように、単一の材料で形成した場合の結果を、示している。
・光導波路コア部１３０：材料＝ＳｉＮ
【０１５６】
図９に示すように、本実施形態においては、従来の場合と同様な感度を実現することができる。そして、これと共に、本実施形態においては、感度を更に向上させるために、オンチップレンズＭＬの厚みを、厚くした状態においても、スミアの発生を好適に防止することができる。
【０１５７】
図１０は、本発明にかかる実施形態１において、オンチップレンズＭＬで入射光Ｈについて生ずる位相差φｍに対する、光導波路コア部１３０で生ずる位相差φｈの割合（φｈ／φｍ）と、スミアの発生との関係を示す図である。
図１０では、本実施形態の固体撮像装置１について、下記の条件で形成した場合の結果を示している。
・オンチップレンズＭＬ：材料＝アクリル樹脂
・高屈折率材料部１３１：材料＝ＳｉＮ
・低屈折率材料部１３２：材料＝ＳｉＯＮ
・クラッド部１４０：材料＝ＳｉＯ
・カラーフィルタＣＦ：材料＝顔料色素を分散させたアクリル樹脂、厚さ０．５０μｍ
・平坦化層ＨＴ：材料＝アクリル樹脂、厚さ０．１０μｍ
・パッシベーション層５１：材料＝ＳｉＮ、厚さ０．３０μｍ
・反射防止層３２２：材料＝ＳｉＮ、厚さ０．０５μｍ 
また、図１０では、スミアの結果について、従来例の場合との間のスミアの差分値を示している。
【０１５８】
図１０に示すように、オンチップレンズＭＬで生ずる位相差φｍに対する、光導波路コア部１３０で生ずる位相差φｈの割合（φｈ／φｍ）が、０．１２〜０．７５の範囲である場合には、スミアの発生を好適に防止することができる。特に、φｈ／φｍ＝０．２〜０．６の場合には、スミアの発生を顕著に防止可能であるので、更に好適である。
【０１５９】
（Ｄ）まとめ
以上のように、本実施形態においては、オンチップレンズＭＬで集光された入射光Ｈを、受光面ＪＳへ導く光導波路コア部１３０が、半導体基板１０１の面において受光面ＪＳとオンチップレンズＭＬとの間に介在するように設けられている。この光導波路コア部１３０は、クラッド部１４０よりも高い屈折率ｎ１１，ｎ１２であって、受光面ＪＳの中央に対応する部分が、受光面ＪＳの周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている。また、光導波路コア部１３０は、オンチップレンズＭＬにおいて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０で生ずる位相差φｈの方が小さくなるように設けられている。
【０１６０】
このため、上記で説明したように、本実施形態の場合には、入射光Ｈは、光導波路コア部１３０内での進行に伴って位相差が小さくなっていき、等位相面が受光面ＪＳに平行な状態に近づく。
【０１６１】
したがって、オンチップレンズＭＬの周囲において進行する光の角度θｉｎが大きい場合であっても、光導波路コア部１３０から出射される光の角度θｏｕｔが小さくなるので、感度の向上と、スミアや混色などの発生の防止とを両立可能である。
【０１６２】
特に、オンチップレンズＭＬで生ずる位相差φｍに対する、光導波路コア部１３０で生ずる位相差φｈの割合（φｈ／φｍ）が、０．１２〜０．７５になるように、光導波路コア部１３０を形成した場合には、好適である。
【０１６３】
（Ｅ）変形例１−１
図１１は、本発明にかかる実施形態１の変形例１−１において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【０１６４】
図１１は、図３と同様に、画素Ｐの断面図であって、図２に示すＸ１−Ｘ２部分の断面を示している。
【０１６５】
図１１に示すように、光導波路コア部１３０は、上記と同様に、図１１に示すように、オンチップレンズＭＬの光軸が貫通すると共に、その光軸の周りをクラッド部１４０で囲われている。つまり、光導波路コア部１３０においては、図１１に示すように、高屈折率材料部１３１が受光面ＪＳの周辺部に設けられており、低屈折率材料部１３２が受光面ＪＳの中央部に設けられている。
【０１６６】
この他に、図１１に示すように、上記と異なり、クラッド部１４０の上面において、高屈折率材料部１３１と、低屈折率材料部１３２とを積層させても良い。
【０１６７】
この場合には、上述した製造工程において、クラッド部１４０の上面が露出するように、高屈折率材料層１３１Ｓと低屈折率材料層１３２Ｓとの一部を、順次、エッチバック処理する工程を実施せずに、光導波路コア部１３０を形成する。
【０１６８】
このように構成した場合には、クラッド部１４０の上面の高屈折率材料部１３１を除去するためのエッチバック工程が削減でき、製造プロセスを簡易にすることが出来る。
【０１６９】
＜２．実施形態２＞
（Ａ）装置構成など
図１２は、本発明にかかる実施形態２において、固体撮像装置の要部を示す図である。図１２は、図３と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０１７０】
図１２に示すように、本実施形態においては、光導波路コア部１３０ｂの部分が、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
【０１７１】
光導波路コア部１３０ｂは、図１２に示すように、実施形態１と同様に、高屈折率材料部１３１ｂと低屈折率材料部１３２ｂとを含む。
【０１７２】
光導波路コア部１３０ｂは、クラッド部１４０よりも高い屈折率ｎ１１，ｎ１２であって、受光面ＪＳの中央に対応する部分が、受光面ＪＳの周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている。また、光導波路コア部１３０ｂは、オンチップレンズＭＬにおいて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０ｂで生ずる位相差φｈの方が小さくなるように設けられている。
【０１７３】
本実施形態では、図１２に示すように、実施形態１と異なり、高屈折率材料部１３１ｂとクラッド部１４０との境界部分、および、高屈折率材料部１３１ｂと低屈折率材料部１３２ｂとの境界部分が、受光面ＪＳに対して垂直な面ではない。各境界部分は、受光面ＪＳに垂直な面に対して傾斜した面である。
【０１７４】
具体的には、クラッド部１４０は、図２０に示すように、オンチップレンズＭＬの側から受光面ＪＳの側へ向かうに伴って、開口の面積が狭くなるように、側面が傾斜している。つまり、開口の縦断面がテーパー状になるように形成されている。
【０１７５】
そして、光導波路コア部１３０ｂにおいて、高屈折率材料部１３１ｂは、そのクラッド部１４０の開口の側面を被覆するように形成されている。
【０１７６】
そして、光導波路コア部１３０ｂにおいて、低屈折率材料部１３２ｂは、その開口に埋め込まれるようにして形成されている。
【０１７７】
（Ｂ）まとめ
本実施形態では、実施形態１と同様に、光導波路コア部１３０ｂは、クラッド部１４０よりも高い屈折率ｎ１１，ｎ１２であって、受光面ＪＳの中央に対応する部分が、受光面ＪＳの周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている。また、光導波路コア部１３０ｂは、オンチップレンズＭＬにおいて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０ｂで生ずる位相差φｈの方が小さくなるように設けられている。
【０１７８】
このため、実施形態１の場合と同様に、入射光Ｈは、光導波路コア部１３０ｂ内での進行に伴って位相差が小さくなっていき、等位相面が受光面ＪＳに平行な状態に近づく。
【０１７９】
したがって、オンチップレンズＭＬの周囲において進行する光の角度θｉｎが大きい場合であっても、光導波路コア部１３０ｂから出射される光の角度θｏｕｔが小さくなるので、感度の向上と、スミアや混色などの発生の防止とを両立可能である。
【０１８０】
特に、本実施形態においては、実施形態１と異なり、光導波路コア部１３０ｂについて、低屈折率材料部１３２と高屈折率材料部１３１との界面が、受光面ＪＳに対して傾斜するように形成している。
このように構成した場合には、低屈折率材料１３２ｂを形成する際に、高屈折率材料１３１ｂの開口が開いた形状になる。低屈折率材料１３２ｂを無機材料のスパッタ等の真空成膜プロセスで形成する場合には、成膜時のオーバーハングを予防し、空隙を発生しにくくすることが出来るため、空隙の発生による感度低下を防止する事が出来る効果も得られ、好適である。
【０１８１】
＜３．実施形態３＞
（Ａ）装置構成
図１３は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置の要部を示す図である。図１３は、図３と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０１８２】
図１３に示すように、本実施形態においては、光導波路コア部１３０ｃの部分が、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
【０１８３】
光導波路コア部１３０ｃは、図１３に示すように、実施形態１と同様に、高屈折率材料部１３１ｃと低屈折率材料部１３２ｃとを含む。
【０１８４】
光導波路コア部１３０ｃは、クラッド部１４０よりも高い屈折率ｎ１１，ｎ１２であって、受光面ＪＳの中央に対応する部分が、受光面ＪＳの周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている。また、光導波路コア部１３０ｃは、オンチップレンズＭＬにおいて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０ｂで生ずる位相差φｈの方が小さくなるように設けられている。
【０１８５】
ここでは、図１３に示すように、実施形態１と異なり、クラッド部１４０に設けられた溝ＴＲの底面部分を被覆するように、高屈折率材料部１３１ｃが形成されている。また、これと共に、クラッド部１４０に設けられた溝ＴＲの上端部において、溝ＴＲの内部へ突き出た凸部４００を含むように、高屈折率材料部１３１ｃが形成されている。
【０１８６】
（Ｂ）製造方法
以下より、上記の固体撮像装置を製造する製造方法の要部について説明する。ここでは、固体撮像装置において光導波路コア部１３０ｃを形成する工程について詳細に説明する。
【０１８７】
図１４は、本発明にかかる実施形態３において、固体撮像装置を製造する方法の各工程にて設けられた要部を示す図である。図１４は、図１３と同様に、画素Ｐの断面図であって、（ａ），（ｂ），（ｃ）に示す各工程を経て、光導波路コア部１３０ｃを形成する。
【０１８８】
各工程の詳細について順次説明する。
【０１８９】
（ａ）クラッド部１４０の形成
まず、図１４（ａ）に示すように、クラッド部１４０を形成する。
【０１９０】
ここでは、実施形態１の場合と同様にして、クラッド部１４０を形成する。
【０１９１】
（ｂ）高屈折率材料層１３１Ｓの形成
つぎに、図１４（ｂ）に示すように、高屈折率材料層１３１Ｓを形成する。
【０１９２】
ここでは、実施形態１の場合と同様に、半導体基板１０１の上面において、クラッド部１４０の上面および溝ＴＲの面を被覆するように、高屈折率材料層１３１Ｓを形成する。これにより、高屈折率材料層１３１Ｓにおいては、溝ＴＲの上端部にて溝ＴＲの内側へ突き出るように凸部４００が形成される。
【０１９３】
（ｃ）低屈折率材料層１３２Ｓの形成
つぎに、図１４（ｃ）に示すように、低屈折率材料層１３２Ｓを形成する。
【０１９４】
ここでは、実施形態１と異なり、高屈折率材料層１３１Ｓにおいて、溝ＴＲの底部に設けられた部分、および、凸部４００を除去せずに、低屈折率材料層１３２Ｓを形成する。たとえば、実施形態１の場合と同様に、半導体基板１０１の上面において、溝ＴＲの内部を埋め込むように、低屈折率材料層１３２Ｓを形成する。
【０１９５】
（ｄ）光導波路コア部１３０ｃなどの形成
つぎに、図１３に示したように、光導波路コア部１３０ｃなどの各部を形成する。
【０１９６】
ここでは、図１３に示したように、クラッド部１４０の上面が露出するように、高屈折率材料層１３１Ｓと低屈折率材料層１３２Ｓとの一部を、順次、エッチバック処理で除去して、光導波路コア部１３０ｃを形成する。
【０１９７】
そして、パッシベーション膜５１，平坦化膜ＨＴ，カラーフィルタＣＦ，オンチップレンズＭＬを、実施形態１の場合と同様にして形成する。
【０１９８】
このようにして各部を設けることによって、固体撮像装置１を完成させる。
【０１９９】
（Ｃ）まとめ
以上のように、本実施形態では、実施形態１と同様に、光導波路コア部１３０ｃは、クラッド部１４０よりも高い屈折率ｎ１１，ｎ１２であり、受光面ＪＳの中央に対応する部分が、受光面ＪＳの周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている。また、光導波路コア部１３０ｃは、オンチップレンズＭＬにおいて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０ｃで生ずる位相差φｈの方が小さくなるように設けられている。
【０２００】
このため、実施形態１の場合と同様に、入射光Ｈは、光導波路コア部１３０ｃ内での進行に伴って位相差が小さくなっていき、等位相面が受光面ＪＳに平行な状態に近づく。
【０２０１】
したがって、オンチップレンズＭＬの周囲において進行する光の角度θｉｎが大きい場合であっても、光導波路コア部１３０ｃから出射される光の角度θｏｕｔが小さくなるので、感度の向上と、スミアや混色などの発生の防止とを両立可能である。
【０２０２】
特に、本実施形態においては、実施形態１と異なり、光導波路コア部１３０ｃは、受光面ＪＳの上方において、クラッド部１４０に設けられた溝ＴＲの底面部分を被覆するように高屈折率材料部１３１ｃが設けられている。そして、高屈折率材料部１３１ｃに低屈折率材料部１３２ｃが積層する部分を含む。
【０２０３】
このように構成した場合には、エッチバックの工程を削減し、製造プロセスを簡易化できる他、受光面ＪＳの反射防止膜層３２１上に、さらに一層膜が形成されていることで、低屈折率材料部１３２ｃ形成時に半導体基板１０１がダメージが入るのを防止し、暗電流の抑制の効果も得られる。さらに、受光面ＪＳ上で、反射防止層３２２と高屈折率材料部１３１ｃの２層で反射防止としての機能を発現し、反射防止帯域が広がるため、感度を向上させる効果も得られる。
【０２０４】
＜４．実施形態４＞
（Ａ）装置構成
図１５は、本発明にかかる実施形態４において、固体撮像装置の要部を示す図である。図１５は、図３と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０２０５】
図１５に示すように、本実施形態においては、光導波路コア部１３０ｄの部分が、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
【０２０６】
光導波路コア部１３０ｄは、図１５に示すように、実施形態１と同様に、高屈折率材料部１３１ｄと低屈折率材料部１３２ｄとを含む。
【０２０７】
光導波路コア部１３０ｄは、クラッド部１４０よりも高い屈折率であって、受光面ＪＳの中央に対応する部分が、受光面ＪＳの周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている。また、光導波路コア部１３０ｄは、オンチップレンズＭＬにおいて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０ｂで生ずる位相差φｈの方が小さくなるように設けられている。
【０２０８】
しかし、実施形態１と異なり、高屈折率材料部１３１ｄと低屈折率材料部１３２ｄとの間には、界面が存在せず、受光面ＪＳの中心部分から周辺部分へ向かって、屈折率の分布が所定の割合で変化するように形成されている。つまり、光導波路コア部１３０ｄは、受光面ＪＳに沿った面において、受光面ＪＳの中央に対応する部分から受光面ＪＳの周辺に対応する部分へ向かって屈折率が連続的に変化するように形成されている。高屈折率材料部１３１ｄと低屈折率材料部１３２ｄとの間には、界面が存在しないため、図１５では、両者の間を点線で示している。
【０２０９】
（Ｂ）製造方法
以下より、上記の固体撮像装置を製造する製造方法の要部について説明する。ここでは、固体撮像装置において光導波路コア部１３０ｄを形成する工程について詳細に説明する。
【０２１０】
図１６は、本発明にかかる実施形態４において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。図１６２は、図１５と同様に、画素Ｐの断面であって、光導波路コア部１３０ｄを形成する部分を示している。
【０２１１】
（ａ）コア基材層１３１Ｓｄの形成
まず、図１６（ａ）に示すように、コア基材層１３１Ｓｄを形成する。
【０２１２】
ここでは、コア基材層１３１Ｓｄの形成に先立って、実施形態１において、図５（ａ）に示した場合と同様にして、クラッド部１４０を設ける。
【０２１３】
その後、実施形態１の場合と異なり、半導体基板１０１の上面において、クラッド部１４０の上面を被覆すると共に、溝ＴＲのに内部を埋め込むように、コア基材層１３１Ｓｄを形成する。
【０２１４】
コア基材層１３１Ｓｄについては、たとえば、ＳｉＮ，ＳｉＣＮ，ＳｉＯＮ，ＨｆＯ，ＴｉＯ，ＴｉＯ２で形成する。
【０２１５】
（ｂ）コア基材層１３１Ｓｄの加工
つぎに、図１６（ｂ）に示すように、コア基材層１３１Ｓｄを加工する。
【０２１６】
ここでは、図１６（ｂ）に示すように、クラッド部１４０の上面が露出するように、コア基材層１３１Ｓｄの一部を、順次、エッチバック処理で除去する。
【０２１７】
（ｃ）不純物のイオン注入
つぎに、図１６（ｃ）に示すように、不純物のイオン注入を実施する。
【０２１８】
ここでは、クラッド部１４０と、コア基材層１３１Ｓｄの上面に、レジストパターンＲＰｄを設ける。
【０２１９】
レジストパターンＲＰｄは、コア基材層１３１Ｓｄの上面において、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分の膜厚が厚く、その周辺部分の膜厚が薄くなるように設けられる。たとえば、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分においては、レジスト膜が存在せずに、その周辺部分のみにおいて存在するように、レジストパターンＲＰｄを設ける。
【０２２０】
具体的には、溝ＴＲｄの側面が受光面ＪＳに垂直になるように、レジストパターンＲＰｄを形成する。
【０２２１】
その後、そのレジストパターンＲＰｄをマスクとして用いて、コア基材層１３１Ｓｄに不純物をイオン注入する。たとえば、酸素をイオン注入する。
【０２２２】
コア基材層１３１Ｓｄにおいては、受光面ＪＳの周辺部分に対応する部分で酸素の濃度が低くなり、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分で、酸素の濃度が高くなる。
【０２２３】
その後、熱拡散処理を実施する。これにより、受光面ＪＳの中心部分と周辺部分との間で、酸素の濃度が連続的に変化するため、光導波路コア部１３０ｄが形成される。
たとえば、下記のような製造条件で光導波路コア部１３０ｄが形成される。
・コア基材層１３１Ｓｄ：材料＝ＳｉＮ
・レジストパターンＰＲｄ部：材料アクリル樹脂、厚さ０．６０μｍ
・酸素インプラ条件：１２ｋｅＶ
・酸素ドーズ量：１０２０ｃｍ−２程度
【０２２４】
上記においては、コア基材層１３１Ｓｄに酸素をイオン注入する場合について示したが、これに限定されない。
【０２２５】
Ａｒをイオン注入した後に、熱拡散処理を実施することで、光導波路コア部１３０ｄが形成してもよい。
この場合には、たとえば、下記のような製造条件で光導波路コア部１３０ｄが形成される。
・Ａｒインプラ条件：１５ｋｅＶ
・Ａｒドーズ量：１１００ｃｍ−２程度
【０２２６】
また、プラズマを照射することで、光導波路コア部１３０ｄを形成してもよい。
この場合には、たとえば、下記のような製造条件で光導波路コア部１３０ｄが形成される。
・プラズマ照射条件：３０Ｗ, １２０ｓｅｃ
【０２２７】
（Ｃ）まとめ
以上のように、本実施形態においては、実施形態１と同様に、光導波路コア部１３０ｄは、クラッド部１４０よりも高い屈折率であり、受光面ＪＳの中央に対応する部分が、受光面ＪＳの周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている。また、光導波路コア部１３０ｄは、オンチップレンズＭＬにおいて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０ｄで生ずる位相差φｈの方が小さくなるように設けられている。
【０２２８】
このため、実施形態１の場合と同様に、入射光Ｈは、光導波路コア部１３０ｄ内での進行に伴って位相差が小さくなっていき、等位相面が受光面ＪＳに平行な状態に近づく。
【０２２９】
したがって、オンチップレンズＭＬの周囲において進行する光の角度θｉｎが大きい場合であっても、光導波路コア部１３０ｄから出射される光の角度θｏｕｔが小さくなるので、感度の向上と、スミアや混色などの発生の防止とを両立可能である。
【０２３０】
特に、本実施形態においては、実施形態１と異なり、光導波路コア部１３０ｄは、受光面ＪＳに沿った方向において、受光面ＪＳの中央に対応する部分から受光面ＪＳの周辺に対応する部分へ向かって屈折率が連続的に変化するように形成されている。
このように構成した場合には、実施形態１とほぼ同等の効果を得ながら、さらに、導波路内で急峻に屈折率が変化する界面が存在しないため、界面反射による感度低下を抑制できる。
【０２３１】
（Ｄ）変形例
上記では、溝ＴＲｄの側面が受光面ＪＳに垂直なレジストパターンＲＰｄをマスクとして用いる場合について説明したが、これに限定されない。
【０２３２】
（Ｄ−１）変形例４−１
図１７は、本発明にかかる実施形態４の変形例４−１において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。図１７は、図１６と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０２３３】
図１７に示すように、溝ＴＲｄの内面が曲面になるように、レジストパターンＲＰｄを形成してもよい。この場合においても、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分の膜厚が薄く、その周辺部分の膜厚が厚くなるように、レジストパターンＲＰｄを設ける。
【０２３４】
そして、この後、このレジストパターンＲＰｄを介して、不純物をイオン注入する。たとえば、Ｏ（酸素）を不純物としてイオン注入する。
【０２３５】
そして、イオン注入が実施されたコア基材層１３１Ｓｄについて熱処理を実施することで、酸素を熱拡散させる。
【０２３６】
コア基材層１３１Ｓｄにおいては、受光面ＪＳの周辺部分に対応する部分で酸素濃度が薄くなり、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分で、酸素濃度が高くなる。
【０２３７】
よって、このようにコア基材層１３１Ｓｄに酸素を分布させることで、図１５に示すように、光導波路コア部１３０ｄが形成される。
【０２３８】
なお、酸素のイオン注入に代えて、コア基材層１３１Ｓｄにプラズマを照射することで、光導波路コア部１３０ｄを形成しても良い。
【０２３９】
（Ｄ−２）変形例４−２
図１８は、本発明にかかる実施形態４の変形例４−２において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。図１８は、図１６と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０２４０】
図１８に示すように、コア基材層１３１Ｓｄの上面において、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分の膜厚が厚く、その周辺部分の膜厚が薄くなるように、レジストパターンＲＰｄを設けてもよい。
【０２４１】
この場合には、たとえば、溝ＴＲｄの側面が受光面ＪＳに垂直になるように、レジストパターンＲＰｄを形成する。
【０２４２】
そして、この後、このレジストパターンＲＰｄを介して、不純物をイオン注入する。たとえば、Ｔｉ，ＴｉＯ，ＺｒＯ，ＨｆＯを不純物としてイオン注入する。そして、熱処理を実施して、酸素を熱拡散させる。
【０２４３】
コア基材層１３１Ｓｄにおいては、受光面ＪＳの周辺部分に対応する部分でＴｉなどの濃度が高くなり、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分で、Ｔｉなどの濃度が低くなる。
【０２４４】
よって、このようにコア基材層１３１ＳｄにＴｉなどを分布させることで、図１５に示すように、光導波路コア部１３０ｄが形成される。
【０２４５】
（Ｄ−３）変形例４−３
図１９は、本発明にかかる実施形態４の変形例４−３において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。図１９は、図１６と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０２４６】
図１９に示すように、変形例４−２の場合において、溝ＴＲｄの内面が曲面になるように、レジストパターンＲＰｄを形成してもよい。
【０２４７】
そして、この後、変形例４−２と同様に、このレジストパターンＲＰｄを介して、たとえば、Ｔｉ，ＴｉＯ，ＺｒＯ，ＨｆＯの不純物をイオン注入する。そして、熱処理を実施して、酸素を熱拡散させる。
【０２４８】
コア基材層１３１Ｓｄにおいては、受光面ＪＳの周辺部分に対応する部分でＴｉなどの濃度が高くなり、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分で、Ｔｉなどの濃度が低くなる。
【０２４９】
よって、このようにコア基材層１３１ＳｄにＴｉなどを分布させることで、図１５に示すように、光導波路コア部１３０ｄが形成される。
【０２５０】
（Ｄ−３）変形例４−４
図２０は、本発明にかかる実施形態４の変形例４−４において、固体撮像装置を製造する方法の工程にて設けられた要部を示す図である。図２０は、図１６と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０２５１】
本実施形態では、図１６（ｂ）に示したように、コア基材層１３１Ｓｄを加工した後に、図２０に示すように、コア基材層１３１Ｓｄの上面に、高屈折率材料層１３２Ｓｄを設ける。
【０２５２】
ここでは、コア基材層１３１Ｓｄの上面において、受光面ＪＳの中央部分より周辺部分で高屈折率材料層１３２Ｓｄが多く存在するように、この高屈折率材料層１３２Ｓｄを形成する。つまり、コア基材層１３１Ｓｄの上面において、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分の膜厚が薄く、その周辺部分の膜厚が厚くなるように、高屈折率材料層１３２Ｓｄを加工する。
【０２５３】
具体的には、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分には高屈折率材料層１３２Ｓｄが存在せずに、その周辺部分のみに高屈折率材料層１３２Ｓｄが存在するように、高屈折率材料層１３２Ｓｄを設ける。
【０２５４】
たとえば、コア基材層１３１Ｓｄをアクリル樹脂で、高屈折率材料層１３２Ｓｄに金属酸化物の微粒子を分散したアクリル樹脂で形成する。コア基材層１３１Ｓｄの形成時、アクリル樹脂が完全にポリマー化しない程度に、露光もしくは加熱する。その上部に高屈折率材料層１３２Ｓｄに金属酸化物の微粒子を分散したアクリル樹脂で形成し、パターニングを行う。
【０２５５】
その後、熱処理を実施することによって、その高屈折率材料層１３２Ｓｄに含まれる金属酸化物微粒子（高屈折率成分）をコア基材層１３１Ｓｄの内部へ拡散させる。
【０２５６】
たとえば、下記の条件で形成する。
・クリーンオーブン  １６０℃,１２０ｓｅｃ
【０２５７】
これにより、コア基材層１３１Ｓｄにおいては、受光面ＪＳの周辺部分に対応する部分で高屈折率成分の濃度が高くなり、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分で、高屈折率成分の濃度が低くなる。
【０２５８】
よって、図１５で示したように、受光面ＪＳの中心部分に対応する部分が、その周辺部分に対応する部分よりも、屈折率が低くなるように形成されて、光導波路コア部１３０ｄが設けられる。
【０２５９】
＜５．実施形態５＞
（Ａ）装置構成
図２１は、本発明にかかる実施形態５において、固体撮像装置の要部を示す図である。図２１は、図３と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０２６０】
図２１に示すように、本実施形態においては、インナーレンズＩＮＬが、更に、設けられている点が、実施形態１と異なる。この点を除き、本実施形態は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、記載を省略する。
【０２６１】
インナーレンズＩＮＬは、図２１に示すように、半導体基板１０１の上面の側に設けられている。
【０２６２】
ここでは、インナーレンズＩＮＬは、光導波路コア部１３０およびクラッド部１４０の上面において、各画素Ｐに対応するように複数が配置されている。
【０２６３】
このインナーレンズＩＮＬは、受光面ＪＳの上方において、中心が縁よりも厚く形成された凸型レンズであり、入射光Ｈをフォトダイオード２１の受光面ＪＳへ集光するように構成されている。インナーレンズＩＮＬは、光軸が受光面ＪＳの中心に対応するように設けられている。たとえば、インナーレンズＩＮＬは、平面形状が矩形状であって、ＳｉＯ２，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＣＮ，ＨｆＯなどのように透明な無機材料を用いて形成されている。
【０２６４】
そして、インナーレンズＩＮＬの上面を被覆するように平坦化膜ＨＴが形成されている。
【０２６５】
この場合においては、オンチップレンズＭＬによって受光面ＪＳの側へ集光された入射光Ｈは、インナーレンズＩＮＬによって、さらに受光面ＪＳの側へ集光される。
【０２６６】
そして、インナーレンズＩＮＬを透過した入射光Ｈは、光導波路コア部１３０の上面に到達する。
【０２６７】
本実施形態では、光導波路コア部１３０は、図２１に示すように、高屈折率材料部１３１と、低屈折率材料部１３２とを含み、実施形態１の場合と同様に、上述した式（１），（２）を満たすように形成されている。
【０２６８】
ｎ２１＜ｎ１２＜ｎ１１      ・・・（１）
φｈ＜φｍ                  ・・・（２）
【０２６９】
本実施形態においては、φｍは、オンチップレンズＭＬとインナーレンズＩＮＬとの両者において生ずる位相差である。このため、φｍは、本実施形態では、オンチップレンズＭＬで生ずる位相差と、インナーレンズＩＮＬで生ずる位相差とを加算した値となる。
【０２７０】
このような条件で形成されているため、実施形態１の場合と同様に、入射光Ｈは、光導波路コア部１３０の中心部では、屈折率（ｎ１２）が低いので遅く進行するのに対して、光導波路コア部１３０の周辺部では、屈折率（ｎ１１）が高いので速く進行する。
【０２７１】
そして、入射光Ｈは、実施形態１の場合と同様に、光導波路コア部１３０内での進行に伴って位相差が小さくなっていき、等位相面が受光面ＪＳに平行な状態に近づく。
【０２７２】
よって、オンチップレンズＭＬとインナーレンズＩＮＬとの周囲において出射した光の角度θｉｎが大きい場合であっても、光導波路コア部１３０から出射される光の角度θｏｕｔが小さくなる。
【０２７３】
したがって、本実施形態においても、実施形態１の場合と同様に、光導波路コア部１３０から出射される光の角度θｏｕｔが小さいので、感度の向上と、スミアや混色などの発生の防止とを両立可能である。
【０２７４】
図２２は、本発明にかかる実施形態５において、インナーレンズＩＮＬの厚み（ＩＮＬ厚）と、感度およびスミアの発生との関係を示す図である。図２２では、感度，スミアの結果に関しては、インナーレンズＩＮＬの厚みが０．４０μｍの場合の結果を基準とした値を示している。
図２２では、本実施形態の固体撮像装置１について、下記の条件で形成した場合の結果を示している。
・オンチップレンズＭＬ：材料＝アクリル樹脂，厚み＝０．１７μｍ
・インナーレンズＩＮＬ：材料＝ＳｉＮ
・光導波路コア部１３０の高屈折率材料部１３１：材料＝ＳｉＮ
・光導波路コア部１３０の低屈折率材料部１３２：材料＝ＳｉＯＮ
・クラッド部１４０：材料＝ＳｉＯ
・光導波路コア部１３０の長さ＝０．６μｍ
・クラッド部１４０：材料＝ＳｉＯ、厚さ０．２０μｍ
・カラーフィルタＣＦ：材料＝顔料色素を分散させたアクリル樹脂、厚さ０．５０μｍ
・平坦化層ＨＴ(最も薄い箇所)：材料＝アクリル樹脂、厚さ０．１０μｍ
・反射防止層３２２：材料＝ＳｉＮ、厚さ０．０５μｍ
そして、光導波路コア部１３０を下記のように、単一の材料で形成した場合の結果を、従来例として示している。
・光導波路コア部１３０：材料＝ＳｉＮ
【０２７５】
図２２に示すように、本実施形態においては、従来の場合と同様な感度を実現することができる。そして、これと共に、本実施形態においては、感度を更に向上させるために、オンチップレンズＭＬの厚みを、厚くした状態においても、スミアの発生を好適に防止することができる。
【０２７６】
（Ｂ）まとめ
以上のように、本実施形態においては、実施形態１と同様に、光導波路コア部１３０は、クラッド部１４０よりも高い屈折率であり、受光面ＪＳの中央に対応する部分が、受光面ＪＳの周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている。また、光導波路コア部１３０は、オンチップレンズＭＬおよびインナーレンズＩＮＬにおいて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０で生ずる位相差φｈの方が小さくなるように設けられている。
【０２７７】
このため、実施形態１の場合と同様に、入射光Ｈは、光導波路コア部１３０内での進行に伴って位相差が小さくなっていき、等位相面が受光面ＪＳに平行な状態に近づく。
【０２７８】
よって、オンチップレンズＭＬおよびインナーレンズＩＮＬの周囲において進行する光の角度θｉｎが大きい場合であっても、光導波路コア部１３０から出射される光の角度θｏｕｔが小さくなる。
【０２７９】
したがって、本実施形態では、感度の向上と、スミアや混色などの発生の防止とを両立可能である。
【０２８０】
＜６．実施形態６＞
（Ａ）装置構成
（Ａ−１）固体撮像装置の要部構成
【０２８１】
図２３は、本発明にかかる実施形態６において、固体撮像装置１ｆの全体構成を示す図である。図２３では、上面を示している。
【０２８２】
図２４は、本発明にかかる実施形態６において、画素Ｐの回路構成を示す図である。
【０２８３】
図２３，図２４に示すように、本実施形態の固体撮像装置１ｆは、ＣＭＯＳ型イメージセンサである。ＣＭＯＳ型イメージセンサとして構成されている点を除き、本実施形態の主要部は、実施形態１と同様である。このため、重複する部分については、適宜、説明を省略する。
【０２８４】
図２３に示すように、固体撮像装置１ｆは、半導体基板１０１を含む。この半導体基板１０１は、たとえば、シリコンからなる半導体基板であり、図２３に示すように、半導体基板１０１の面においては、撮像領域ＰＡと、周辺領域ＳＡとが設けられている。
【０２８５】
撮像領域ＰＡは、図２３に示すように、矩形形状であり、複数の画素Ｐが水平方向ｘと垂直方向ｙとのそれぞれに、配置されている。つまり、画素Ｐがマトリクス状に並んでいる。そして、撮像領域ＰＡにおいては、その中心が、図１に示した光学系４２の光軸に対応するように配置されている。
【０２８６】
図２４に示すように、画素Ｐは、フォトダイオード２１と、画素トランジスタＴｒとを含む。ここでは、画素トランジスタＴｒは、転送トランジスタ２２と、増幅トランジスタ２３と、選択トランジスタ２４と、リセットトランジスタ２５とを含み、フォトダイオード２１から信号電荷を読み出す動作を実施するように構成されている。
【０２８７】
画素Ｐにおいて、フォトダイオード２１は、被写体像による光を受光し、その受光した光を光電変換することによって信号電荷を生成し蓄積する。ここでは、図２４に示すように、フォトダイオード２１は、アノードが接地されており、蓄積した信号電荷（ここでは、電子）が、画素トランジスタＴｒによって読み出され、電気信号として垂直信号線２７へ出力されるように構成されている。具体的には、フォトダイオード２１は、図２４に示すように、転送トランジスタ２２を介して、増幅トランジスタ２３のゲートに接続されている。そして、フォトダイオード２１においては、増幅トランジスタ２３のゲートに接続されているフローティングディフュージョンＦＤへ、その蓄積した信号電荷が、転送トランジスタ２２によって出力信号として転送される。
【０２８８】
画素Ｐにおいて、転送トランジスタ２２は、フォトダイオード２１にて生成された信号電荷を、増幅トランジスタ２３のゲートへ電気信号として出力するように構成されている。具体的には、転送トランジスタ２２は、図２４に示すように、フォトダイオード２１とフローティングディフュージョンＦＤとの間において介在するように設けられている。そして、転送トランジスタ２２は、転送線２６からゲートに転送信号が与えられることによって、フォトダイオード２１において蓄積された信号電荷を、フローティングディフュージョンＦＤに出力信号として転送する。
【０２８９】
画素Ｐにおいて、増幅トランジスタ２３は、転送トランジスタ２２から出力された電気信号を増幅して出力するように構成されている。具体的には、増幅トランジスタ２３は、図２４に示すように、ゲートがフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。また、増幅トランジスタ２３は、ドレインが電源電位供給線Ｖｄｄに接続され、ソースが選択トランジスタ２４に接続されている。増幅トランジスタ２３は、選択トランジスタ２４がオン状態になるように選択されたときには、定電流源Ｉから定電流が供給されて、ソースフォロアとして動作する。このため、増幅トランジスタ２３では、選択トランジスタ２４に選択信号が供給されることによって、フローティングディフュージョンＦＤから出力された出力信号が増幅される。
【０２９０】
画素Ｐにおいて、選択トランジスタ２４は、選択信号が入力された際に、増幅トランジスタ２３によって出力された電気信号を、垂直信号線２７へ出力するように構成されている。具体的には、選択トランジスタ２４は、図２４に示すように、選択信号が供給されるアドレス線２８にゲートが接続されている。選択トランジスタ２４は、選択信号が供給された際にはオン状態になり、上記のように増幅トランジスタ２３によって増幅された出力信号を、垂直信号線２７に出力する。
【０２９１】
画素Ｐにおいて、リセットトランジスタ２５は、増幅トランジスタ２３のゲート電位をリセットするように構成されている。具体的には、リセットトランジスタ２５は、図２４に示すように、リセット信号が供給されるリセット線２９にゲートが接続されている。また、リセットトランジスタ２５は、ドレインが電源電位供給線Ｖｄｄに接続され、ソースがフローティングディフュージョンＦＤに接続されている。そして、リセットトランジスタ２５は、リセット線２９からリセット信号がゲートに供給された際に、フローティングディフュージョンＦＤを介して、増幅トランジスタ２３のゲート電位を、電源電位にリセットする。
【０２９２】
周辺領域ＳＡは、図２３に示すように、撮像領域ＰＡの周囲に位置している。そして、この周辺領域ＳＡにおいては、周辺回路が設けられている。
【０２９３】
具体的には、図２３に示すように、垂直駆動回路１３と、カラム回路１４と、水平駆動回路１５と、外部出力回路１７と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）１８と、シャッター駆動回路１９とが、周辺回路として設けられている。
【０２９４】
垂直駆動回路１３は、図２３に示すように、周辺領域ＳＡにおいて、撮像領域ＰＡの側部に設けられており、撮像領域ＰＡの画素Ｐを行単位で選択して駆動させるように構成されている。
【０２９５】
カラム回路１４は、図２３に示すように、周辺領域ＳＡにおいて、撮像領域ＰＡの下端部に設けられており、列単位で画素Ｐから出力される信号について信号処理を実施する。ここでは、カラム回路１４は、ＣＤＳ（Ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ  Ｄｏｕｂｌｅ  Ｓａｍｐｌｉｎｇ；相関二重サンプリング）回路（図示なし）を含み、固定パターンノイズを除去する信号処理を実施する。
【０２９６】
水平駆動回路１５は、図２３に示すように、カラム回路１４に電気的に接続されている。水平駆動回路１５は、たとえば、シフトレジスタを含み、カラム回路１４にて画素Ｐの列ごとに保持されている信号を、順次、外部出力回路１７へ出力させる。
【０２９７】
外部出力回路１７は、図２３に示すように、カラム回路１４に電気的に接続されており、カラム回路１４から出力された信号について信号処理を実施後、外部へ出力する。外部出力回路１７は、ＡＧＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｇａｉｎ  Ｃｏｎｔｒｏｌ）回路１７ａとＡＤＣ回路１７ｂとを含む。外部出力回路１７においては、ＡＧＣ回路１７ａが信号にゲインをかけた後に、ＡＤＣ回路１７ｂがアナログ信号からデジタル信号へ変換して、外部へ出力する。
【０２９８】
タイミングジェネレータ１８は、図２３に示すように、垂直駆動回路１３、カラム回路１４、水平駆動回路１５，外部出力回路１７，シャッター駆動回路１９のそれぞれに電気的に接続されている。タイミングジェネレータ１８は、各種のタイミング信号を生成し、垂直駆動回路１３、カラム回路１４、水平駆動回路１５，外部出力回路１７，シャッター駆動回路１９に出力することで、各部について駆動制御を行う。
【０２９９】
シャッター駆動回路１９は、画素Ｐを行単位で選択して、画素Ｐにおける露光時間を調整するように構成されている。
【０３００】
図２５は、本発明にかかる実施形態６において、画素Ｐから信号を読み出す際に、各部へ供給するパルス信号を示すタイミングチャートである。図２５においては、（ａ）が選択信号を示し、（ｂ）がリセット信号を示し、（ｃ）が転送信号を示している。
【０３０１】
まず、図２５に示すように、第１の時点ｔ１において、選択トランジスタ２４を導通状態にする。そして、第２の時点ｔ２において、リセットトランジスタ２５を導通状態にする。これにより、増幅トランジスタ２３のゲート電位をリセットする。
【０３０２】
つぎに、第３の時点ｔ３において、リセットトランジスタ２５を非導通状態にする。そして、この後、リセットレベルに対応した電圧を、カラム回路１４へ読み出す。
【０３０３】
つぎに、第４の時点ｔ４において、転送トランジスタ２２を導通状態にし、フォトダイオード２１において蓄積された信号電荷を増幅トランジスタ２３のゲートへ転送する。
【０３０４】
つぎに、第５の時点ｔ５において、転送トランジスタ２２を非導通状態にする。そして、この後、蓄積された信号電荷の量に応じた信号レベルの電圧を、カラム回路１４へ読み出す。
【０３０５】
カラム回路１４においては、先に読み出したリセットレベルと、後に読み出した信号レベルとを差分処理して、信号を蓄積する。これにより、画素Ｐごとに設けられた各トランジスタのＶｔｈのバラツキ等によって発生する固定的なパターンノイズが、キャンセルされる。
【０３０６】
上記のように画素を駆動する動作は、各トランジスタ２２，２４，２５の各ゲートが、水平方向ｘに並ぶ複数の画素からなる行単位で接続されていることから、その行単位にて並ぶ複数の画素について同時に行われる。具体的には、上述した垂直駆動回路１３によって供給される選択信号によって、水平ライン（画素行）単位で垂直な方向に順次選択される。そして、タイミングジェネレータ１８から出力される各種タイミング信号によって各画素のトランジスタが制御される。これにより、各画素における出力信号が垂直信号線２７を通して画素列毎にカラム回路１４に読み出される。
【０３０７】
そして、カラム回路１４にて蓄積された信号が、水平駆動回路１５によって選択されて、外部出力回路１７へ順次出力される。
【０３０８】
（Ａ−２）固体撮像装置の詳細構成
本実施形態にかかる固体撮像装置１の詳細内容について説明する。
【０３０９】
図２６，図２７は、本発明にかかる実施形態６において、固体撮像装置の要部を示す図である。
【０３１０】
図２６は、画素Ｐの断面図である。そして、図２７は、半導体基板に形成された画素Ｐの上面図である。なお、図２６は、図２７に示すＸ１−Ｘ２部分の断面を示している。
【０３１１】
図２６に示すように、半導体基板１０１の内部にフォトダイオード２１が設けられている。たとえば、２〜２０μｍ程度の厚みに薄膜化された半導体基板１０１に設けられている。
【０３１２】
この半導体基板１０１の表面（図２６では、下面）には、図２６では図示していないが、上記の画素トランジスタＴｒが、図２７に示すように設けられている。そして、図２６に示すように、その画素トランジスタＴｒを被覆するように配線層１１１が設けられており、配線層１１１において、半導体基板１０１の側に対して反対側の面には、支持基板ＳＳが設けられている。
【０３１３】
これに対して、半導体基板１０１の裏面（図２６では上面）には、パッシベーション膜５１、光導波路コア部１３０ｆ、遮光膜６０、平坦化膜ＨＴ、カラーフィルタＣＦ、オンチップレンズＭＬなどの部材が、受光面ＪＳの上方に設けられている。そして、これらの各部を順次介して入射した入射光Ｈを、フォトダイオード２１が受光面ＪＳで受光するように構成されている。
【０３１４】
つまり、本実施形態の固体撮像装置１は、「裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサ」であって、裏面（図２６では上面）側において、入射光Ｈを受光するように形成されている。
【０３１５】
各部の詳細について順次説明する。
【０３１６】
（ａ）フォトダイオード２１について
フォトダイオード２１は、図２３に示した複数の画素Ｐに対応するように複数が配置されている。つまり、撮像面（ｘｙ面）において、水平方向ｘと、この水平方向ｘに対して直交する垂直方向ｙとのそれぞれに並んで設けられている。
【０３１７】
フォトダイオード２１は、図２６に示すように、入射光Ｈを受光面ＪＳで受光し光電変換することによって信号電荷を生成するように構成されている。
【０３１８】
図２６に示すように、フォトダイオード２１は、単結晶シリコン半導体である半導体基板１０１の内部に設けられている。たとえば、フォトダイオード２１は、半導体基板１０１の内部において、ｎ型の不純物が拡散された電荷蓄積領域（図示なし）を含む。そして、そのｎ型の電荷蓄積領域の上面側と下面側との各界面において、暗電流が発生することを抑制するように、ｐ型の不純物が拡散されたホール蓄積領域（図示なし）が形成されている。
【０３１９】
半導体基板１０１の内部には、図２６に示すように、複数の画素Ｐの間を電気的に分離するようにｐ型の不純物が拡散された画素分離部１０１ｐｂが設けられており、この画素分離部１０１ｐｂで区画された領域に、フォトダイオード２１が設けられている。
【０３２０】
たとえば、図２７に示すように、画素分離部１０１ｐｂが複数の画素Ｐの間に介在するように形成されている。つまり、平面形状が格子状になるように画素分離部１０１ｐｂが形成されており、フォトダイオード２１は、この画素分離部１０１ｐｂで区画された領域内に形成されている。
【０３２１】
（ｂ）画素トランジスタＴｒについて
画素トランジスタＴｒは、図２３に示した複数の画素Ｐに対応するように複数が配置されている。
【０３２２】
画素トランジスタＴｒは、図２７に示すように、複数のトランジスタ２２〜２５を含み、撮像面（ｘｙ面）において、フォトダイオード２１の下方に位置するように設けられている。
【０３２３】
画素トランジスタＴｒを構成する各トランジスタ２２〜２５は、図２６では図示していないが、半導体基板１０１において配線層１１１が設けられる表面に設けられている。たとえば、各トランジスタ２２〜２５は、半導体基板１０１において画素Ｐの間を分離する画素分離部１０１ｐｂに形成されている。たとえば、各トランジスタ２２〜２５は、ＮチャネルのＭＯＳトランジスタであって、各ゲートが、たとえば、ポリシリコンを用いて形成されている。そして、各トランジスタ２２〜２５は、配線層１１１で被覆されている。
【０３２４】
（ｃ）配線層１１１について
配線層１１１は、図２６に示すように、半導体基板１０１において、パッシベーション膜５１などの各部が設けられた裏面（図２６では上面）とは反対側の表面（図２６では下面）に設けられている。
【０３２５】
配線層１１１は、配線１１１ｈと絶縁層１１１ｚとを含み、絶縁層１１１ｚ内において、配線１１１ｈが各素子に電気的に接続するように形成されている。ここでは、各配線１１１ｈは、図３にて示した、転送線２６，アドレス線２８，垂直信号線２７，リセット線２９などの各配線として機能するように、絶縁層１１１ｚ内に積層して形成されている。
【０３２６】
そして、配線層１１１において、半導体基板１０１が位置する側に対して反対側の面には、支持基板ＳＳが設けられている。たとえば、厚みが数百μｍのシリコン半導体からなる基板が、支持基板ＳＳとして設けられている。
【０３２７】
（ｄ）光導波路コア部１３０ｆについて
光導波路コア部１３０ｆは、図２６に示すように、半導体基板１０１の上方に設けられている。
【０３２８】
光導波路コア部１３０ｆは、実施形態１の場合と同様に、半導体基板１０１の上面において、フォトダイオード２１の形成部分に対応するように設けられている。つまり、図２３に示した複数の画素Ｐに対応するように複数が形成されている。
【０３２９】
本実施形態の光導波路コア部１３０ｆは、図２６に示すように、実施形態１と同様に、クラッド部１４０に設けられた溝の内部に形成されている。
【０３３０】
具体的には、光導波路コア部１３０ｆは、高屈折率材料部１３１ｆと低屈折率材料部１３２ｆとを含み、高屈折率材料部１３１ｆが受光面ＪＳの周辺部に設けられており、低屈折率材料部１３２ｆが受光面ＪＳの中央部に設けられている。
【０３３１】
また、光導波路コア部１３０ｆは、式（１），（２）を満たすように形成されている。
【０３３２】
ｎ２１＜ｎ１１＜ｎ１２      ・・・（１）
φｈ＜φｍ                  ・・・（２）
【０３３３】
すなわち、光導波路コア部１３０ｆは、式（１）から判るように、クラッド部１４０よりも高い屈折率であって、周辺の高屈折率材料部１３１ｆの方が、中心の低屈折率材料部１３２ｆよりも高い屈折率になるように設けられている。
【０３３４】
そして、式（２）から判るように、光導波路コア部１３０ｆは、オンチップレンズＭＬで入射光Ｈについて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０ｆで生ずる位相差φｈの方が小さくなるように設けられている。
【０３３５】
（ｅ）遮光膜６０について
遮光膜６０は、図２６に示すように、半導体基板１０１の裏面（図２６では上面）の側に設けられている。
【０３３６】
遮光膜６０は、半導体基板１０１の上方から半導体基板１０１の裏面へ向かう入射光Ｈの一部を、遮光するように構成されている。
【０３３７】
図２６に示すように、遮光膜６０は、半導体基板１０１の内部に設けられた画素分離部１０１ｐｂの上方に設けられている。これに対して、半導体基板１０１の内部に設けられたフォトダイオード２１の上方においては、フォトダイオード２１に入射光Ｈが入射するように、遮光膜６０は、設けられておらず、開口している。
【０３３８】
つまり、図２７では図示をしていないが、遮光膜６０は、画素分離部１０１ｐｂと同様に、平面形状が格子状になるように形成されている。
【０３３９】
本実施形態においては、図２６に示すように、遮光膜６０は、クラッド部１４０の上面において、凸形状に突き出るように設けられている。そして、遮光膜６０は、平坦化膜ＨＴによって上面が被覆されている。
【０３４０】
遮光膜６０は、光を遮光する遮光材料で形成されている。たとえば、膜厚が１００〜４００ｎｍになるように成膜されたタングステン（Ｗ）膜が、遮光膜６０として形成されている。この他に、アルミニウム膜や、チタン膜などを用いて、遮光膜６０を形成しても好適である。
【０３４１】
また、平坦化膜ＨＴは、スチレン樹脂、アクリル樹脂、ノボラック樹脂などの透明な有機材料を用いて形成されている。この他に、ＳｉＯ２，ＳｉＮ，ＳｉＯＮ，ＳｉＣＮ，ＨｆＯなどのように透明な無機材料を用いて形成しても良い。
【０３４２】
（Ｂ）まとめ
以上のように、本実施形態においては、実施形態１と同様に、光導波路コア部１３０ｆは、クラッド部１４０よりも高い屈折率であり、受光面ＪＳの中央に対応する部分が、受光面ＪＳの周辺に対応する部分よりも低い屈折率分布で形成されている。また、光導波路コア部１３０ｆは、オンチップレンズＭＬにおいて生ずる位相差φｍよりも、光導波路コア部１３０ｆで生ずる位相差φｈの方が小さくなるように設けられている。
【０３４３】
このため、実施形態１の場合と同様に、入射光Ｈは、光導波路コア部１３０ｆ内での進行に伴って位相差が小さくなっていき、等位相面が受光面ＪＳに平行な状態に近づく。
【０３４４】
したがって、オンチップレンズＭＬの周囲において進行する光の角度θｉｎが大きい場合であっても、光導波路コア部１３０ｆから出射される光の角度θｏｕｔが小さくなるので、感度の向上と、スミアや混色などの発生の防止とを両立可能である。
【０３４５】
図２８は、本発明にかかる実施形態６において、オンチップレンズＭＬの厚み（ＯＣＬ厚）と、感度および混色の発生との関係を示す図である。図２８では、感度，混色の結果に関しては、オンチップレンズ（ＯＣＬ）の厚みが０．３５μｍの場合の結果を基準とした値を示している。
図２８では、本実施形態の固体撮像装置について、下記の条件で形成した場合の結果を示している。
・オンチップレンズＭＬ：材料＝アクリル樹脂
・光導波路コア部１３０の高屈折率材料部１３１：材料＝ＳｉＮ
・光導波路コア部１３０の低屈折率材料部１３２：材料＝ＳｉＯＮ
・クラッド部１４０：材料＝ＳｉＯ
・導波路コア部１３０の長さ＝０．２μｍ
・カラーフィルタＣＦ：材料＝顔料色素を分散させたアクリル樹脂、厚さ０．５０μｍ
・平坦化層ＨＴ(最も薄い箇所)：材料＝アクリル樹脂、厚さ０．５０μｍ
・反射防止層３２２：材料＝ＳｉＮ、厚さ０．０６μｍ 
そして、従来例として、光導波路コア部１３０ｆを下記のように、単一の材料で形成した場合の結果を、示している。
・光導波路コア部１３０：材料＝ＳｉＮ
なお、図２８における混色率は、５３０ｎｍの光を照射した際の、Ｇ画素の感度、Ｒ画素の感度、Ｂ画素の感度を計測し、（Ｂの出力）÷（Ｇの出力）と（Ｒの出力）÷（Ｇの出力）の二つの値を平均化した数値としている。
【０３４６】
図２８に示すように、本実施形態においては、従来の場合と同様な感度を実現することができる。そして、これと共に、本実施形態においては、感度を更に向上させるために、オンチップレンズＭＬの厚みを、厚くした状態においても、混色の発生を好適に防止することができる。
【０３４７】
図２９は、本発明にかかる実施形態６において、オンチップレンズＭＬで入射光Ｈについて生ずる位相差φｍに対する、光導波路コア部１３０ｆで生ずる位相差φｈの割合（φｈ／φｍ）と、混色の発生との関係を示す図である。
図２９では、図１０と同様に、混色の結果について、従来例の場合との間の混色率の差分値を示している。
【０３４８】
図２９に示すように、オンチップレンズＭＬで生ずる位相差φｍに対する、光導波路コア部１３０ｆで生ずる位相差φｈの割合（φｈ／φｍ）が、０．１２〜０．７５の範囲である場合には、混色の発生を好適に防止することができる。特に、φｈ／φｍ＝０．２〜０．６の場合には、混色の発生を顕著に防止可能であるので、更に好適である。
【０３４９】
（Ｃ）変形例
上記の光導波路コア部１３０ｆについては、さまざまな構成になるように形成してもよい。
【０３５０】
（Ｃ−１）変形例６−１
図３０は、本発明にかかる実施形態６の変形例６−１において、固体撮像装置の要部を示す図である。図３０は、図２６と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０３５１】
図３０に示すように、光導波路コア部１３０ｆについては、上記と異なり、クラッド部１４０に設けられた溝ＴＲの底面部分を被覆するように、高屈折率材料部１３１ｆを形成してもよい。
【０３５２】
このように、光導波路コア部１３０ｆについては、実施形態３の場合と同様に構成しても良い。また、その他の実施形態と同様に、光導波路コア部１３０ｆを構成しても良い。
【０３５３】
（Ｃ−２）変形例６−２
図３１は、本発明にかかる実施形態６の変形例６−２において、固体撮像装置の要部を示す図である。図３１は、図２６と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０３５４】
図３１に示すように、光導波路コア部１３０ｆについては、クラッド部１４０と異なる部分の内部にも、設けても良い。たとえば、図３１に示すように、光導波路コア部１３０ｆについては、平坦化膜ＨＴの下端部において、上面と側面とが平坦化膜ＨＴで被覆されるように形成してもよい。この場合には、平坦化膜ＨＴがクラッド部として機能するように、光導波路コア部１３０ｆよりも屈折率が低い材料で、平坦化膜ＨＴを形成することが好適である。
【０３５５】
（Ｃ−３）変形例６−３
図３２は、本発明にかかる実施形態６の変形例６−３において、固体撮像装置の要部を示す図である。図３２は、図２６と同様に、画素Ｐの断面を示している。
【０３５６】
図３２に示すように、光導波路コア部１３０ｆについては、平坦化膜ＨＴを貫通するように形成してもよい。この場合には、平坦化膜ＨＴがクラッド部として機能するように、光導波路コア部１３０ｆよりも屈折率が低い材料で、平坦化膜ＨＴを形成することが好適である。
【０３５７】
＜７．その他＞
本発明の実施に際しては、上記した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形例を採用することができる。
【０３５８】
上記の実施形態においては、カメラに本発明を適用する場合について説明したが、これに限定されない。スキャナーやコピー機などのように、固体撮像装置を備える他の電子機器に、本発明を適用しても良い。
【０３５９】
その他、上記の各実施形態を、適宜、組み合わせても良い。
【０３６０】
なお、上記の実施形態において、固体撮像装置１，１ｆは、本発明の固体撮像装置に相当する。また、上記の実施形態において、半導体基板１０１は、本発明の基板に相当する。また、上記の実施形態において、撮像面ＰＳは、本発明の撮像面に相当する。また、上記の実施形態において、受光面ＪＳは、本発明の受光面に相当する。また、上記の実施形態において、フォトダイオード２１は、本発明の光電変換部に相当する。また、上記の実施形態において、オンチップレンズＭＬ，インナーレンズＩＮＬは、本発明のレンズに相当する。また、上記の実施形態において、光導波路コア部１３０，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ，１３０ｆは、本発明の光導波路コア部に相当する。また、上記の実施形態において、低屈折率材料部１３２，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄ，１３２ｆは、本発明の低屈折率材料部に相当する。また、上記の実施形態において、高屈折率材料部１３１，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｆは、本発明の高屈折率材料部に相当する。また、上記の実施形態において、固体撮像装置１，１ｆは、本発明の固体撮像装置に相当する。また、上記の実施形態において、カメラ４０は、本発明の電子機器に相当する。
【符号の説明】
【０３６１】
１，１ｆ：固体撮像装置、１３：垂直駆動回路、１４：カラム回路、１５：水平駆動回路、１７：外部出力回路、１７ａ：ＡＧＣ回路、１７ｂ：ＡＤＣ回路、１８：タイミングジェネレータ、１９：シャッター駆動回路、２１：フォトダイオード、２２：転送トランジスタ、２２Ｒ：電荷読出しチャネル領域、２３：増幅トランジスタ、２３Ｖ：電荷転送チャネル領域、２４：選択トランジスタ、２４Ｓ：チャネルストッパー領域、２５：リセットトランジスタ、２６：転送線、２７：垂直信号線、２８：アドレス線、２９：リセット線、３１：転送電極、４０：カメラ、４２：光学系、４３：制御部、４４：信号処理回路、５１：パッシベーション膜、６０：遮光膜、１０１：半導体基板、１０１ｐｂ：画素分離部、１１１：配線層、１３０，１３０ｂ，１３０ｃ，１３０ｄ，１３０ｆ：光導波路コア部、１３１，１３１ｂ，１３１ｃ，１３１ｄ，１３１ｆ：高屈折率材料部、１３１Ｓ：高屈折率材料層、１３１Ｓｄ：コア基材層、１３２，１３２ｂ，１３２ｃ，１３２ｄ，１３２ｆ：低屈折率材料部、１３２Ｓ：低屈折率材料層、１３２Ｓｄ：高屈折率材料層、１４０：クラッド部、４００：凸部、ＣＦ：カラーフィルタ、ＣＦＢ：ブルーフィルタ層、ＣＦＧ：グリーンフィルタ層、ＣＦＲ：レッドフィルタ層、ＦＤ：フローティングディフュージョン、Ｈ：入射光、ＩＮＬ：インナーレンズ、ＪＳ：受光面、ＭＬ：オンチップレンズ、Ｐ：画素、ＰＡ：撮像領域、ＰＳ：撮像面、ＲＯ：電荷読出し部、ＳＡ：周辺領域、ＳＢ：素子分離部、ＳＳ：支持基板、Ｔｒ：画素トランジスタ、ＶＴ：垂直転送レジスタ部、Ｖｄｄ：電源電位供給線
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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