(57)【要約】【課題】導波路凹部内に空洞を生じることなく高屈折率物質を埋め込むことにより、集光率を高くすることを可能とする固体撮像装置を提供する。【解決手段】画素ごとにフォトダイオード１０１が形成された半導体基板１００の上に絶縁膜１０９Ａ〜１０９Ｃ等が形成されている。フォトダイオード１０１の上方に位置する部分の絶縁膜１０９Ａ〜１０９Ｃ等に凹部１５０が形成されている。凹部１５０の側面及び底面を被覆するように、絶縁膜１０９Ａ〜１０９Ｃ等よりも高い屈折率を有する第１の埋め込み膜１１０が形成されている。第１の埋め込み膜１１０上に凹部１５０が埋まるように、絶縁膜１０９Ａ〜１０９Ｃ等よりも高い屈折率を有する第２の埋め込み膜１１０が形成されている。凹部１５０の断面積は、半導体基板１００の受光面から遠ざかるに従って大きくなる。【選択図】図１
2011023409.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素が形成された撮像領域を受光面側に有する半導体基板と、
前記半導体基板の前記画素ごとに形成されたフォトダイオードと、
前記半導体基板の前記画素ごとに形成され且つ前記フォトダイオードにより生成された信号電荷を読み取る信号読み取り部と、
前記半導体基板の上に形成された絶縁膜と、
前記フォトダイオードの上方に位置する部分の前記絶縁膜に形成された凹部と、
前記凹部の側面及び底面を被覆し且つ前記絶縁膜よりも高い屈折率を有する第１の埋め込み膜と、
前記第１の埋め込み膜上に前記凹部が埋まるように形成され且つ前記絶縁膜よりも高い屈折率を有する第２の埋め込み膜とを備え、
前記半導体基板の前記受光面に対して平行な面における前記凹部の断面積は、前記半導体基板の前記受光面から遠ざかるに従って大きくなることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
請求項１に記載の固体撮像装置において、
前記半導体基板の前記受光面に対して平行な面における前記フォトダイオードの面積は、前記凹部の底面の断面積よりも大きく且つ前記凹部の最上部の開口面積よりも小さいことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の固体撮像装置において、
前記絶縁膜は、それぞれ配線が埋め込まれ且つ拡散防止層を上面側に有する複数の絶縁層を有し、
前記凹部の底面は、前記半導体基板の前記受光面に最も近い前記拡散防止層よりも前記半導体基板の前記受光面に近い位置に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項４】
請求項３に記載の固体撮像装置において、
前記半導体基板の前記受光面に最も近い前記拡散防止層よりも前記半導体基板の前記受光面に近い位置に形成されたエッチングストップ層をさらに備え、
前記半導体基板の前記受光面から前記凹部の底面までの距離は、前記半導体基板の前記受光面から前記エッチングストップ層の上面までの距離と実質的に同じであることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記絶縁膜は、前記半導体基板における前記撮像領域の外側のパッド領域にも形成されており、
前記パッド領域に位置する前記絶縁膜の上にはパッド電極が形成されており、
前記第１の埋め込み膜は、前記パッド電極の一部を覆うように前記絶縁膜の上に形成されたパッシベーション膜であり、
前記半導体基板の前記受光面から前記第２の埋め込み膜の上面までの距離は、前記半導体基板の前記受光面から前記パッド電極上に位置する部分の前記パッシベーション膜の上面までの距離と実質的に同じであることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記第１の埋め込み膜は窒化シリコン膜であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置において、
前記第２の埋め込み膜は樹脂層であることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
請求項７に記載の固体撮像装置において、
前記樹脂層はシロキサン系樹脂を含むことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項９】
請求項７に記載の固体撮像装置において、
前記樹脂層はポリイミド系樹脂を含むことを特徴とする固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換部等の受光部を備えた固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、ＭＯＳ（metal-oxide-semiconductor ）センサでは、例えば、受光面に二次元マトリクス状に並べられた画素ごとにフォトダイオードが設けられている。また、受光時に各フォトダイオードで発生し且つ蓄積される信号電荷はＣＭＯＳ（complementary metal-oxide-semiconductor ）回路の駆動によりフローティングディフュージョンに転送され、信号電圧に変換されて読み取られる。
【０００３】
前述のようなＣＭＯＳセンサなどの固体撮像装置においては、例えば、半導体基板の表面にフォトダイオードが形成されており、その上面を被覆するように酸化シリコンなどからなる絶縁膜が形成されている。また、この絶縁膜中におけるフォトダイオード領域を除く領域に、フォトダイオードへの光の入射を妨げないように配線層が形成されている。
【０００４】
しかしながら、前述のような固体撮像装置においては、素子の微細化により受光面の面積が縮小されてきており、これに伴って入射光率が低下して感度特性が悪化するという問題が生じている。
【０００５】
その対策として、オンチップレンズや層内レンズなどを用いて集光を行う構造が開発されている。また、フォトダイオードの上方に位置する絶縁膜中に、外部から入射する光をフォトダイオードに導波する光導波路を設けた固体撮像装置も開発されている。
【０００６】
特許文献１には、フォトダイオードの上方に位置する絶縁膜に凹部を形成し、当該凹部を酸化シリコンよりも屈折率が高い物質（以下、高屈折率物質と称する）である窒化シリコンにより埋め込むことにより、入射する光をフォトダイオードに導波する光導波路が設けられた固体撮像装置が開示されている。
【０００７】
また、特許文献２には、フォトダイオードの上方に位置する絶縁膜に形成した凹部に窒化シリコン膜及びポリイミド膜を順次埋め込むことにより光導波路が設けられた固体撮像装置が開示されている。
【０００８】
さらに、特許文献３には、フォトダイオードの上方に位置する絶縁膜に順テーパ形状の凹部を形成し、当該凹部を窒化シリコンにより埋め込むことにより光導波路が設けられた固体撮像装置が開示されている。
【０００９】
図６は、特許文献１に開示された固体撮像装置の断面図である。図６に示すように、特許文献１に開示された固体撮像装置３１においては、受光部２及びチャネル領域１７が形成された基板１上に、ゲート電極１６を配した第１層間絶縁膜３ａが積層されている。ゲート電極１６上には、第１層間絶縁膜３ａとの接触面にバリア層７を介してダマシン法にて銅を埋め込んだ第１配線４ａが設けられている。第１配線４ａの上面を含む第１層間絶縁膜３ａの上面には、銅の拡散を防止するための第１拡散防止膜５ａが設けられている。さらに、第１拡散防止膜５ａ上には、前記ゲート電極１６を除いた同様の構成により、第２層間絶縁膜３ｂ、第２配線４ｂ及び第２拡散防止膜５ｂからなる層と、第３層間絶縁膜３ｃ、第３配線４ｃ及び第３拡散防止膜５ｃからなる層とが積層されている。ここで、受光部２上方の層間絶縁膜３ｂ、３ｃ及び拡散防止膜５ａ、５ｂ、５ｃが選択的に除去されており、この凹部（以下、導波路凹部と称する）を含む全面にシリコン窒化膜からなるパッシベーション膜１２が被着されている。これにより、入射光１３がパッシベーション膜１２から第１層間絶縁膜３ａに入射する際に一部反射が起こる界面が、パッシベーション膜１２と第１層間絶縁膜３ａとの界面３６ａの１箇所だけとなるので、受光部２に十分な光量の入射光１３が入射する。また、入射光１３は、パッシベーション膜１２と第２、第３層間絶縁膜３ｂ、３ｃとの界面３６ｂでも反射して受光部２へ入射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４１１７６７２号公報
【特許文献２】特開２００４−２０７４３３号公報
【特許文献３】特許第４１２０５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ところで、固体撮像装置が小型化されていくと、セルサイズの縮小とともに、導波路凹部の開口幅が縮小し、導波路凹部のアスペクト比が増加する。この場合、特許文献１のように、導波路凹部に高屈折率絶縁膜を埋め込むと、埋め込み後の導波路凹部内に空洞が形成されてしまう。これは、導波路凹部の入口部分での高屈折率絶縁膜形成時の成長レートと比べて、導波路凹部の側面での高屈折率絶縁膜形成時の成長レートが小さいために生じる現象である。このような空洞が存在すると、導波路内に入射した光が空洞で散乱されてしまうため、導波路を形成しない場合よりも、フォトダイオードへの光集光率が大きく低下してしまうという問題が発生する。
【００１２】
また、特許文献２又は特許文献３に開示された固体撮像装置においても、導波路凹部内に高屈折率絶縁膜を埋め込む際に空洞が形成されてしまうので、前述の問題を回避することができない。
【００１３】
前記に鑑み、本発明は、導波路凹部内に空洞を生じることなく高屈折率物質を埋め込むことにより、導波路を形成しない場合よりも集光率を高くすることを可能とする固体撮像装置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】
【００１４】
前記の目的を達成するために、本発明に係る固体撮像装置は、複数の画素が形成された撮像領域を受光面側に有する半導体基板と、前記半導体基板の前記画素ごとに形成されたフォトダイオードと、前記半導体基板の前記画素ごとに形成され且つ前記フォトダイオードにより生成された信号電荷を読み取る信号読み取り部と、前記半導体基板の上に形成された絶縁膜と、前記フォトダイオードの上方に位置する部分の前記絶縁膜に形成された凹部と、前記凹部の側面及び底面を被覆し且つ前記絶縁膜よりも高い屈折率を有する第１の埋め込み膜と、前記第１の埋め込み膜上に前記凹部が埋まるように形成され且つ前記絶縁膜よりも高い屈折率を有する第２の埋め込み膜とを備え、前記半導体基板の前記受光面に対して平行な面における前記凹部の断面積は、前記半導体基板の前記受光面から遠ざかるに従って大きくなる。
【００１５】
本発明に係る固体撮像装置において、前記半導体基板の前記受光面に対して平行な面における前記フォトダイオードの面積は、前記凹部の底面の断面積よりも大きく且つ前記凹部の最上部の開口面積よりも小さくてもよい。
【００１６】
本発明に係る固体撮像装置において、前記絶縁膜は、それぞれ配線が埋め込まれ且つ拡散防止層を上面側に有する複数の絶縁層を有し、前記凹部の底面は、前記半導体基板の前記受光面に最も近い前記拡散防止層よりも前記半導体基板の前記受光面に近い位置に形成されていてもよい。この場合、前記半導体基板の前記受光面に最も近い前記拡散防止層よりも前記半導体基板の前記受光面に近い位置に形成されたエッチングストップ層をさらに備え、前記半導体基板の前記受光面から前記凹部の底面までの距離は、前記半導体基板の前記受光面から前記エッチングストップ層の上面までの距離と実質的に同じであってもよい。すなわち、前記絶縁膜の所定深さに前記エッチングストップ層を予め形成しておき、前記エッチングストップ層を用いて前記絶縁膜をエッチングし、前記エッチングストップ層に達する前記凹部を形成してもよい。
【００１７】
本発明に係る固体撮像装置において、前記絶縁膜は、前記半導体基板における前記撮像領域の外側のパッド領域にも形成されており、前記パッド領域に位置する前記絶縁膜の上にはパッド電極が形成されており、前記第１の埋め込み膜は、前記パッド電極の一部を覆うように前記絶縁膜の上に形成されたパッシベーション膜であり、前記半導体基板の前記受光面から前記第２の埋め込み膜の上面までの距離は、前記半導体基板の前記受光面から前記パッド電極上に位置する部分の前記パッシベーション膜の上面までの距離と実質的に同じであってもよい。この場合、前記パッド電極上に位置する部分の前記パッシベーション膜上には第２の埋め込み膜は形成されていなくてもよい。
【００１８】
本発明に係る固体撮像装置において、前記第１の埋め込み膜は窒化シリコン膜であってもよい。
【００１９】
本発明に係る固体撮像装置において、前記第２の埋め込み膜は樹脂層であってもよい。この場合、前記樹脂層はシロキサン系樹脂又はポリイミド系樹脂を含んでいてもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、導波路凹部の断面積が、半導体基板の受光面から遠ざかるに従って大きくなる。このため、導波路凹部のアスペクト比が大きい場合にも、導波路凹部の側面及び底面を比較的薄い第１の埋め込み膜、例えば窒化シリコン膜により被覆することにより、第１の埋め込み膜が導波路凹部の入口を塞いで導波路凹部内に空洞が生じることを防止できる。従って、第１の埋め込み膜上に導波路凹部が完全に埋まるように第２の埋め込み膜、例えば樹脂層を形成することができる。すなわち、導波路凹部内に空洞を生じることなく高屈折率物質を埋め込むことが可能となるため、導波路を形成しない場合よりも集光率を高く維持することができる。これにより、イメージセンサ等の固体撮像装置の基本機能である、レンズからフォトダイオードへの光の集光を最大化することができるので、高感度な固体撮像装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における導波路凹部の構造による集光の違いを説明する図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置における導波路凹部の構造による集光の違いを説明する図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置において埋め込み層の厚さがばらついた場合の様子を示す断面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図６】図６は、従来の固体撮像装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の各実施形態に係る固体撮像装置について、ＭＯＳイメージセンサ（ＣＭＯＳイメージセンサ）を例として図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置、具体的にはＣＭＯＳセンサの構成を模式的に示す断面図である。尚、図１においては、撮像領域に設けられた複数の画素のうちの任意の一画素の構成を、パッド電極領域の構成と合わせて示している。
【００２４】
図１に示すように、撮像領域ＲＡに位置する部分の半導体基板１００の受光面側には、画素ごとに例えばｎ型の電荷蓄積層１０１Ａが設けられていると共に、電荷蓄積層１０１Ａの表面部には例えばｐ＋型の表面層１０１Ｂが形成されている。電荷蓄積層１０１Ａと表面層１０１Ｂとのｐｎ接合によりフォトダイオード（ＰＤ）１０１が構成されている。半導体基板１００の受光面側には、フォトダイオード１０１を電気的に分離するために素子分離領域１０２が形成されている。フォトダイオード１０１に隣接する部分の半導体基板１００上にはゲート絶縁膜１０３を介してゲート電極１０５が形成されている。フォトダイオード１０１上には、フォトダイオード１０１に入射する光が基板表面で反射されることを抑制するために、例えば窒化シリコン膜又は酸窒化シリコン膜からなる反射防止用絶縁膜１０４が形成されている。
【００２５】
本実施形態においては、フォトダイオード１０１で生成され且つ蓄積される信号電荷又は当該信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部として、画素ごとにフローティングディフュージョンがゲート電極１０５の下側に位置する部分の半導体基板１００の表面部に形成されている。これにより、ゲート電極１０５への電圧の印加によって信号電荷の転送を行うことができる。
【００２６】
また、図１に示すように、フォトダイオード１０１及びゲート電極１０５を被覆するように半導体基板１００上に例えば酸化シリコンからなる第１絶縁膜１０６が形成されている。第１絶縁膜１０６中には、例えばダマシン法によって第１銅配線１０７Ａが形成されている。第１銅配線１０７Ａの上面を含む第１絶縁膜１０６の上面には、例えば炭化シリコン又は窒化シリコンからなる第１拡散防止膜１０８Ａが設けられている。同様に、第１拡散防止膜１０８Ａ上には、例えば酸化シリコンからなる第２絶縁膜１０９Ａが形成されており、第２絶縁膜１０９Ａ中には、例えばダマシン法によって第２銅配線１０７Ｂが形成されており、第２銅配線１０７Ｂの上面を含む第２絶縁膜１０９Ａの上面には、例えば炭化シリコン又は窒化シリコンからなる第２拡散防止膜１０８Ｂが設けられている。同様に、第２拡散防止膜１０８Ｂ上には、例えば酸化シリコンからなる第３絶縁膜１０９Ｂが形成されており、第３絶縁膜１０９Ｂ中には、例えばダマシン法によって第３銅配線１０７Ｃが形成されており、第３銅配線１０７Ｃの上面を含む第３絶縁膜１０９Ｂの上面には、例えば炭化シリコン又は窒化シリコンからなる第３拡散防止膜１０８Ｃが設けられている。また、第３拡散防止膜１０８Ｃ上には、例えば酸化シリコンからなる第４絶縁膜１０９Ｃが形成されている。
【００２７】
本実施形態においては、銅配線１０７Ａ〜１０７Ｃのそれぞれの底面及び側面を覆うように、例えばタンタル膜と窒化タンタル膜との積層体からなるバリアメタル層が形成されていてもよい。また、銅配線１０７Ａ〜１０７Ｃはそれぞれ、例えばデュアルダマシンプロセスにより配線用溝とその底面から下層配線等に達するビアホールとに一体的に形成された配線構造であってもよい。また、拡散防止膜１０８Ａ〜１０８Ｃはそれぞれ、銅配線１０７Ａ〜１０７Ｃを構成する銅の拡散を防止する。
【００２８】
また、図１に示すように、前述の絶縁膜１０６、１０９Ａ〜１０９Ｃ及び拡散防止膜１０８Ａ〜１０８Ｃからなる絶縁膜積層構造は、撮像領域ＲＡの外側のパッド電極領域ＲＢに位置する部分の半導体基板１００上にも形成されている。パッド電極領域ＲＢに位置する部分の第４絶縁膜１０９Ｃ上に、例えばアルミニウムなどからなるパッド電極１１６が形成されている。パッド電極１１６上を含む第４絶縁膜１０９Ｃ上にはパッシベーション膜１１０が堆積されており、パッド電極１１６上に位置する部分のパッシベーション膜１１０には、例えばドライエッチングなどによって、ワイヤボンディング用の開口部１１７が形成されている。
【００２９】
一方、図１に示すように、撮像領域ＲＡにおいては、前述の絶縁膜１０６、１０９Ａ〜１０９Ｃ及び拡散防止膜１０８Ａ〜１０８Ｃからなる絶縁膜積層構造におけるフォトダイオード１０１の上方に位置する部分に凹部（導波路凹部）１５０が形成されている。
【００３０】
本実施形態においては、画素セルの微細化が進んでフォトダイオード面積を縮小する場合にも効率よく集光を行うために、凹部１５０の底面の断面積を、フォトダイオード１０１の面積（正確には半導体基板１００の受光面に対して平行な面における面積：以下同じ）よりも小さくすると共に、凹部１５０の最上部の開口面積を、フォトダイオード１０１の面積よりも大きくすることが好ましい。以下、その理由について、図２（ａ）〜（ｃ）を参照しながら説明する。まず、図２（ａ）と図２（ｂ）との比較から分かるように、凹部１５０の底面の幅（面積と対応する：以下同じ）Ｗ２を凹部１５０の最上部の幅Ｗ３と同じくフォトダイオード１０１の幅Ｗ１よりも大きくすると、凹部１５０の側壁に沿って伝播する光がフォトダイオード１０１に入射しなくなり、集光率（感度）が低下するので、Ｗ１＞Ｗ２とすることが好ましい。次に、図２（ａ）と図２（ｃ）との比較から分かるように、凹部１５０の最上部の幅Ｗ３を凹部１５０の底面の幅Ｗ２と同じくフォトダイオード１０１の幅Ｗ１よりも小さくすると、凹部１５０に入射する光の量が小さくなるので、Ｗ３＞Ｗ１とすることが好ましい。以上のように、Ｗ３＞Ｗ１＞Ｗ２とすることにより、凹部１５０に入射する光の量を大きく保ちながら、フォトダイオード１０１に効率よく集光することが可能となる。この場合、凹部１５０の側壁面を傾斜させること（つまり凹部１５０の断面積を基板表面から遠ざかるに従って大きくすること）が必要になるが、その傾斜角度（基板主面の法線方向に対する角度）は、後述する高屈折材料の埋め込みを確実に行うためには３°程度以上であることが好ましく、導波路としての性能を確保するためには６°程度以下であることが好ましい。また、凹部１５０の側壁面は、変曲点のない滑らかな形状とすることが好ましい。その理由は次の通りである。すなわち、凹部１５０内に埋め込まれた例えばシロキサン系樹脂などの高屈折率樹脂は、凹部１５０の側壁面に変曲点となる角形状が存在すると、当該箇所からクラックを生じやすいためである。このようなクラックが生じると、光散乱による感度低下等の信頼性上の問題が発生する。尚、フォトダイオード１０１の幅Ｗ１は画素サイズやプロセスルールなどに依存して決まり、凹部１５０の底面の幅Ｗ２及び凹部１５０の最上部の幅Ｗ３も、フォトダイオード１０１の幅Ｗ１及び画素サイズやプロセスルールなどに依存して決まるが、例えばフォトダイオード１０１の幅Ｗ１が例えば８２０ｎｍ程度であるとすると、凹部１５０の底面の幅Ｗ２及び凹部１５０の最上部の幅Ｗ３をそれぞれ例えば７２０ｎｍ程度及び９２０ｎｍ程度に設定することができる。また、凹部１５０の配置領域は、複数の配線層によって囲まれた領域にレイアウトされるが、光の入射効率を高めるためには、各配線層と重ならないように凹部１５０の配置面積を最大化することが好ましい。
【００３１】
また、本実施形態においては、凹部１５０の底面を最下層の拡散防止膜（つまり第１拡散防止膜１０８Ａ）の底面よりも基板表面に近づけることが好ましい。以下、その理由について、図３（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。第１の理由は、図３（ｂ）に示すように、第１拡散防止膜１０８Ａの底面よりも上側に凹部１５０の底面が位置していると、入射光が第１拡散防止膜１０８Ａで反射されて感度低下が引き起こされることである。第２の理由は、図３（ａ）に示すように、凹部１５０の底面が基板表面に近いほど、入射光がフォトダイオード１０１に集光されやすいことである。すなわち、凹部１５０は高屈折率材料による光閉じこめ効果により入射光を基板表面近傍に導くが、凹部１５０の底面から基板表面までの間においては、光の回折のために入射光がフォトダイオード１０１から離れていくので、図３（ｂ）に示すように、凹部１５０の底面から基板表面までの距離が大きいと、感度の低下が生じる。
【００３２】
また、本実施形態において、凹部１５０のアスペクト比については１〜２程度又はそれ以上に設定することができ、凹部１５０の深さについては例えば１５００ｎｍ程度に設定することができる。
【００３３】
また、図１に示すように、凹部１５０の側面及び壁面を被覆するように、絶縁膜１０６、１０９Ａ〜１０９Ｃを構成する酸化シリコンの屈折率１．４５よりも高い屈折率を有するパッシベーション膜１１０が形成されている。ここで、パッシベーション膜１１０は、凹部１５０の外側の撮像領域ＲＡにおける第４絶縁膜１０９Ｃの表面を覆っている。また、前述のように、パッシベーション膜１１０は、パッド電極領域ＲＢにおける第４絶縁膜１０９Ｃの上にもパッド電極１１６の一部を覆うように形成されている。パッシベーション膜１１０としては、例えば窒化シリコン（屈折率１．９〜２．０）などからなる厚さ０．４μｍ程度の膜を用いることができる。尚、堆積時の異方性に起因して、パッシベーション膜１１０は、凹部１５０の最上部近傍では厚く堆積され、凹部１５０の底部近傍では薄く形成される。また、パッシベーション膜１１０上には凹部１５０が埋まるように、酸化シリコンよりも高い屈折率を有する埋め込み層１１１が形成されている。埋め込み層１１１は凹部１５０が完全に埋まるように形成されており、凹部１５０の外側での埋め込み層１１１の厚さは、例えばパッド電極１１６の厚さ（６００ｎｍ程度）と略同一の０．６μｍ程度である。このようにすると、基板表面からパッド電極１１６上のパッシベーション膜１１０の上面までの距離と、基板表面から埋め込み層１１１の上面までの距離とを略同一にすることができる。尚、図４に示すように、基板表面からパッド電極１１６上のパッシベーション膜１１０の上面までの距離と、基板表面から埋め込み層１１１の上面までの距離とが異なると、パッド電極１１６付近の厚さムラに起因して、撮像領域ＲＡでの埋め込み層１１１の厚さがばらつく。その結果、埋め込み層１１１上に形成される後述のフィルタ層１１３の厚さが画素毎にがばらつくので、集光率（感度）がばらついて画質が低下するという問題が生じやすい。
【００３４】
本実施形態において、埋め込み層１１１は、例えばシロキサン系樹脂（屈折率１．７〜１．９程度）又はポリイミド系樹脂などの高屈折率樹脂から構成されていてもよい。また、これらの高屈折率樹脂中に、例えば酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、又は酸化ハフニウムなどの金属酸化物の微粒子が含有されていると、埋め込み層１１１の屈折率を１．８〜１．９程度まで高めることができる。
【００３５】
また、本実施形態において、パッド電極１１６上のパッシベーション膜１１０の上には埋め込み層１１１を形成しなかったが、これに代えて、パッド電極１１６上のパッシベーション膜１１０の上に埋め込み層１１１を形成してもよい。
【００３６】
さらに、図１に示すように、撮像領域ＲＡの埋め込み層１１１の上には、例えば接着層としても機能する平坦化樹脂層１１２が形成されている。平坦化樹脂層１１２の上には、例えば青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）の各色のカラーフィルタ（緑はカラーフィルタ１１３、青、赤は図示省略）が画素毎に形成されている。各カラーフィルタ上には、カラーフィルターの色毎の段差を低減するための平坦化層１１４を介して、マイクロレンズ１１５が形成されている。
【００３７】
尚、パッド電極領域ＲＢにはカラーフィルタは形成されない。また、パッド電極領域ＲＢの第４絶縁膜１０９Ｃ上に形成された各層（パッシベーション膜１１０、埋め込み層１１１、平坦化樹脂層１１２、平坦化層１１４、及びマイクロレンズ１１５を構成する樹脂層）は、パッド電極１１６の上面が露出するように開口されている。
【００３８】
以上に説明した本実施形態の固体撮像装置によると、フォトダイオード１０１の上方に位置する絶縁膜積層構造に形成された凹部（導波路凹部）１５０内に高屈折率物質を埋め込むことにより光導波路が構成されていると共に、パッド電極１１６上に形成されるパッシベーション膜１１０が高屈折率物質として凹部１５０内に埋め込まれている。このため、高耐熱性と高屈折率とを備えた光導波路をより簡単な工程によって形成することができる。
【００３９】
また、本実施形態の固体撮像装置によると、半導体基板１００の受光面に対して平行な面における凹部１５０の断面積が、当該受光面から遠ざかるに従って大きくなる。このため、凹部１５０のアスペクト比が大きい場合にも、凹部１５０の側面及び底面を比較的薄いパッシベーション膜１１０、例えば窒化シリコン膜により被覆することにより、パッシベーション膜１１０が凹部１５０の入口を塞いで凹部１５０内に空洞が生じることを防止できる。従って、パッシベーション膜１１０上に凹部１５０が完全に埋まるように埋め込み層１１１、例えば樹脂層を形成することができる。すなわち、凹部１５０内に空洞を生じることなく高屈折率物質を埋め込むことが可能となるため、導波路を形成しない場合よりも集光率を高く維持することができる。これにより、イメージセンサ等の固体撮像装置の基本機能である、レンズからフォトダイオードへの光の集光を最大化することができるので、高感度な固体撮像装置を実現することができる。
【００４０】
尚、本実施形態において、パッド電極１１６上に形成されるパッシベーション膜１１０を高屈折率物質として凹部１５０内に埋め込んだが、これに代えて、パッシベーション膜１１０とは別の高屈折率物質からなる膜を、埋め込み層１１１の下地として凹部１５０内に形成してもよい。
【００４１】
また、本実施形態の固体撮像装置において、例えば同一チップ上にロジック回路などが混載される構成を採用することも可能である。この場合、光導波路を構成するパッシベーション膜（凹部１５０内に埋め込まれるパッシベーション膜１１０）を、ロジック回路領域などの他の領域においてもパッシベーション膜として用いてもよい。
【００４２】
（第１の実施形態の変形例）
図５は、第１の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の構成を模式的に示す断面図である。尚、図５においては、撮像領域に設けられた複数の画素のうちの任意の一画素の構成を、パッド電極領域の構成と合わせて示している。また、図５においては、図１に示す第１の実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付すことにより、重複する説明を省略する。
【００４３】
本変形例が第１の実施形態と異なっている点は、図５に示すように、最下層の拡散防止膜（つまり第１拡散防止膜１０８Ａ）の底面よりも基板表面に近い位置に、例えば窒化シリコン層やＳｉＯＣ層などからなるエッチングストップ層１１８が形成されており、凹部１５０の底面とエッチングストップ層１１８の上面とが一致していることである。すなわち、基板表面から凹部１５０の底面までの距離は、基板表面からエッチングストップ層１１８の上面までの距離と実質的に同じである。ここで、エッチングストップ層１１８下側の絶縁膜１０６Ａ、及びエッチングストップ層１１８上側の絶縁膜１０６Ｂはそれぞれ例えば酸化シリコンから構成されていてもよい。
【００４４】
本変形例によると、ドライエッチングを用いて凹部１５０を形成する際に、工程で工程を使用する場合、エッチングストップ層１１８を予め形成しておくことにより、エッチングをエッチングストップ層１１８で停止させることができる。このため、画素ごとの凹部１５０の深さばらつきを極めて小さくすることができるため、画素ごとの集光率（感度）などの特性ばらつきを抑制することが可能となる。従って、凹部１５０の深さばらつきに起因する感度等の特性ばらつきを抑制して感度等の特性を向上させることができる。
【００４５】
尚、本変形例において、第１拡散防止膜１０８Ａの下面と第１銅配線１０７Ａの下面との間にエッチングストップ層１１８を形成した。しかし、これに代えて、第１銅配線１０７Ａの直下、又は第１銅配線１０７Ａの下面とゲート電極１０５の上面との間に、エッチングストップ層１１８を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、導波路凹部内に空洞を生じることなく高屈折率物質を埋め込むことを可能とするものであり、固体撮像装置として有用である。
【符号の説明】
【００４７】
１００    半導体基板
１０１    フォトダイオード
１０１Ａ  電荷蓄積層
１０１Ｂ  表面層
１０２    素子分離領域
１０３    ゲート絶縁膜
１０４    反射防止用絶縁膜
１０５    ゲート電極
１０６    第１絶縁膜
１０７Ａ  第１銅配線
１０７Ｂ  第２銅配線
１０７Ｃ  第３銅配線
１０８Ａ  第１拡散防止膜
１０８Ｂ  第２拡散防止膜
１０８Ｃ  第３拡散防止膜
１０９Ａ  第２絶縁膜
１０９Ｂ  第３絶縁膜
１０９Ｃ  第４絶縁膜
１１０    パッシベーション膜
１１１    埋め込み層
１１２    平坦化樹脂層
１１３    カラーフィルタ
１１４    平坦化層
１１５    マイクロレンズ
１１６    パッド電極
１１７    開口部
１１８    エッチングストップ層
１５０    凹部
ＲＡ      撮像領域
ＲＢ      パッド電極領域
【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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