(57)【要約】【課題】分光バランスを補正可能な固体撮像装置を実現できるようにする。【解決手段】固体撮像装置は、第１受光部１１１Ａ、第２受光部１１１Ｂ、及び第３受光部１１１Ｃと、第１受光部１１１Ａに対応する第１光導波路１４１Ａ、第２受光部１１１Ｂに対応する第２光導波路１４１Ｂ、及び第３受光部１１１Ｃに対応する第３光導波路１４１Ｃと、第２光導波路１４１Ｂの底面に接して設けられた第２の絶縁膜１２２と、第３光導波路１４１Ｃの底面に接して設けられた第３の絶縁膜１２３とを備えている。第１光導波路１４１Ａの底面と第１受光部１１１Ａの上面との間隔ｄ１は、第２光導波路１４１Ｂの底面と第２受光部１１１Ｂの上面との間隔ｄ２よりも短く、第２光導波路１４１Ｂの底面と第２受光部１１１Ｂの上面との間隔ｄ２は、第３光導波路１４１Ｃの底面と第３受光部１１１Ｃの上面との間隔ｄ３よりも短い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板にそれぞれ設けられた、第１色に対応する第１受光部、第２色に対応する第２受光部、及び第３色に対応する第３受光部と、
前記基板の上に設けられた第１の絶縁膜と、
前記第１の絶縁膜の上に設けられた積層配線層と、
前記第１受光部に対応して設けられた第１光導波路、前記第２受光部に対応して設けられた第２光導波路、及び前記第３受光部に対応して設けられた第３光導波路と、
前記第２光導波路の底面に接して設けられ、前記第１の絶縁膜よりも屈折率が大きい第２の絶縁膜と、
前記第３光導波路の底面に接して設けられ、前記第１の絶縁膜よりも屈折率が大きい第３の絶縁膜とを備え、
前記第１光導波路、前記第２光導波路及び前記第３光導波路は、それぞれ前記積層配線層を貫通し、前記第１の絶縁膜内に達しており、
前記第１光導波路の底面と前記第１受光部の上面との間隔は、前記第２光導波路の底面と前記第２受光部の上面との間隔よりも短く、
前記第２光導波路の底面と前記第２受光部の上面との間隔は、前記第３光導波路の底面と前記第３受光部の上面との間隔よりも短い、固体撮像装置。
【請求項２】
前記第２の絶縁膜の屈折率は、前記第２光導波路の屈折率よりも小さく、
前記第３の絶縁膜の屈折率は、前記第３光導波路の屈折率よりも小さい、請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第１の絶縁膜は、炭素含有酸化シリコン膜及び多孔質膜の少なくとも一方を含む、請求項１又は２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記第２の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜は、酸窒化シリコン膜である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２の絶縁膜及び前記第３の絶縁膜は平面視した場合において重なる領域が存在しない、請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第２の絶縁膜の平面サイズは、前記第２光導波路の上端部の平面サイズと一致している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第３の絶縁膜の平面サイズは、前記第３光導波路の上端部の平面サイズと一致している、請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１光導波路、前記第２光導波路及び前記第３光導波路の上に設けられた平坦化膜と、
前記平坦化膜の上に設けられたカラーフィルタと、
前記カラーフィルタの上に設けられたオンチップレンズとをさらに備えている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第２受光部と前記第１の絶縁膜との間に設けられた反射防止膜をさらに備えている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記第２受光部と前記第２光導波路との間には、前記第２受光部上に設けられた前記反射防止膜と、前記反射防止膜上に設けられた前記第１の絶縁膜と、前記第１の絶縁膜上に設けられた前記第２の絶縁膜とが配置されている、請求項９に記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記基板の上に設けられたゲート電極をさらに備え、
前記第１の絶縁膜は、前記ゲート電極を覆うように設けられている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記基板と前記積層配線層との間には、前記ゲート電極と異なる材料からなる配線は設けられていない、請求項１１に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
前記第１光導波路の底面は、前記ゲート電極の上面よりも前記基板側に設けられている、請求項１１又は１２に記載の固体撮像装置。
【請求項１４】
前記第１光導波路の底面は、前記第１の絶縁膜と接している、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１５】
前記第１光導波路の底面に接して設けられ、前記第１の絶縁膜よりも屈折率が大きい第４の絶縁膜をさらに備えている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１６】
前記第１色は前記第２色よりも波長が短く、
前記第２色は前記第３色よりも波長が短い、請求項１〜１５のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は固体撮像装置に関し、特に光導波路領域を有する固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、デジタルスチールカメラ、デジタルムービー等の撮影装置の小型化、高解像度化、高感度化が進展している。これに伴い、固体撮像装置に対するチップサイズの小型化、多画素化の要望が益々強くなっている。小型化による有効画素数の減少を防ぐために、画素サイズの微細化が年々加速している。
【０００３】
しかし、画素サイズの微細化により、オンチップレンズ及びフォトダイオードに代表される受光部（光電変換素子）等の面積が縮小され、光感度が低下する。このため、光導波路を利用して集光効率を上げることが検討されている。例えば、受光部上に光透過性材料からなる光導波路を設けることにより、オンチップレンズで集光された光を効率よく受光部に入射させることが試みられている。
【０００４】
入射した光により得られる信号電荷の値を表す量子効率は、入射した光の波長（色）によって変化する。一方、オンチップレンズに入射する入射光の光量は、どの色の画素においてもほぼ一定である。また、オンチップレンズ、カラーフィルタ、及び平坦化膜等の入射光が導波する材料の損失もほぼ一定である。このため、各色の画素から出力される信号は、各色の量子効率に比例した値となる。量子効率は画素のサイズの影響を受け、例えば受光部のサイズが１．１μｍ□セルにまで小さくなると、画素サイズが量子効率に与える影響が大きくなる。さらに、画素サイズが量子効率に与える影響は、色ごとに異なっている。このため、画素サイズを微細化すると各色のバランス（分光バランス）が変化する。分光バランスが変化すると、デバイス設計及び回路設計の大きな変更が必要となる。分光バランスを補正することができれば、大きな設計変更をすることなく画素の微細化を実現することが可能となる。
【０００５】
分光バランスを補正するために、以下のような方法が検討されている（例えば、特許文献１を参照。）。光導波路の底部と、受光部の表面との距離を、光導波路により導かれる光の波長の長さに応じて変化させる。具体的には、波長が長い光を受光する画素ほど光導波路の底部と受光部の表面との距離を短くする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２１２５３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、光導波路の底部と受光部の表面との距離を赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の色ごとに調整するためには、光導波路を形成するための開口部を色ごとに形成することが必要になる。このため、リソグラフィの精度に起因する開口部の位置ずれが色ごとに発生する。従って、光導波路とその上に形成する各種の膜との合わせずれが色ごとに発生する。その結果、色ごとに集光精度が変化し、分光バランスを十分に補正することが困難となる。
【０００８】
また、Ｒ、Ｇ、Ｂの色ごとに光導波路用の開口部を形成すると、最初に形成された開口部は残りの２色分の開口部形成工程と合わせて３回のアッシングにさらされる。このため、先に形成された開口部ほどアッシングによる開口部の歪みが大きくなる。これにより、色ごとの集光精度のばらつきが大きくなる。配線層間容量を低減して低消費電力化を図るために、よりポーラスな材料であるＬｏｗ−ｋ膜を層間絶縁膜に用いると、アッシングの影響をさらに受けやすくなる。
【０００９】
本開示の課題は、分光バランスを補正可能な固体撮像装置を実現できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本開示の固体撮像装置の一態様は、基板にそれぞれ設けられた、第１色に対応する第１受光部、第２色に対応する第２受光部、及び第３色に対応する第３受光部と、基板の上に設けられた第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜の上に設けられた積層配線層と、第１受光部に対応して設けられた第１光導波路、第２受光部に対応して設けられた第２光導波路、及び第３受光部に対応して設けられた第３光導波路と、第２光導波路の底面に接して設けられ、第１の絶縁膜よりも屈折率が大きい第２の絶縁膜と、第３光導波路の底面に接して設けられ、第１の絶縁膜よりも屈折率が大きい第３の絶縁膜とを備え、第１光導波路、第２光導波路及び第３光導波路は、それぞれ積層配線層を貫通し、第１の絶縁膜内に達しており、第１光導波路の底面と第１受光部の上面との間隔は、第２光導波路の底面と第２受光部の上面との間隔よりも短く、第２光導波路の底面と第２受光部の上面との間隔は、第３光導波路の底面と第３受光部の上面との間隔よりも短い。
【００１１】
固体撮像装置の一態様において、第２の絶縁膜の屈折率は、第２光導波路の屈折率よりも小さく、第３の絶縁膜の屈折率は、第３光導波路の屈折率よりも小さくてもよい。
【００１２】
固体撮像装置の一態様において、第１の絶縁膜は、炭素含有酸化シリコン膜及び多孔質膜の少なくとも一方を含んでいてもよい。
【００１３】
固体撮像装置の一態様において、第２の絶縁膜及び第３の絶縁膜は、酸窒化シリコン膜であってもよい。
【００１４】
固体撮像装置の一態様において、第２の絶縁膜及び第３の絶縁膜は平面視した場合において重なる領域が存在しなくてもよい。
【００１５】
固体撮像装置の一態様において、第２の絶縁膜の平面サイズは、第２光導波路の上端部の平面サイズと一致していてもよい。
【００１６】
固体撮像装置の一態様において、第３の絶縁膜の平面サイズは、第３光導波路の上端部の平面サイズと一致していてもよい。
【００１７】
固体撮像装置の一態様において、第１光導波路、第２光導波路及び第３光導波路の上に設けられた平坦化膜と、平坦化膜の上に設けられたカラーフィルタと、カラーフィルタの上に設けられたオンチップレンズとをさらに備えていてもよい。
【００１８】
固体撮像装置の一態様において、第２受光部と第１の絶縁膜との間に設けられた反射防止膜をさらに備えていてもよい。
【００１９】
固体撮像装置の一態様において、第２受光部と第２光導波路との間には、第２受光部上に設けられた反射防止膜と、反射防止膜上に設けられた第１の絶縁膜と、第１の絶縁膜上に設けられた第２の絶縁膜とが配置されていてもよい。
【００２０】
固体撮像装置の一態様において、基板の上に設けられたゲート電極をさらに備え、第１の絶縁膜は、ゲート電極を覆うように設けられていてもよい。
【００２１】
固体撮像装置の一態様において、基板と積層配線層との間には、ゲート電極と異なる材料からなる配線は設けられていない構成としてもよい。
【００２２】
固体撮像装置の一態様において、第１光導波路の底面は、ゲート電極の上面よりも基板側に設けられていてもよい。
【００２３】
固体撮像装置の一態様において、第１光導波路の底面は、第１の絶縁膜と接していてもよい。
【００２４】
固体撮像装置の一態様において、第１光導波路の底面に接して設けられ、第１の絶縁膜よりも屈折率が大きい第４の絶縁膜をさらに備えていてもよい。
【００２５】
固体撮像装置の一態様において、第１色は第２色よりも波長が短く、第２色は第３色よりも波長が短くてもよい。
【発明の効果】
【００２６】
本開示の固体撮像装置によれば、分光バランスを補正可能な固体撮像装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一実施形態に係る個体撮像装置を示す断面図である。
【図２】一実施形態に係る個体撮像装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図３】一実施形態に係る個体撮像装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図４】一実施形態に係る個体撮像装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図５】一実施形態に係る個体撮像装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図６】一実施形態に係る個体撮像装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図７】一実施形態に係る個体撮像装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図８】一実施形態に係る個体撮像装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図９】一実施形態に係る個体撮像装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図１０】一実施形態に係る個体撮像装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図１１】一実施形態に係る個体撮像装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図１２】一実施形態に係る個体撮像装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図１３】一実施形態に係る個体撮像装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図１４】一実施形態に係る個体撮像装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図１５】一実施形態に係る個体撮像装置の製造方法における一工程を示す断面図である。
【図１６】一実施形態に係る個体撮像装置の変形例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本開示において、ＡはＢの「上」に設けられている又は形成されているという表現は、ＡとＢとの間に他の部材が介在している場合と、ＡとＢとが接している場合との両方を含む。
【００２９】
以下の実施形態において、セルのサイズは１．１μｍであるとして説明を行う。但し、セルのサイズはこの値に限定されず、任意に変更してかまわない。第１色は赤（Ｒ）、第２色は緑（Ｇ）、第３色は青（Ｂ）であるとして説明を行うが、第１色が第２色よりも波長が長く、第２色が第３色よりも波長が長ければ、各色は任意に変更してかまわない。
【００３０】
図１は、本実施形態の固体撮像装置の断面構成を示している。図１に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、シリコン基板等の基板１０１の上部に第１色を受光する第１受光部１１１Ａ、第２色を受光する第２受光部１１１Ｂ、第３色を受光する第３受光部１１１Ｃが設けられている。以下において、第１受光部１１１Ａ〜第３受光部１１１Ｃをまとめて単に受光部１１１という場合がある。受光部１１１は、フォトダイオード等の光電変換素子である。基板１０１の各受光部１１１の間には素子分離領域１１３が設けられている。受光部１１１及び素子分離領域１１３を含む基板１０１の上にはゲート絶縁膜１１４が設けられている。ゲート絶縁膜１１４は、例えば酸化シリコン（ＳｉＯ2）膜である。受光部１１１の間においてゲート絶縁膜１１４の上にゲート電極１１５が設けられている。ゲート電極１１５は受光部１１１からの信号電荷の読み出し及び転送を行う。ゲート電極１１５は、例えばポリシリコン膜からなる。ゲート電極１１５の間のゲート絶縁膜１１４の上に反射防止膜１１６が設けられている。反射防止膜１１６はゲート電極１１５の側面を覆っていてよい。反射防止膜１１６は、例えば窒化シリコン（ＳｉＮ）膜である。ゲート電極１１５及び反射防止膜１１６を覆うように基板１０１の上には層間絶縁膜である第１の絶縁膜１２１が設けられている。第１の絶縁膜１２１は、例えばＳｉＯ2膜である。
【００３１】
第１の絶縁膜１２１の上には、積層配線層１３１が設けられている。積層配線層１３１は、第１配線層と第２配線層とを含む。但し、積層配線層１３１は、２層に限らず３以上の配線層が積層されていてもよい。第１配線層は、ＳｉＮ膜からなるストッパ膜１３２と、ストッパ膜１３２の上に設けられたＳｉＯ2膜からなる配線間膜１３３と、配線間膜１３３に埋め込まれた第１銅配線１３４と、配線間膜１３３の上に設けられたＳｉＮ膜からなる拡散防止膜１３５とを含む。第２配線層は、拡散防止膜１３５の上に設けられたＳｉＯ2膜からなる配線間膜１３６と、配線間膜１３６に埋め込まれた第２銅配線１３７と、配線間膜１３６の上に設けられたＳｉＮ膜からなる拡散防止膜１３８とを有している。第１銅配線１３４と第２銅配線１３７とは、ビア（図示せず）により接続されている。
【００３２】
積層配線層１３１に含まれる配線とゲート電極１１５とは、第１の絶縁膜１２１を貫通するコンタクトプラグ（図示せず）により接続されていてよい。第１の絶縁膜１２１には、ゲート電極１１５と異なる材料からなる配線は埋め込まれていなくてよい。
【００３３】
積層配線層１３１の第１受光部１１１Ａに対応する位置には、第１光導波路１４１Ａが設けられ、第２受光部１１１Ｂに対応する位置には、第２光導波路１４１Ｂが設けられ、第３受光部１１１Ｃに対応する位置には、第３光導波路１４１Ｃが設けられている。以下において、第１光導波路１４１Ａ〜第３光導波路１４１Ｃをまとめて単に光導波路１４１という場合がある。光導波路１４１は積層配線層１３１を貫通し、第１の絶縁膜１２１内に到達している。光導波路１４１は、例えば上端部の径が下端部の径よりも大きい円錐柱状とすることができる。上端部の径は７００ｎｍ程度とすることができる。
【００３４】
第１光導波路１４１Ａの底面（基板１０１側の面）と第１受光部１１１Ａの上面との間隔ｄ１は、第２光導波路１４１Ｂの底面と第２受光部１１１Ｂの上面との間隔ｄ２よりも小さい。第２光導波路１４１Ｂの底面と第２受光部１１１Ｂの上面との間隔ｄ２は、第３光導波路１４１Ｃの底面と第３受光部１１１Ｃの上面との間隔ｄ３よりも小さい。ｄ１、ｄ２及びｄ３の値は、受光する光の波長における量子効率に応じて決定すればよい。
【００３５】
例えば、第１の絶縁膜１２１の膜厚が４００ｎｍ程度の場合には、第１光導波路１４１Ａの底面と第１の絶縁膜１２１の下面（基板１０１側の面）との間隔は１００ｎｍ〜１５０ｎｍ程度とすればよい。第２光導波路１４１Ｂと第１の絶縁膜１２１の下面との間隔は２００ｎｍ〜２５０ｎｍ程度とすればよい。第３光導波路１４１Ｃと第１の絶縁膜１２１の下面との間隔は３００ｎｍ〜３５０ｎｍ程度とすればよい。第１光導波路１４１Ａの底面は、ゲート電極１１５の上面よりも下側（基板１０１側）に位置していてかまわない。但し、ゲート電極１１５の上面よりも上側に位置していてもよい。
【００３６】
第２光導波路１４１Ｂの底面は、第１の絶縁膜１２１内に埋め込まれた第２の絶縁膜１２２と接している。第３光導波路１４１Ｃの底面は、第１の絶縁膜１２１内に埋め込まれた第３の絶縁膜１２３と接している。第２の絶縁膜１２２は、第３の絶縁膜１２３よりも基板１０１側に設けられている。
【００３７】
第２の絶縁膜１２２は、第２受光部１１１Ｂの上方に設けられているが、第１受光部１１１Ａ及び第３受光部１１１Ｃの上方には設けられていない。第３の絶縁膜１２３は、第３受光部１１１Ｃの上方に設けられているが、第１受光部１１１Ａ及び第２受光部１１１Ｂの上方には設けられていない。エッチングストッパ膜として機能する第２の絶縁膜１２２及び第３の絶縁膜１２３は、対応する受光部に対して１層だけ設ければよく、複数層を設ける必要はない。このため、平面視したときに第２の絶縁膜１２２及び第３の絶縁膜１２３は互いに重なる領域が存在しなくてよい。従って、第２受光部１１１Ｂと第２光導波路の間には、第２受光部１１１Ｂ側から順にゲート絶縁膜１１４、反射防止膜１１６、第１の絶縁膜１２１、第２の絶縁膜１２２が形成されており、第３受光部１１１Ｃと第３光導波路の間には、第３受光部１１１Ｃ側から順にゲート絶縁膜１１４、反射防止膜１１６、第１の絶縁膜１２１、第３の絶縁膜１２３が形成されていることになる。
【００３８】
第２の絶縁膜１２２及び第３の絶縁膜１２３の平面サイズは、それぞれ第２光導波路１４１Ｂの上端部の平面サイズ及び第３光導波路１４１Ｃの上端部の平面サイズと一致するようにしてかまわない。サイズが一致しているとは、完全に同一の大きさである場合だけでなく、プロセスの精度等に起因する差異があってもよい。例えば、数％〜１０％程度以下の差異がある場合が含まれる。
【００３９】
光導波路１４１は、第１の絶縁膜１２１、配線間膜１３３及び配線間膜１３６よりも屈折率が高い材料により形成することができる。具体的には、第１の絶縁膜１２１等の屈折率が１．４〜１．５程度である場合には、光導波路１４１を屈折率が１．８〜２．３程度の材料により形成することが好ましい。
【００４０】
第２の絶縁膜１２２及び第３の絶縁膜１２３の屈折率は、第１の絶縁膜１２１等の屈折率と光導波路１４１の屈折率との間の値とすることができる。例えば、第１の絶縁膜１２１等の屈折率が１．４〜１．５程度であり、光導波路１４１の屈折率が１．８〜２．３程度の場合には、第２の絶縁膜１２２及び第３の絶縁膜１２３の屈折率を１．６〜１．７程度とすることが好ましい。具体的には第２の絶縁膜１２２及び第３の絶縁膜１２３は酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）膜等とすることができる。ＳｉＯＮ膜は成膜中に取り込んだ水素を放出する。このため、第２の絶縁膜１２２及び第３の絶縁膜１２３をＳｉＯＮ膜とすれば、水素シンタリング効果により、基板１０１を加工する際に発生した汚染物質又は基板表面の界面準位に起因するいわゆる白キズを低減する効果も得られる。
【００４１】
図１においては、積層配線層１３１よりも上側において、隣接する光導波路１４１同士が互いに接続されて一体となっている。但し、すべての光導波路１４１が一体となっていなくてもよく、すべての光導波路１４１が独立していてもよい。また、光導波路１４１の上端部が積層配線層１３１の上端部よりも上側に位置していなくてもよい。光導波路１４１の上端部と積層配線層１３１の上端部とが一致していてもよい。
【００４２】
光導波路１４１の上には平坦化膜１５１が設けられている。平坦化膜１５１の上には、第１受光部１１１Ａと対応する位置に第１カラーフィルタ１５３Ａが設けられ、第２受光部１１１Ｂと対応する位置に第２カラーフィルタ１５３Ｂが設けられ、第３受光部１１１Ｃと対応する位置に第３カラーフィルタ１５３Ｃが設けられている。例えば、第１カラーフィルタ１５３Ａは赤色カラーフィルタであり、第２カラーフィルタ１５３Ｂは緑色カラーフィルタであり、第３カラーフィルタ１５３Ｃは青色カラーフィルタである。以下において、第１カラーフィルタ１５３Ａ〜第３カラーフィルタ１５３Ｃをまとめて単にカラーフィルタ１５３という場合がある。カラーフィルタ１５３の上にはオンチップレンズ１５５が設けられている。
【００４３】
以下に、本実施形態の固体撮像装置の製造方法について説明する。まず、図２に示すように、基板１０１に受光部１１１と、隣接する受光部１１１を分離する素子分離領域１１３を形成する。受光部１１１及び素子分離領域１１３を形成した基板１０１の上に、ゲート絶縁膜１１４を形成する。ゲート絶縁膜１１４はＳｉＯ2膜とすればよい。続いて、ゲート絶縁膜１１４の上にゲート電極１１５を形成する。ゲート電極１１５は、ポリシリコン膜とすればよい。ゲート電極１１５は、受光部１１１の間の領域に形成すればよい。ゲート電極１１５の間のゲート絶縁膜１１４の上及びゲート電極１１５の側面を覆うように反射防止膜１１６を形成する。反射防止膜１１６は、ライトリードープドレイン（ＬＤＤ）構造を形成するためのＳｉＮ膜を利用することができる。反射防止膜１１６は高屈折率材料からなることが好ましい。受光部１１１の上における反射防止膜１１６の厚さが２０ｎｍ〜６０ｎｍ程度となるように、エッチング等を行ってもよい。受光部１１１の上における反射防止膜１１６の厚さを調整することにより、光の強度を大きくすることができる。
【００４４】
次に、図３に示すように、基板１０１上の全面に第１の絶縁膜となる絶縁膜１２１ａを形成する。絶縁膜１２１ａはＳｉＯ2膜とすればよい。絶縁膜１２１ａの厚さは２００ｎｍ程度とすればよい。絶縁膜１２１ａの上に第２の絶縁膜１２２を形成する。第２の絶縁膜１２２はＳｉＮ膜又はＳｉＯＮ膜等とすることができる。第２の絶縁膜１２２の厚さは５０ｎｍ程度とすることができる。
【００４５】
次に、図４に示すように、第２の絶縁膜１２２の上に幅が７００ｎｍ程度のレジストマスク１６１を形成する。レジストマスク１６１は、第２の絶縁膜１２２の第２受光部１１１Ｂに対応する部分を覆い、他の部分を露出するようにする。
【００４６】
次に、図５に示すように、レジストマスク１６１を用いて第２の絶縁膜１２２をドライエッチングする。ドライエッチングには、異方性で、絶縁膜１２１ａに対する第２の絶縁膜１２２の選択比が高い条件を用いればよい。例えば、絶縁膜１２１ａがＳｉＯ2膜で、第２の絶縁膜１２２がＳｉＮ膜である場合、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等を用いればよい。この場合、ＳｉＯ2膜に対するＳｉＮ膜の選択比を５以上とすることができる。
【００４７】
次に、図６に示すように、基板１０１上の全面に、絶縁膜１２１ｂを形成する。絶縁膜１２１ｂはＳｉＯ2膜とすればよい。絶縁膜１２１ｂの厚さは１００ｎｍ程度とすればよい。絶縁膜１２１ｂの上に第３の絶縁膜１２３を形成する。第３の絶縁膜１２３はＳｉＮ膜又はＳｉＯＮ膜等とすることができる。第３の絶縁膜１２３の厚さは５０ｎｍ程度とすることができる。
【００４８】
次に、図７に示すように、第３の絶縁膜１２３の上に幅が７００ｎｍ程度のレジストマスク１６２を形成する。レジストマスク１６２は、第３の絶縁膜１２３の第３受光部１１１Ｃに対応する部分を覆い、他の部分を露出するようにする。
【００４９】
次に、図８に示すように、レジストマスク１６２を用いて第３の絶縁膜１２３をドライエッチングする。ドライエッチングには、異方性で、絶縁膜１２１ｂに対する第３の絶縁膜１２３の選択比が高い条件を用いればよい。例えば、絶縁膜１２１ｂがＳｉＯ2膜で、第３の絶縁膜１２３がＳｉＮ膜である場合、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等を用いればよい。この場合、ＳｉＯ2膜に対するＳｉＮ膜の選択比を５以上とすることができる。
【００５０】
次に、図９に示すように基板１０１上の全面に、絶縁膜１２１ｃを形成する。絶縁膜１２１ｃはＳｉＯ2膜とすればよい。絶縁膜１２１ｃの厚さは、４００ｎｍ程度とすればよい。
【００５１】
次に、図１０に示すように、化学機械研磨（ＣＭＰ）法等により平坦化処理を行う。これにより、表面が平坦化された第１の絶縁膜１２１が得られる。第１の絶縁膜１２１は、複数の絶縁膜を含む積層膜であり、その厚さは４００ｎｍ程度となる。第２の絶縁膜１２２の上面から第１の絶縁膜１２１の上面までの距離は１５０ｎｍ程度となる。第３の絶縁膜１２３の上面から第１の絶縁膜１２１の上面までの距離は５０ｎｍ程度となる。
【００５２】
次に、図１１に示すように、第１の絶縁膜１２１の上に、積層配線層１３１を形成する。例えば、以下のようにして２つの配線層を形成すればよい。但し、３つ以上の配線層を有する構成としてもよい。まず、第１の絶縁膜１２１の上にＳｉＮ膜からなるストッパ膜１３２を形成し、ストッパ膜１３２の上にＳｉＯ2膜からなる配線間膜１３３を形成する。続いて、ダマシン法により、配線間膜１３３に第１銅配線１３４を形成する。この後、配線間膜１３３の上にＳｉＮ膜等からなる拡散防止膜１３５を形成する。拡散防止膜１３５の上にＳｉＯ2膜からなる配線間膜１３６を形成する。続いて、ダマシン法により配線間膜１３６に第２銅配線１３７を形成する。この際に、第１銅配線１３４と第２銅配線１３７とを接続するビア（図示せず）も同時に形成する。この後、配線間膜１３６の上に、ＳｉＮ膜等からなる、拡散防止膜１３８を形成する。
【００５３】
ストッパ膜１３２の厚さは５０ｎｍ程度とすればよい。配線間膜１３３の厚さは８０ｎｍ程度とすればよい。拡散防止膜１３５の厚さは６０ｎｍ程度とすればよい。配線間膜１３６の厚さは２６５ｎｍ程度とすればよい。拡散防止膜１３８の厚さは６０ｎｍ程度とすればよい。
【００５４】
次に、図１２に示すように、リソグラフィによりレジストマスク１６３を形成する。レジストマスク１６３は、積層配線層１３１の受光部１１１に対応する位置に開口を有する。開口の幅は７００ｎｍ程度とすればよい。
【００５５】
次に、図１３に示すように、レジストマスク１６３を用いてドライエッチングを行う。これにより積層配線層１３１を貫通し第１の絶縁膜１２１内に到達する開口部１７１を形成する。ドライエッチングは、ＲＩＥ法等の異方性のエッチング条件を用いる。まず、ＳｉＯ2膜とＳｉＮ膜との選択比が１に近い条件によりエッチングを行う。例えば、５Ｐａ程度の圧力において、ＣＦ4（又はＣＨＦ3）、Ａｒ及びＯ2をそれぞれ５０ｓｃｃｍ、１５００ｓｃｃｍ及び３０ｓｃｃｍ程度の流量で供給し、下部バイアスを１０００Ｗ程度にしてエッチングを行えばよい。この後、ＳｉＯ2膜である第１の絶縁膜１２１に対するＳｉＮ膜である第２の絶縁膜１２２及び第３の絶縁膜１２３の選択比が高い条件でエッチングを行う。例えば、５Ｐａ程度の圧力において、Ｃ4Ｆ8、Ａｒ及びＯ2をそれぞれ５０ｓｃｃｍ、１５００ｓｃｃｍ及び３０ｓｃｃｍ程度の流量で供給し、下部バイアスを２０００Ｗ程度にしてエッチングを行えばよい。これにより、第２受光部１１１Ｂに対応する位置においては、第２の絶縁膜１２２をエッチングストッパ膜としてエッチングが停止させ、第３受光部１１１Ｃに対応する位置においては、第３の絶縁膜１２３をエッチングストッパ膜としてエッチングを停止させることができる。
【００５６】
第１受光部１１１Ａに対応する位置において開口部１７１の底面と反射防止膜１１６の上面との間隔を１００ｎｍ〜１５０ｎｍ程度とすると、第２の絶縁膜１２２の膜減り量は、１５ｎｍ〜２０ｎｍ程度となり、第３の絶縁膜１２３の膜減り量は、２０ｎｍ〜２５ｎｍ程度となる。
【００５７】
開口部１７１の底部の寸法を６００ｎｍ程度とし、エッチングストッパ膜である第２の絶縁膜１２２及び第３の絶縁膜１２３の寸法を７００ｎｍ程度に設定した。このようにすれば、重ね合わせずれを考慮しても開口部１７１の底部の位置とエッチングストッパ膜の位置とを十分に合わせることができる。開口部１７１の底部の寸法及びエッチングストッパ膜の寸法は、重ね合わせずれが発生した場合においても、エッチングストッパ膜に対して開口部１７１の底部がはみ出すことがなければ、自由に設定してよい。
【００５８】
次に、図１４に示すように、高密度プラズマＣＶＤ法等を用いて、開口部１７１に光透過性材料を埋め込む。続いて、エッチバック法又はＣＭＰ法等により、積層配線層１３１が露出しない程度に光透過性材料の表面を平坦化する。これにより、光導波路１４１が得られる。光透過性材料は配線間膜１３６、配線間膜１３３及び第１の絶縁膜１２１よりも屈折率が高い材料を用いることが好ましい。例えば、ＳｉＮ等を用いることができる。これにより光導波路内に光を閉じ込めることができる。
【００５９】
次に、図１５に示すように、光導波路１４１の上の全面に平坦化膜１５１を形成する。続いて、カラーフィルタ１５３及びオンチップレンズ１５５を順次形成する。
【００６０】
本実施形態の固体撮像装置は、受光部が受光する光の波長（色）ごとに光導波路１４１の底面の位置が異なっている。しかし、光導波路１４１を形成するための開口部１７１を１回のエッチング工程により形成することができる。このため、色ごとに開口部１７１を形成する場合と比べて、光導波路１４１と、カラーフィルタ１５３及びオンチップレンズ１５５との合わせずれの影響を小さくすることができる。
【００６１】
また、光導波路１４１を形成するための開口部１７１を１回のエッチング工程により形成することができるため、複数回に別けて開口部１７１を形成する場合と比べて、積層配線層１３１の配線間膜に与えるダメージが小さい。このため、本実施形態の固体撮像装置は、積層配線層１３１の配線間膜として炭素含有酸化シリコン（ＳｉＯＣ）膜又は多孔質膜等のＬｏｗ−ｋ膜を用いることも容易にできる。第１の絶縁膜１２１内に第２の絶縁膜１２２及び第３の絶縁膜１２３を埋め込むために、第１の絶縁膜１２１は複数回のエッチング及びアッシングにさらされる。しかし、第１の絶縁膜１２１をＳｉＯ2膜とすれば、第１の絶縁膜１２１に大きなダメージが生じることはない。本実施形態においては、第１の絶縁膜１２１を構成する絶縁膜１２１ａ、絶縁膜１２１ｂ及び絶縁膜１２１ｃをすべてＳｉＯ2膜とする例を示したが、異なる材料からなる膜を含む構成としてもよい。
【００６２】
本実施形態では、第１光導波路１４１Ａの底面はエッチングストッパ膜と接していない。しかし、図１６に示すように、第１光導波路１４１Ａの底面が、エッチングストッパ膜である第４の絶縁膜１２４と接する構成としてもよい。このようにすれば、第１受光部１１１Ａの上面と第１光導波路１４１Ａの底面との間隔ｄ１もエッチングストッパ膜により規定することができる。従って、第１受光部１１１Ａの上面と第１光導波路１４１Ａの底面との間隔をより高精度に設定できる。第４の絶縁膜１２４の材質及びサイズ等は第２の絶縁膜１２２及び第３の絶縁膜１２３と同様にすればよい。また、第４の絶縁膜１２４は、第２の絶縁膜１２２及び第３の絶縁膜１２３と同様にして形成することができる。
【００６３】
本実施形態においては、同じ色の光を受光する受光部１１１は、光導波路１４１の底面と受光部１１１の上面との間隔が同じである例を示した。しかし、同じ色の光を受光する受光部１１１についても、光導波路１４１の底面と受光部１１１の上面との間隔を調整することができる。例えば、受光部１１１が設けられているエリアごとに、光導波路１４１の底面と受光部１１１の上面との間隔を調整してもよい。また、個々の受光部１１１について光導波路１４１の底面と受光部１１１の上面との間隔を調整してもよい。
【００６４】
本実施形態においては、それぞれが赤色、緑色及び青色の光を透過するカラーフィルタを設け、第１受光部１１１Ａが赤色の光を受光し、第２受光部１１１Ｂが緑色の光を受光し、第３受光部１１１Ｃが青色の光を受光する例を示した。しかし、他の色の光を透過するカラーフィルタを設けてもよい。例えば、赤色、緑色及び青色の補色を透過するカラーフィルタを設けてもよい。また、オレンジ色の光、青緑色の光を透過するカラーフィルタ等を設けることもできる。受光部１１１、光導波路１４１及びカラーフィルタ１５３をそれぞれ３種類としたが、４種類以上としてもよい。
【００６５】
本実施形態において、ＣＭＯＳ型の固体撮像装置を示したが、ＣＣＤ型等の他のタイプの固体撮像装置に、同様の構成の光導波路を設けることができる。また、固体撮像装置以外の装置に同様の構成の光導波路を適用することも可能である。
【００６６】
本実施形態では、本発明をその好適な具体例により説明するものであり、本発明は、上述した実施形態に限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本開示の固体撮像装置は、分光バランスを補正可能であり、固体撮像装置として有用である。
【符号の説明】
【００６８】
１０１      基板
１１１      受光部
１１１Ａ    第１受光部
１１１Ｂ    第２受光部
１１１Ｃ    第３受光部
１１３      素子分離領域
１１４      ゲート絶縁膜
１１５      ゲート電極
１１６      反射防止膜
１２１      第１の絶縁膜
１２１ａ    絶縁膜
１２１ｂ    絶縁膜
１２１ｃ    絶縁膜
１２２      第２の絶縁膜
１２３      第３の絶縁膜
１２４      第４の絶縁膜
１３１      積層配線層
１３２      ストッパ膜
１３３      配線間膜
１３４      第１銅配線
１３５      拡散防止膜
１３６      配線間膜
１３７      第２銅配線
１３８      拡散防止膜
１４１      光導波路
１４１Ａ    第１光導波路
１４１Ｂ    第２光導波路
１４１Ｃ    第３光導波路
１５１      平坦化膜
１５３      カラーフィルタ
１５３Ａ    第１カラーフィルタ
１５３Ｂ    第２カラーフィルタ
１５３Ｃ    第３カラーフィルタ
１５５      オンチップレンズ
１６１      レジストマスク
１６２      レジストマスク
１６３      レジストマスク
１７１      開口部
【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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