(57)【要約】【課題】導波路を構成する光透過性材料の埋め込み性を改善して、集光効率の向上を図り、また固体撮像素子の信頼性を確保する。【解決手段】光を受光して光電変換を行う受光部１と、該受光部１を備えた基体上を覆う絶縁膜５中に形成された配線層７ａ，７ｂと、該配線層７ａ，７ｂを避けるように前記絶縁膜５中に形成された光透過性材料からなる導波路２０とを具備し、前記導波路２０が外部からの入射光を前記受光部１まで導くように構成された固体撮像素子において、前記導波路２０に、光の入射側から前記配線層７ａ，７ｂの脇部に向けて該導波路２０の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する第１傾斜部２０ｄと、傾斜を持たない無傾斜部とを形成する。【選択図】図５
2008103757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成されるとともに、
前記導波路は、その側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、
前記第１の側面部は、前記第２の側面部と異なる形状に形成されており、
前記第１の側面部が、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有している固体撮像素子の製造方法であって、
前記複数層の配線層のうちの最上層に適用した銅拡散防止膜上に層間膜を形成し、
前記層間膜上にマスクとなるレジストをパターニングし、
前記レジストをマスクに前記層間膜を等方的にエッチング加工して、前記導波路の前記第１傾斜部となる部分を形成し、
その後、異方性エッチングで前記絶縁膜中に前記導波路の前記無傾斜部となる部分を形成する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記エッチング加工時のストッパ膜として前記銅拡散防止膜を利用する
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成された固体撮像素子において、
前記導波路は、その側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、
前記第１の側面部は、前記第２の側面部と異なる形状に形成されており、
前記第１の側面部は、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有しており、
前記傾斜部は、前記導波路を形成するための開口部の側面のみに残された絶縁膜を有する
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
前記傾斜部は、前記側面のみに残された絶縁膜を、当該導波路の外管となる金属膜が覆うことによって形成されている
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記導波路の上方部分に、当該導波路に光を集光させる凹レンズが形成されている
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像素子。
【請求項６】
光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成されるとともに、
前記導波路は、その側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、
前記第１の側面部は、前記第２の側面部と異なる形状に形成されており、
前記第１の側面部が、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有している固体撮像素子の製造方法であって、
前記複数層の配線層のうちの最上層の上に形成された層間膜に開口部を形成し、
前記開口部の形成後に絶縁膜を成膜するとともに、前記開口部の側面にのみ前記絶縁膜が残るように当該絶縁膜に対する加工を行い、
前記開口部の形成位置に合わせて導波路孔を形成する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
前記導波路孔の形成後に前記導波路の外管となる金属膜を成膜して、前記絶縁膜の形成箇所を覆う前記金属膜によって前記導波路の前記傾斜部となる部分を形成し、前記絶縁膜の形成箇所を除く箇所を覆う前記金属膜によって前記導波路の前記第２の側面部となる部分を形成する
ことを特徴とする請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記金属膜が成膜された前記導波路孔内に前記光透過性材料を埋め込んで前記導波路を形成するとともに、前記光透過性材料の上層に当該光透過性材料よりも屈折率の高い材料の層を成膜して、当該層が前記導波路の上方部分にのみ残るように加工を行って凹レンズを形成する
ことを特徴とする請求項６記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成された固体撮像素子において、
前記導波路は、その側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、
前記第１の側面部は、前記第２の側面部と異なる形状に形成されており、
前記第１の側面部は、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有しており、
前記導波路の底部となる位置には、上凸状の集光レンズが形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１０】
光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成されるとともに、
前記導波路は、その側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、
前記第１の側面部は、前記第２の側面部と異なる形状に形成されており、
前記第１の側面部が、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有している固体撮像素子の製造方法であって、
前記基体上にレジストをパターニングするとともに、前記レジストに熱処理を施して当該レジストを丸め、
その後、前記基体と前記レジストとを同一のエッチングレートで加工して、前記導波路の底部となる位置に上凸状の集光レンズを形成する
ことを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成された固体撮像素子において、
前記導波路は、その側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、
前記第１の側面部は、前記第２の側面部と異なる形状に形成されており、
前記第１の側面部は、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有しており、
前記導波路の底部となる位置には、凸レンズと凹レンズを組み合わせた構造の集光レンズが形成されている
ことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１２】
光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成されるとともに、
前記導波路は、その側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、
前記第１の側面部は、前記第２の側面部と異なる形状に形成されており、
前記第１の側面部が、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有している固体撮像素子の製造方法であって、
前記基体上に第一レジストをパターニングするとともに、前記第一レジストを利用して前記基体の構成膜を等方的に加工して、当該構成膜に凹レンズ形成を行い、
前記凹レンズ形成が行われた前記構成膜上を、当該構成膜より屈折率の高い材料の層を成膜し、
前記屈折率の高い材料の層上に第二レジストをパターニングするとともに、前記第二レジストに熱処理を施して当該第二レジストを丸め、
その後、前記基体と前記第二レジストとを同一のエッチングレートで加工して、前記導波路の底部となる位置に、下凸状で、かつ、上凸状の集光レンズを形成する
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、導波路構造を有した固体撮像素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子の中には、集光効率を上げる手段としての導波路構造を利用したものがある（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。導波路構造では、光を受光して光電変換を行う受光部上に光透過性材料からなる導波路を設け、さらにその上にオンチップレンズを設けた構成にすることで、オンチップレンズで集光された光を効率良く受光部に入射させるようになっている。
【０００３】
図５６は、従来における導波路構造の一例を示す側断面図である。図例のように、導波路構造の固体撮像素子では、表層部側にフォトダイオードとして機能する受光部１を備えた基体上に、ゲート絶縁膜２、素子分離絶縁膜３およびストッパＳｉＮ膜（エッチストッパ膜）４を介して、絶縁膜５が形成されている。この絶縁膜５中には、受光部１からの信号電荷の読み出しおよび転送に必要となる転送ゲート６、多層の配線７、これらの配線７に伴う導電プラグ８が埋め込まれている。さらに、絶縁膜５中の受光部１に対応する箇所には、光透過性材料からなる導波路９が形成されている。そして、その絶縁膜５の上面側にパッシベーション１０、平坦化膜１１およびカラーフィルタ１２を介してオンチップレンズ１３が配設されている。
【０００４】
このような導波路構造において、導波路９は、通常、絶縁膜５に導波路９用の開口を形成して受光部１を露出させた後、その開口に例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により窒化ケイ素（Ｐ−ＳｉＮ）等の光透過性材料を埋め込むことで形成するが、その光透過性材料は絶縁膜５に比して屈折率が高い。したがって、導波路９は、単に受光部１とオンチップレンズ１３とを光学的に接続するだけではなく、導波路９と絶縁膜５との界面にて、臨界角より大きい入射角をもつ入射光を全反射させて、受光部１への集光効率を高めるようにもなっている。
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２８３６６１号公報
【特許文献２】特開２００２−７６３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来における導波路構造では、以下に述べるような問題点が生じてしまうおそれがある。例えば、多層の配線７を有した多層配線構造の固体撮像素子においては、デバイス構造上、その高さが高くなるため、導波路９を形成するための開口を深く設ける必要が生じる。また、固体撮像素子の多画素化に向けて画素面積が小さくなりつつある状況下では、それに伴って導波路９を形成するための開口面積も縮小する必要がある。つまり、導波路９を形成するための開口は、そのアスペクト比が高くなる傾向にある。そのため、開口に光透過性材料を埋め込む際には、その開口の間口部（最上部）への光透過性材料の堆積が促進され、成膜過程で間口径が狭くなってしまい、開口内部への光透過性材料の供給が抑制され、結果として光透過性材料の埋め込み性が悪くなってしまう。このような光透過性材料の埋め込み性の悪化は、形成された導波路９における集光効率の悪化や集光性のばらつき等を招いてしまうおそれがある。
【０００７】
また、多画素化に伴って導波路９の平面的な大きさが小さくなると、光を導波路９内に導くのが困難となり、これによっても集光効率が低くなることが懸念される。この点に関しては、平面的な大きさが極力大きくなるように、導波路９を形成するための開口をエッチングすることも考えられる。ところが、多層配線構造の固体撮像素子においては、配線７のレイアウトパターンの関係上、集光経路となる受光部１の上部に被さるように配線７が入り込む構造となる場合がある。そのため、単に開口面積を大きくしただけでは、その開口をエッチングする際に配線７が削られてしまい、固体撮像素子の信頼性低下や配線７との反応生成物によるパーティクルの発生等が懸念される。
【０００８】
そこで、本発明は、光透過性材料の埋め込み性を改善して、集光効率の向上を図ることができ、また配線削れの発生を抑制して信頼性を確保することのできる固体撮像素子およびその製造方法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】
【０００９】
本発明は、上記目的を達成するために案出された固体撮像素子の製造方法である。すなわち、光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成されるとともに、前記導波路は、その側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、前記第１の側面部は、前記第２の側面部と異なる形状に形成されており、前記第１の側面部が、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有している固体撮像素子の製造方法であって、前記複数層の配線層のうちの最上層に適用した銅拡散防止膜上に層間膜を形成し、前記層間膜上にマスクとなるレジストをパターニングし、前記レジストをマスクに前記層間膜を等方的にエッチング加工して、前記導波路の前記第１傾斜部となる部分を形成し、その後、異方性エッチングで前記絶縁膜中に前記導波路の前記無傾斜部となる部分を形成することを特徴とする。
さらには、前記エッチング加工時のストッパ膜として前記銅拡散防止膜を利用することを特徴とするものであってもよい。
【００１０】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された固体撮像素子である。すなわち、光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成された固体撮像素子において、前記導波路は、その側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、前記第１の側面部は、前記第２の側面部と異なる形状に形成されており、前記第１の側面部は、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有しており、前記傾斜部は、前記導波路を形成するための開口部の側面のみに残された絶縁膜を有することを特徴とする。
さらには、前記傾斜部が、前記側面のみに残された絶縁膜を、当該導波路の外管となる金属膜が覆うことによって形成されていることを特徴とするものであってもよい。
さらにまた、前記導波路の上方部分に、当該導波路に光を集光させる凹レンズが形成されていることを特徴とするものであってもよい。
【００１１】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された固体撮像素子の製造方法である。すなわち、光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成されるとともに、前記導波路は、その側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、前記第１の側面部は、前記第２の側面部と異なる形状に形成されており、前記第１の側面部が、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有している固体撮像素子の製造方法であって、前記複数層の配線層のうちの最上層の上に形成された層間膜に開口部を形成し、前記開口部の形成後に絶縁膜を成膜するとともに、前記開口部の側面にのみ前記絶縁膜が残るように当該絶縁膜に対する加工を行い、前記開口部の形成位置に合わせて導波路孔を形成することを特徴とする。
さらには、前記導波路孔の形成後に前記導波路の外管となる金属膜を成膜して、前記絶縁膜の形成箇所を覆う前記金属膜によって前記導波路の前記傾斜部となる部分を形成し、前記絶縁膜の形成箇所を除く箇所を覆う前記金属膜によって前記導波路の前記第２の側面部となる部分を形成することを特徴とするものであってもよい。
さらにまた、前記金属膜が成膜された前記導波路孔内に前記光透過性材料を埋め込んで前記導波路を形成するとともに、前記光透過性材料の上層に当該光透過性材料よりも屈折率の高い材料の層を成膜して、当該層が前記導波路の上方部分にのみ残るように加工を行って凹レンズを形成することを特徴とするものであってもよい。
【００１２】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された固体撮像素子である。すなわち、光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成された固体撮像素子において、前記導波路は、その側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、前記第１の側面部は、前記第２の側面部と異なる形状に形成されており、前記第１の側面部は、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有しており、前記導波路の底部となる位置には、上凸状の集光レンズが形成されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された固体撮像素子の製造方法である。すなわち、光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成されるとともに、前記導波路は、その側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、前記第１の側面部は、前記第２の側面部と異なる形状に形成されており、前記第１の側面部が、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有している固体撮像素子の製造方法であって、前記基体上にレジストをパターニングするとともに、前記レジストに熱処理を施して当該レジストを丸め、その後、前記基体と前記レジストとを同一のエッチングレートで加工して、前記導波路の底部となる位置に上凸状の集光レンズを形成することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された固体撮像素子である。すなわち、光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成された固体撮像素子において、前記導波路は、その側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、前記第１の側面部は、前記第２の側面部と異なる形状に形成されており、前記第１の側面部は、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有しており、前記導波路の底部となる位置には、凸レンズと凹レンズを組み合わせた構造の集光レンズが形成されていることを特徴とする
【００１５】
また、本発明は、上記目的を達成するために案出された固体撮像素子の製造方法である。すなわち、光を受光して光電変換を行う受光部と、該受光部を備えた基体上を覆う絶縁膜中に形成された複数層の配線層と、該配線層を避けるように前記絶縁膜中に形成された光透過性材料からなる導波路とを具備し、前記導波路が外部からの入射光を前記受光部まで導くように構成されるとともに、前記導波路は、その側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、前記第１の側面部は、前記第２の側面部と異なる形状に形成されており、前記第１の側面部が、光の入射側から前記配線層の脇部に向けて該導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有している固体撮像素子の製造方法であって、前記基体上に第一レジストをパターニングするとともに、前記第一レジストを利用して前記基体の構成膜を等方的に加工して、当該構成膜に凹レンズ形成を行い、前記凹レンズ形成が行われた前記構成膜上を、当該構成膜より屈折率の高い材料の層を成膜し、前記屈折率の高い材料の層上に第二レジストをパターニングするとともに、前記第二レジストに熱処理を施して当該第二レジストを丸め、その後、前記基体と前記第二レジストとを同一のエッチングレートで加工して、前記導波路の底部となる位置に、下凸状で、かつ、上凸状の集光レンズを形成することを特徴とする。
【００１６】
上記構成の固体撮像素子および上記手順の固体撮像素子の製造方法によれば、導波路の側壁面が第１の側面部と第２の側面部とからなり、そのうちの第１の側面部が導波路の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する傾斜部を有している。すなわち、傾斜部が存在していることから、導波路を形成するための開口部が、平面形状の大きさが光の入射側の面から受光部側に向けて小さくなる順テーパー形状となる。
このような順テーパー形状部を有した導波路では、その導波路を構成する光透過性材料が開口の間口部（最上部）に堆積しやすい傾向にあっても、順テーパー形状によって開口の間口部が広くなっているため、その開口に光透過性材料を埋め込む際に間口部が塞がってしまうことがなく、開口内部へ光透過性材料が十分に供給されるようになる。また、例えば多画素化によって受光部の平面形状が小さくなっても、あるいは例えば受光部の上部に配線等が被さるような構造が採用された場合であっても、その配線等との干渉を避けつつ、順テーパー形状によって開口の間口部については広くすることが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る固体撮像素子およびその製造方法によれば、導波路の第１の側面部が傾斜部を有しており、これによって導波路を形成するための開口部が、平面形状の大きさが光の入射側の面から受光部側に向けて小さくなる順テーパー形状を有したものとなっている。したがって、導波路を構成する光透過性材料の埋め込み性を改善して、受光部への集光効率の向上を図ることができ、また配線削れの発生を抑制して、固体撮像素子の信頼性を確保することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面に基づき本発明に係る固体撮像素子およびその製造方法について説明する。
【００１９】
先ず、本発明に係る固体撮像素子の概略構成について説明する。図１は、本発明に係る固体撮像素子の概略構成の一例を示す側断面図である。なお、図中において、従来における固体撮像素子（図５６参照）と同一の構成要素については、同一の符号を付している。
【００２０】
図例のように、ここで説明する固体撮像素子は、フォトダイオードとして機能する受光部１を備えた基体上に、ゲート絶縁膜２、素子分離絶縁膜３およびストッパＳｉＮ膜（エッチストッパ膜）４を介して、絶縁膜５が形成されている。この絶縁膜５中には、受光部１からの信号電荷の読み出しおよび転送に必要となる転送ゲート６、多層の配線７、これらの配線７に伴う導電プラグ８等が埋め込まれている。さらに、絶縁膜５中の受光部１に対応する箇所には、光透過性材料からなる導波路２０が形成されている。そして、その絶縁膜５の上面側にパッシベーション１０、平坦化膜１１およびカラーフィルタ１２を介してオンチップレンズ１３が配設されている。なお、導波路２０は、絶縁膜５に比して屈折率が高い光透過性材料によって形成されている。
【００２１】
ところで、ここで説明する固体撮像素子は、導波路２０の形状が、従来における固体撮像素子（図５６参照）とは異なっている。すなわち、導波路構造が従来の場合とは異なる。本実施形態で説明する導波路構造では、導波路が順テーパー形状部を有している。順テーパー形状部とは、光の入射方向から見た平面形状の大きさが、絶縁膜５の光入射側の面から、受光部１側に向けて徐々に小さくなるテーパー形状の部分のことをいう。
【００２２】
順テーパー形状部は、図例のように、導波路２０の全域にわたって形成することも考えられるが、必ずしも全域にわたって形成する必要はなく、絶縁膜５の光入射側の面から受光部側に向けて受光部１側に向けて、少なくとも導波路２０の一部に形成されていればよい。さらに詳しくは、多層の配線７の中で受光部１上に最も大きく張り出す配線７（図中Ａ参照）よりも光の入射側のみ、すなわち絶縁膜５の光入射側の面からその配線７に達する深さの部分にのみ、順テーパー形状部を配し、それ以外の部分はテーパー形状ではなくストレート形状とすることも考えられる。
【００２３】
また、順テーパー形状部は、受光部１の平面形状ではなく、絶縁膜５中に形成された配線７、特に受光部１上に張り出す配線７に対応した平面形状を有していることが望ましい。
【００２４】
ここで、導波路２０の順テーパー形状部における平面形状について具体例を挙げて説明する。図２〜４は、順テーパー形状部の平面形状の具体例を示す説明図である。
【００２５】
例えば、図２に示すように、受光部１の平面形状が方形状である場合を例に挙げて考える。この場合、導波路２０の平面形状も受光部１に対応して方形状とすることが考えられるが、受光部１上に張り出す配線７が存在していると、その配線７によって光の侵入が妨げられ、その分だけ光の到達面（受光面）が狭くなってしまう。
【００２６】
このことから、導波路２０に順テーパー形状部を設ける場合には、例えば図３に示すように、その順テーパー形状部の光入射側の開口２０ａの形状が方形状であっても、受光部１側の開口２０ｂの形状を、受光部１上に張り出した配線７に対応した平面形状とすることが考えられる。このようにすれば、開口２０ａ側から入射した光を、配線７に遮られることなく、開口２０ｂ側まで集光させることが可能となり、結果として入射光を効率良く受光部１まで到達させることが可能となる。
【００２７】
また、順テーパー形状部は、必ずしも１つのテーパー角のテーパー形状からなるものである必要はなく、例えば異なる２つ以上のテーパー角のテーパー形状を組み合わせてなるものであっても構わない。その場合には、例えば図４に示すように、受光部１側の順テーパー形状部については、上述した図３の場合と同様に形成するが、その順テーパー形状部よりも光入射側の順テーパー形状部については、光入射側の開口２０ｃの形状を開口２０ａよりもさらに広げるようにすることが考えられる。このようにすれば、受光部１側の順テーパー形状部の開口２０ａが狭くても、光入射側の順テーパー形状部の開口２０ｃを広げることにより、より多くの光を受光部１に導くことができるようになる。
【００２８】
図５，６は、本発明に係る固体撮像素子の概略構成の他の例を示す側断面図であり、順テーパー形状部が異なる２つ以上のテーパー角のテーパー形状を組み合わせによる場合の例を示す図である。なお、図中において、上述した固体撮像素子（図１参照）と同一の構成要素については、同一の符号を付している。
【００２９】
図５に示すように、固体撮像素子における導波路２０は、光の入射側から配線層７ａの脇部（図中Ａ参照）に向けて、その導波路２０の平面形状の大きさが徐々に小さくなるように傾斜する第１傾斜部２０ｄを有したものとすることが考えられる。このとき、導波路２０は、第１傾斜部２０ｄに加えて、その第１傾斜部２０ｄとは異なる角度で傾斜する第２傾斜部２０ｅを有しているものとする。ただし、第２傾斜部２０ｅに代わって、全く傾斜を持たない無傾斜部（ただし不図示）を有していてもよい。
このような導波路２０における第１傾斜部２０ｄは、積層方向（上下方向）に重なり合う少なくとも２以上の配線層７ａ，７ｂ同士の位置関係に応じた傾斜角度を有しているものとする。すなわち、上下の各配線層７ａ，７ｂにおける端部の位置に応じて、その傾斜角度が特定されることになる。例えば、図例のように、下側の配線層７ａの端部位置が受光部１上に大きく張り出しているのに対して、上側の配線層７ｂの端部位置が受光部１上に張り出しておらず、互いの端部位置に平面的な違いがある場合には、第１傾斜部２０ｄの傾斜角度は、入射する光の光軸方向に対して大きく傾いたものとなる。
なお、第１傾斜部２０ｄの傾斜角度は、必ずしも配線層７ａ，７ｂの受光部１側における端部がなす角度に一致させる必要はなく、配線層７ａ，７ｂの位置関係に応じたものであればよい。
【００３０】
このように、第１傾斜部２０ｄと第２傾斜部２０ｅ（または無傾斜部）とを組み合わせた順テーパー形状部を有する導波路２０であっても、光入射側の開口を広げることにより、より多くの光を受光部１に導くことができるようになる。すなわち、従来における導波路構造（図５６参照）では集光量が少なくなるため配線層７を受光部１付近に形成することができなかったが、上述したような第１傾斜部２０ｄを有する導波路２０を用いた導波路構造とすれば、受光部１への集光効率を向上させることができるようになる。したがって、例えばＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型撮像素子（いわゆるＣＭＯＳセンサ等）のような撮像素子において、受光部１付近に配線層７を形成することが可能となる。また、受光部１の面積拡大→画素回路部の面積縮小に伴う、配線形成位置の制限という問題についても、これを解消し得るようになる。特に、配線層７ａの端部位置が受光部１上に大きく張り出すように構成した場合には、そのことが顕著となる。
【００３１】
また、図６に示すように、固体撮像素子における導波路２０は、その側壁面が第１の側面部２０ｆと第２の側面部２０ｇとからなり、これら第１の側面部２０ｆおよび第２の側面部２０ｇによって、その導波路２０の平面形状の大きさを徐々に小さくすることが考えられる。このとき、第１の側面部２０ｆは、第２の側面部２０ｇと異なる形状に形成されているものとする。そして、少なくとも第１の側面部２０ｆは、傾斜角度の異なる複数の傾斜部２０ｈ，２０ｉを有してなるものとする。これら複数の傾斜部２０ｈ，２０ｉは、上述した第１傾斜部２０ｄおよび第２傾斜部２０ｅ（または無傾斜部）と同様に構成することが考えられる。すなわち、複数の傾斜部２０ｈ，２０ｉの中の少なくとも１つの傾斜部２０ｈは、積層方向（上下方向）に重なり合う少なくとも２以上の配線層７ａ，７ｂ同士の位置関係に応じた傾斜角度を有したものとし、また下側の配線層７ａは、その端部位置が受光部１上に大きく張り出すように形成されたものとする。
【００３２】
このように、第１の側面部２０ｆと第２の側面部２０ｇとを組み合わせた順テーパー形状部を有する導波路２０であっても、光入射側の開口を広げることにより、より多くの光を受光部１に導くことができるようになる。すなわち、従来における導波路構造（図５６参照）では集光量が少なくなるため配線層７を受光部１付近に形成することができなかったが、上述したような第１の側面部２０ｆを有する導波路２０を用いた導波路構造とすれば、受光部１への集光効率を向上させることができるようになる。また、受光部１の面積拡大→画素回路部の面積縮小に伴う、配線形成位置の制限という問題についても、これを解消し得るようになる。特に、配線層７ａの端部位置が受光部１上に大きく張り出すように構成した場合には、そのことが顕著となる。
【００３３】
次に、以上のような構成の導波路構造の製造方法、すなわち本発明に係る固体撮像素子の製造方法の概要について説明する。図７〜１１は、本発明に係る固体撮像素子の製造方法を説明するための側断面図である。なお、ここでは、図１に示した固体撮像素子の製造方法を例に挙げて説明する。
【００３４】
上述した固体撮像素子の製造にあたっては、先ず、図７に示すように、受光部１、転送ゲート６を形成後、導波路開口エッチング時のエッチストッパ膜となるストッパＳｉＮ膜４を、受光部１上にゲート絶縁膜２を介して形成する。ストッパＳｉＮ膜４については、導波路開口エッチング時の選択比を考慮して、その成膜材料としてＳｉＮを使用する。そして、ゲート絶縁膜２上に、多層の配線７、これらの配線７に伴う導電プラグ８、これらを埋め込むための絶縁膜５を形成する。絶縁膜５としては、酸化膜を使用することが考えられる。ここまでは、従来における固体撮像素子の製造手順と略同様である。
【００３５】
その後、図８に示すように、導波路２０のための開口を形成すべく、絶縁膜５の上面側にフォトレジスト膜２１をパターニングする。このとき、フォトレジスト膜２１は、順テーパー形状部を有する導波路２０を実現するために、パターニングされた開口部分の断面レジスト形状を順テーパー形状とする。この順テーパー形状は、フォトレジスト膜２１を成膜する際に通常用いられる周知技術を利用することで実現が可能である。また、順テーパー形状の角度等は、形成すべき順テーパー形状部の形状に応じて特定すればよい。
【００３６】
フォトレジスト膜２１の成膜後は、図９に示すように、エッチングにより開口部２２を形成する。これにより、絶縁膜５の受光部１に対応する箇所（受光部１の上方側）に開口部２２が形成されることになる。ただし、このとき、フォトレジスト膜２１が順テーパー形状となっているため、エッチングにより開口部２２を形成すると、その開口部２２にフォトレジスト膜２１の順テーパー形状が転写される。したがって、エッチングによって形成される開口部２２は、光の入射方向から見た平面形状の大きさが、その光の入射側の面から受光部１側に向けて小さくなる順テーパー形状部を有したものとなる。
【００３７】
また、エッチングにより開口部２２を形成する際には、そのエッチングプロセスにおけるエッチング条件を、等方性エッチングを抑制して順テーパー形状を形成するエッチング条件としても構わない。具体的には、エッチングプロセス条件として、例えばＣ4Ｆ8に代表されるＣＦ系ガスのような堆積性の強いガスを使用し、側壁保護膜を形成することにより、等方性エッチングを抑制し、形成される開口部２２が順テーパー形状を有するようにする。また、使用するガスの種類だけではなく、レジスト露光条件、エッチングガスの流量や圧力、ＲＦバイアス電圧等を適宜選択調整することにより、等方的なエッチングを抑制し、これによってもテーパー形状を実現することが可能となる。すなわち、エッチングプロセスにおけるエッチング条件を調整することで、そのエッチングによって形成される開口部２２は、順テーパー形状部を有したものとなる。
【００３８】
このように、絶縁膜５中に形成される導波路２０のための開口部２２は、フォトレジストパターニングにおけるレジスト形状を順テーパー形状とするか、若しくはエッチングプロセスにおけるエッチング条件を等方性エッチングを抑制して順テーパー形状を形成するエッチング条件とするか、またはこれらの組み合わせにより、順テーパー形状部を有したものとなる。この順テーパー形状部の角度や深さ等は、レジスト形状やエッチング条件等の調整によって、所望する角度や深さ等に設定することが可能である。なお、レジスト形状やエッチング条件等については、周知技術を利用することで調整することが可能であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
【００３９】
開口部２２の形成後は、図１０に示すように、その開口部２２に光透過性材料を埋め込んで導波路２０を形成する。具体的には、例えば高密度プラズマＣＶＤ法によりＰ−ＳｉＮ等の光透過性材料を埋め込むことで、導波路２０を形成する。ただし、このとき、開口部２２は順テーパー形状部を有したものとなっている。すなわち、順テーパー形状部によって、開口部２２の間口部分（最上部）が広くなっている。したがって、光透過性材料を埋め込む際には、開口部２２内へのラジカル供給が促進され、その開口部２２内に満遍無く光透過性材料が行き渡ることになる。しかも、光透過性材料を埋め込む際に、開口部２２の間口付近に堆積物が付着しても、間口部分が広いことから、その堆積物によって間口部分が塞がってしまうこともない。これらのことから、順テーパー形状部を有した開口部２２であれば、高アスペクト比を有するものであっても、光透過性材料を良好に埋め込むことが可能となる。そして、開口部２２に光透過性材料を埋め込んで導波路２０を形成した後は、エッチバック法またはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing；化学的機械的研磨）法によってグローバル平坦化処理を施す。
【００４０】
その後は、図１１に示すように、導波路２０および絶縁膜５の上面側に、従来における固体撮像素子の製造手順と略同様の手順によって、パッシベーション１０、平坦化膜１１、カラーフィルタ１２およびオンチップレンズ１３を順に形成して、固体撮像素子を完成させる。
【００４１】
以上のように、本実施形態で説明した固体撮像素子およびその製造方法によれば、導波路２０が順テーパー形状部を有している。すなわち、導波路２０を形成するための開口部２２が、平面形状の大きさが光の入射側の面から受光部側に向けて小さくなる順テーパー形状部を有したものとなっている。したがって、開口部２２に光透過性材料を埋め込んで導波路２０を形成する際における、光透過性材料を埋め込み性が従来よりも向上する。また、開口部２２の間口部分が堆積物によって塞がってしまうこともない。これらにより、高アスペクト比を有する開口部２２に対しても、光透過性材料を良好に埋め込むことが可能となり、結果として導波路２０における集光効率の向上や特性ばらつきの低減等を実現可能となる。
【００４２】
また、順テーパー形状部によって、導波路２０の光入射側を大きく、受光部１側を小さくすることが可能なため、固体撮像素子の構造に最適な導波路形状を形成することができ、これによっても集光性が向上することになる。すなわち、導波路２０の光入射側を大きいことにより、導波路２０への入射光量を増大させることが可能となる。また、導波路２０の受光部１側が小さいことにより、入射光を効率よく導波路２０内部に取り込むことができ、例えば斜め方向へ放射された光も受光部１に集光し易くなる。これらによって、受光部１への集光性が向上することになる。
【００４３】
さらには、例えば多画素化によって受光部１の平面形状が小さくなっても、あるいは例えば受光部１の上部に配線７等が被さるような構造が採用された場合であっても、その配線７等との干渉を避けつつ、順テーパー形状部によって開口部２２の間口部分については広くすることが可能となる。つまり、順テーパー形状部によって導波路２０と配線７との間の距離を広く取ることができるので、開口部２２のエッチング時の配線削れが生じるのを回避することができ、固体撮像素子の信頼性向上や配線７との反応生成物によるパーティクル発生の抑制等も実現可能となる。
【００４４】
これらのことは、特に多層配線構造を有する固体撮像素子においては、多層配線化や多画素化等に伴って、導波路２０を形成するための開口部２２のアスペクト比が高くなるため、非常に有効であると言える。
【００４５】
また、本実施形態で説明したように、例えば受光部１上に最も大きく張り出す配線７よりも光の入射側のみに導波路２０の順テーパー形状部を配した場合には、その順テーパー形状部を必要な部分にのみ設けることとなる。つまり、それ以外の部分はテーパー形状ではなくストレート形状としても構わないので、受光部１への光の集光効率を向上させる上では非常に好適なものとなる。
【００４６】
さらに、本実施形態で説明したように、順テーパー形状部が、受光部１の平面形状ではなく、絶縁膜５中に形成された配線７、特に受光部１上に張り出す配線７に対応した平面形状を有したものであれば、入射光が配線７に遮られることがないため、効率良く受光部１まで到達させることが可能となり、集光効率を向上させる上で非常に好適なものとなる。また、開口部２２のエッチング時の配線削れを未然に回避できるので、固体撮像素子の信頼性向上にも寄与することとなる。
【００４７】
また、本実施形態で説明した固体撮像素子の製造方法によれば、順テーパー形状部を、フォトレジストパターニングにおけるレジスト形状を順テーパー形状とするか、若しくはエッチングプロセスにおけるエッチング条件を等方性エッチングを抑制して順テーパー形状を形成するエッチング条件とするか、またはこれらの組み合わせにより形成するようになっている。したがって、順テーパー形状部を形成する場合であっても、特別な工程の追加等を要することなく、その形成を容易に行うことが可能となる。
【００４８】
しかも、エッチング条件の調整によって順テーパー形状部を形成する場合であれば、そのエッチング最中にも条件を可変することが可能となる。そのため、例えば一部のみに順テーパー形状部を設けたり、あるいは異なる２つ以上のテーパー角のテーパー形状を組み合わせたりする場合であっても、一度のエッチング処理を行うだけで、これらを容易に実現することが可能となる。
【００４９】
なお、本実施形態で説明した固体撮像素子およびその製造方法は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）型のものであっても、あるいはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型のものであっても、導波路構造を有した固体撮像素子およびその製造方法であれば適用することが可能である。
【００５０】
また、本実施形態では、本発明をその好適な具体例により説明したが、本発明が本実施形態に限定されないことは勿論である。特に、受光部１や導波路２０の平面形状や多層配線構造等については一具体例に過ぎない。
【実施例１】
【００５１】
次に、以上のような構成の固体撮像素子における導波路構造の製造方法について、具体例を挙げて説明する。図１２〜２２は、本発明に係る固体撮像素子の製造方法の第１の実施例（以下「実施例１」という）を説明するための側断面図である。なお、ここでは、説明を簡単にするために、基体となるシリコン基板に形成された素子領域や素子分離領域等の構成については図示を省略している。
【００５２】
実施例１では、先ず、図１２に示す如く、光電変換を行うダイオード１１２、ＳｉＮ膜１１３、ポリ層間膜１１４、第１配線層１１６、第１配線層層間膜１１５、第１配線に適用した銅（Ｃｕ）の拡散防止膜１２１、第１配線層と第２配線層間の層間膜１２２、第２配線層１２３、第２配線に適用したＣｕの拡散防止膜１３１、第２配線層と第３配線層間の層間膜１３２、第３配線層１３３、第３配線に適用したＣｕの拡散防止膜１４１、第３配線とその上層に配置される配線層との層間膜１４２で構成されるシリコン基板１１１に対して、図１３に示すように、光導波路となる部分をリソグラフィ技術を用いて形成するために、マスクとなるレジスト１５１をパターニングする。なお、層間膜は、この例では全てＳｉＯ2膜で、膜厚は、ポリ層間膜１１４が４５０ｎｍ、第１配線層層間膜１１５が１５０ｎｍ、第１配線層と第２配線層間の層間膜１２２と第２配線層と第３配線層間の層間膜１３２が２００ｎｍ、第３配線の上層の層間膜１４２が３００ｎｍである。また、配線層１１６，１２３，１３３は、全てＣｕ配線で、膜厚は全層２００ｎｍである。さらに、Ｃｕ拡散防止膜１２１，１４１は、全てＳｉＣ膜で、膜厚は５０ｎｍである。最下層のＳｉＮ膜１１３も５０ｎｍである。
【００５３】
レジスト１５１のパターニング後は、図１４に示すように、最上層配線上の層間膜１４２を等方的に加工する。さらには、図１５に示すように、異方性エッチングで導波路が形成される領域の層間膜を加工し、導波路孔１５２を形成する。
導波路孔１５２の形成後は、図１６に示すように、リソグラフィ技術で使用したレジスト１５１を除去する。そして、図１７に示すように、光導波路の外管となる金属膜１５３を５０ｎｍ成膜した後に、図１８に示すように、その金属膜１５３を全面エッチバックし、導波路の外管となる金属膜１５３を側面にのみ残す。金属膜１５３としては、アルミニウムをこの例では使用した。ただし、低屈折率膜を側壁に使用し、内部の埋め込みを高屈折率膜にしたクラッド構造にしてもよい。
【００５４】
その後は、図１９に示すように、光導波路１５２の中に、高密度プラズマＣＶＤ法により、絶縁膜１５４を埋め込む。この絶縁膜１５４は、可視光に対してこれを透過させる透明な膜であるものとする。具体的には、この例では、通常のＳｉＯ2膜を使用した。
そして、絶縁膜１５４の埋め込み後は、図２０に示すように、ＣＭＰ法により平坦化を行い、光導波路の部分以外に成膜された絶縁膜１５４を除去する。
なお、以上の手順では、光導波路１５２の中に透明絶縁膜１５４を埋め込むのにあたり、高密度プラズマＣＶＤ法を用いた場合を例に挙げたが、例えば塗布法により透明絶縁膜１５４の埋め込みを行うことも考えられる。その場合に、塗布法によって平坦化も同時に実現できれば、ＣＭＰ法による平坦化プロセスは削除することが可能となる。
【００５５】
実施例１における固体撮像素子の製造方法は上述の通りであるが、それ以降の工程では、光導波路１５２に光を十分入射させるべく、マイクロレンズを形成することも考えられる。すなわち、図２１に示すように、平坦化後の透明絶縁膜１５４上に、ＳｉＮ膜１６１、カラーフィルタ１６２、マイクロレンズ１６３を形成するようにしても構わない。
また、上述した手順では、透明絶縁膜１５４の埋め込みを高密度プラズマＣＶＤ法で行い、その後ＣＭＰ法により平坦化する場合を例に挙げたが、図２２に示すように、ＣＭＰ法による平坦化を行わず、その上層に埋め込み絶縁膜１５４よりも屈折率の高い材料１５５、例えばＳｉＮ膜を成膜し、その膜１５５が光導波路上方部分にのみ残るようにエッチバックまたはＣＭＰ法による平坦化を行って凹レンズを形成し、これにより光導波路に効率よく光を集光させるようにすることも考えられる。
さらに、実施例１では、光導波路になる部分を開口後、直ちに金属膜１５３を成膜する場合を例に挙げたが、絶縁膜を例えば５０ｎｍ形成後に、金属膜１５３を形成することも可能である。この場合、配線層と光導波路との耐圧を確保しやすい。
【実施例２】
【００５６】
次いで、本発明に係る固体撮像素子の製造方法の第２の実施例（以下「実施例２」という）を説明する。図２３〜３３は、本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例２を説明するための側断面図である。なお、ここでも、説明を簡単にするために、基体となるシリコン基板に形成された素子領域や素子分離領域等の構成については図示を省略している。
【００５７】
実施例２では、先ず、光電変換を行うダイオード２１２、ＳｉＮ膜２１３、ポリ層間膜２１４、第１配線層２１６、第１配線層層間膜２１５、第１配線に適用したＣｕの拡散防止膜２２１、第１配線層と第２配線層間の層間膜２２２、第２配線層２２３、第２配線に適用したＣｕの拡散防止膜２３１、第２配線層と第３配線層間の層間膜２３２、第３配線層２３３、第３配線に適用したＣｕの拡散防止膜２４１、第３配線とその上層に配置される配線層との層間膜２４２で構成されるシリコン基板２１１に対して、図２３に示すように、光導波路となる部分をリソグラフィ技術を用いて形成するために、マスクとなるレジスト２５１をパターニングする。なお、層間・配線構成は実施例１の場合と同様である。
【００５８】
レジスト２５１のパターニング後は、図２４に示すように、最上層配線上の層間膜２４２を加工する。具体的には、配線層２１６,２２３,２３３の一部乃至全てを被覆する大きさとなるように、最上層配線上の層間膜２４２に開口部を形成する。
そして、開口部の形成後に、図２５に示すように、絶縁膜２４３を成膜し、さらには、図２６に示すように、開口部の側面にのみ絶縁膜２４３が残るように、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）により、その絶縁膜２４３に対する加工を行う。この例では、絶縁膜２４３として、ＳｉＮ膜を２００ｎｍ成膜した。
【００５９】
その後は、図２７に示すように、配線２１６,２２３,２３３に対して、十分な絶縁耐圧を確保する距離を有した大きさで、導波路孔をリソグラフィ技術とＲＩＥ法により加工する。なお、図中の符号２５２はレジストである。
導波路孔の形成後は、図２８に示すように、レジスト２５２の剥離を行い、その剥離後、光導波路の外管となる金属膜２５３として、例えばアルミニウムを５０ｎｍ成膜する。さらには、図２９に示すように、その金属膜２５３を全面エッチバックし、導波路の外管となる金属膜２５３を側面にのみ残す。ただし、金属膜２５３は、アルミニウム膜ではなく、低屈折率膜を側壁に使用し、内部の埋め込みを高屈折率膜にしたクラッド構造にしてもよい。
【００６０】
その後は、図３０に示すように、光導波路の中に、高密度プラズマＣＶＤ法により、絶縁膜２５４を埋め込む。この絶縁膜２５４は、可視光に対してこれを透過させる透明な膜であるものとする。具体的には、この例では、通常のＳｉＯ2膜を使用した。
そして、絶縁膜２５４の埋め込み後は、図３１に示すように、ＣＭＰ法により平坦化を行い、光導波路の部分以外に成膜された絶縁膜２５４を除去する。
なお、以上の手順では、光導波路の中に透明絶縁膜２５４を埋め込むのにあたり、高密度プラズマＣＶＤ法を用いた場合を例に挙げたが、例えば塗布法により透明絶縁膜２５４の埋め込みを行うことも考えられる。その場合に、塗布法によって平坦化も同時に実現できれば、ＣＭＰ法による平坦化プロセスは削除することが可能となる。
【００６１】
実施例２における固体撮像素子の製造方法は上述の通りであるが、それ以降の工程では、光導波路に光を十分入射させるべく、マイクロレンズを形成することも考えられる。すなわち、図３２に示すように、平坦化後の透明絶縁膜２５４上に、ＳｉＮ膜２６１、カラーフィルタ２６２、マイクロレンズ２６３を形成するようにしても構わない。
また、上述した手順では、透明絶縁膜２５４の埋め込みを高密度プラズマＣＶＤ法で行い、その後ＣＭＰ法により平坦化する場合を例に挙げたが、図３３に示すように、ＣＭＰ法による平坦化を行わず、その上層に埋め込み絶縁膜２５４よりも屈折率の高い材料２５５、例えばＳｉＮ膜を成膜し、その膜２５５が光導波路上方部分にのみ残るようにエッチバックまたはＣＭＰ法による平坦化を行って凹レンズを形成し、これにより光導波路に効率よく光を集光させるようにすることも考えられる。
さらに、実施例２では、光導波路になる部分を開口後、直ちに金属膜２５３を成膜する場合を例に挙げたが、絶縁膜を例えば５０ｎｍ形成後に、金属膜２５３を形成することも可能である。この場合、配線層と光導波路との耐圧を確保しやすい。
【実施例３】
【００６２】
次いで、本発明に係る固体撮像素子の製造方法の第３の実施例（以下「実施例３」という）を説明する。図３４〜４４は、本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例３を説明するための側断面図である。なお、ここでも、説明を簡単にするために、基体となるシリコン基板に形成された素子領域や素子分離領域等の構成については図示を省略している。
【００６３】
実施例３では、先ず、図３４に示すように、光電変換を行うダイオード３１２およびＳｉＮ膜３１３から構成されるシリコン基板３１１において、ダイオード３１２上に形成される集光レンズの箇所に、リソグラフィ技術によりレジスト３１３ａをパターニングする。そして、熱処理を施すことにより、図３５に示すように、そのレジスト３１３ａを丸める。その後、ＳｉＮ膜３１３とレジスト３１３ａとを同一のエッチングレートで加工すると、ダイオード３１２上には、図３６に示すように、集光レンズが形成されることになる。
【００６４】
集光レンズの形成後は、配線下の層間膜３１３形成、および、拡散層・ゲート電極とのコンタクト形成（図示せず）、第１配線層の層間膜３１５、第１配線層３１６、第１配線に適用したＣｕの拡散防止膜３２１、第１配線層と第２配線層間の層間膜３２２、第２配線層３２３、第２配線に適用したＣｕの拡散防止膜３３１、第２配線層と第３配線層間の層間膜３３２、第３配線層３３３、第３配線に適用したＣｕの拡散防止膜３４１、第３配線とその上層に配置される配線層との層間膜３４２を形成することで、図３７に示す如き構造を得る。なお、配線・層間構造は、実施例１の場合と同様である。
【００６５】
そして、上述した構造に対して、図３８に示すように、光導波路となる部分をリソグラフィ技術を用いて形成するために、マスクとなるレジスト３５１をパターニングし、その後レジスト３５１を利用して最上層配線上の層間膜３４２を等方的に加工する。このとき、層間膜３４２は、例えば３００ｎｍである。
さらには、図３９に示すように、異方性エッチングで導波路が形成される領域の層間膜を加工し、導波路孔を形成する。
導波路孔の形成後は、図４０に示すように、リソグラフィ技術で使用したレジスト３５１を除去し、光導波路の外管となる金属膜３５３として、アルミニウム膜を５０ｎｍ成膜する。そして、図４１に示すように、その金属膜３５３を全面エッチバックし、導波路の外管となる金属膜３５３を側面にのみ残す。金属膜１５３としては、アルミニウムをこの例では使用した。ただし、金属膜３５３は、アルミニウム膜ではなく、低屈折率膜を側壁に使用し、内部の埋め込みを高屈折率膜にしたクラッド構造にしてもよい。
【００６６】
その後は、図４２に示すように、光導波路の中に、高密度プラズマＣＶＤ法により、絶縁膜３５４を埋め込む。この絶縁膜３５４は、可視光に対してこれを透過させる透明な膜であるものとする。具体的には、この例では、通常のＳｉＯ2膜を使用した。
そして、絶縁膜３５４の埋め込み後は、図４３に示すように、ＣＭＰ法により平坦化を行い、光導波路の部分以外に成膜された絶縁膜３５４を除去する。
なお、以上の手順では、光導波路の中に透明絶縁膜３５４を埋め込むのにあたり、高密度プラズマＣＶＤ法を用いた場合を例に挙げたが、例えば塗布法により透明絶縁膜３５４の埋め込みを行うことも考えられる。その場合に、塗布法によって平坦化も同時に実現できれば、ＣＭＰ法による平坦化プロセスは削除することが可能となる。
【００６７】
実施例３における固体撮像素子の製造方法は上述の通りであるが、それ以降の工程では、光導波路に光を十分入射させるべく、マイクロレンズを形成することも考えられる。すなわち、図４４に示すように、平坦化後の透明絶縁膜３５４上に、ＳｉＮ膜３６１、カラーフィルタ３６２、マイクロレンズ３６３を形成するようにしても構わない。
また、図示しないが、実施例１,２の場合と同様に、高密度プラズマＣＶＤ法で埋め込んだ絶縁膜をＣＭＰにより平坦化せず、その上層に埋め込み絶縁膜３５４よりも屈折率の高い材料を成膜し、その膜が導波路上方部分にのみ残るようにして凹レンズを組み合わせてもよい。
さらに、実施例３では、光導波路になる部分を開口後、直ちに金属膜３５３を成膜する場合を例に挙げたが、絶縁膜を例えば５０ｎｍ形成後に、金属膜２５３を形成することも可能である。この場合、配線層と光導波路との耐圧を確保しやすい。
【実施例４】
【００６８】
次いで、本発明に係る固体撮像素子の製造方法の第４の実施例（以下「実施例４」という）を説明する。図４５〜５５は、本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例４を説明するための側断面図である。なお、ここでも、説明を簡単にするために、基体となるシリコン基板に形成された素子領域や素子分離領域等の構成については図示を省略している。
【００６９】
上述した実施例３では、ダイオード３１２の直上に集光レンズを配置した構成を例に挙げて説明したが、図４５に示すように、ダイオード４１２より離れた場所に集光レンズ４５４を配置してもよく、その場合には集光レンズ４５４の加工時のダメージがダイオード４１２に及ぶのを回避し得るようになる。このとき、集光レンズ４５４は、半球面レンズよりも、集光性を上がると考えられる凸レンズと凹レンズを組み合わせた構造にすることが望ましい。そこで、実施例４では、凸レンズと凹レンズを組み合わせた構造の集光レンズ４５４とした場合製造手順を説明する。
【００７０】
実施例４では、先ず、図４６に示すように、素子及びその分離領域（共に図示せず）、光電変換を行うダイオード４１２、ＳｉＮ膜４１３、ポリ層間膜４１４が形成されたシリコン基板４１１において、ダイオード４１２上に形成されるレンズ領域に対応するように、リソグラフィ技術によりレジスト４１４ａをパターニングする。そして、図４７に示すように、レジスト４１４ａを利用してポリ層間膜４１４を等方的に加工して、凹レンズ形成を行う。その後、図４８に示すように、凹レンズ形成に使用したレジスト４１４ａを剥離し、さらには、図４９に示すように、ＳｉＮ膜４１４ｂを成膜する。このとき、レンズを形成する材料は、ＳｉＮ膜に限られる訳ではないが、ポリ層間膜４１４よりも屈折率の高い材料である必要がある。なお、ポリ層間膜は、この例ではＳｉＯ2膜を使用している。
【００７１】
ＳｉＮ膜４１４ｂの成膜後は、図５０に示すように、そのＳｉＮ膜４１４ｂをＣＭＰ法により平坦化する。そして、図５１に示すように、光電変換を行うダイオード４１２上に形成される集光レンズの箇所に、リソグラフィ技術によりレジスト４１４ｃをパターニングするとともに、図５２に示すように、熱処理を施すことにより、そのレジスト４１４ｃを丸める。その後、ＳｉＮ膜４１４ｂとレジスト４１４ｃとを同一のエッチングレートで加工すると、ダイオード４１２上には、図５３に示すように、集光レンズ４１４ｂが形成されることになる。
【００７２】
それ以降は、図５４に示すように、第１配線層の層間膜４１５を成膜する。そして、レンズ形成によりできた凸部をＣＭＰ法により平坦化すると、図５５に示すように、第１配線層を形成する前の状態となる。その後は、通常のデュアルダマシン法によるＣｕ配線形成過程と、実施例１,２で示した導波路形成過程を経て、図４５に示した固体撮像素子が形成されることになる。
【００７３】
以上に説明した実施例１〜４によれば、配線層のレイアウトによる光導波路の配置領域の制約を最小限に留め、十分な光量を受光部に入射させることが可能になる。また、光導波路と受光部との間に集光レンズを形成することで、光導波路の下方側で反射した光が、隣接する画素に漏れるのを抑制することもできるようになる。したがって、高感度の固体撮像素子を提供することができるのである。
【００７４】
なお、上述した実施例１〜４は、配線層として３層構造のものを例に挙げたが、本発明は、必ずしも三層配線の場合に限定されるものではない。さらに、実施例１〜４では、配線としてＣｕを適用した場合を説明したが、本発明がＣｕ配線に限定されるものでないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る固体撮像素子の概略構成の一例を示す側断面図である。
【図２】本発明に係る固体撮像素子の順テーパー形状部の平面形状の具体例を示す説明図（その１）である。
【図３】本発明に係る固体撮像素子の順テーパー形状部の平面形状の具体例を示す説明図（その２）である。
【図４】本発明に係る固体撮像素子の順テーパー形状部の平面形状の具体例を示す説明図（その３）である。
【図５】本発明に係る固体撮像素子の概略構成の他の例を示す側断面図（その１）である。
【図６】本発明に係る固体撮像素子の概略構成の他の例を示す側断面図（その１）である。
【図７】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の概要を説明するための側断面図（その１）である。
【図８】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の概要を説明するための側断面図（その２）である。
【図９】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の概要を説明するための側断面図（その３）である。
【図１０】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の概要を説明するための側断面図（その４）である。
【図１１】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の概要を説明するための側断面図（その５）である。
【図１２】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例１を説明するための側断面図（その１）である。
【図１３】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例１を説明するための側断面図（その２）である。
【図１４】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例１を説明するための側断面図（その３）である。
【図１５】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例１を説明するための側断面図（その４）である。
【図１６】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例１を説明するための側断面図（その５）である。
【図１７】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例１を説明するための側断面図（その６）である。
【図１８】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例１を説明するための側断面図（その７）である。
【図１９】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例１を説明するための側断面図（その８）である。
【図２０】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例１を説明するための側断面図（その９）である。
【図２１】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例１を説明するための側断面図（その１０）である。
【図２２】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例１を説明するための側断面図（その１１）である。
【図２３】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例２を説明するための側断面図（その１）である。
【図２４】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例２を説明するための側断面図（その２）である。
【図２５】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例２を説明するための側断面図（その３）である。
【図２６】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例２を説明するための側断面図（その４）である。
【図２７】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例２を説明するための側断面図（その５）である。
【図２８】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例２を説明するための側断面図（その６）である。
【図２９】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例２を説明するための側断面図（その７）である。
【図３０】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例２を説明するための側断面図（その８）である。
【図３１】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例２を説明するための側断面図（その９）である。
【図３２】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例２を説明するための側断面図（その１０）である。
【図３３】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例２を説明するための側断面図（その１１）である。
【図３４】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例３を説明するための側断面図（その１）である。
【図３５】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例３を説明するための側断面図（その２）である。
【図３６】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例３を説明するための側断面図（その３）である。
【図３７】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例３を説明するための側断面図（その４）である。
【図３８】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例３を説明するための側断面図（その５）である。
【図３９】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例３を説明するための側断面図（その６）である。
【図４０】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例３を説明するための側断面図（その７）である。
【図４１】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例３を説明するための側断面図（その８）である。
【図４２】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例３を説明するための側断面図（その９）である。
【図４３】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例３を説明するための側断面図（その１０）である。
【図４４】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例３を説明するための側断面図（その１１）である。
【図４５】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例４を説明するための側断面図（その１）である。
【図４６】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例４を説明するための側断面図（その２）である。
【図４７】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例４を説明するための側断面図（その３）である。
【図４８】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例４を説明するための側断面図（その４）である。
【図４９】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例４を説明するための側断面図（その５）である。
【図５０】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例４を説明するための側断面図（その６）である。
【図５１】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例４を説明するための側断面図（その７）である。
【図５２】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例４を説明するための側断面図（その８）である。
【図５３】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例４を説明するための側断面図（その９）である。
【図５４】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例４を説明するための側断面図（その１０）である。
【図５５】本発明に係る固体撮像素子の製造方法の実施例４を説明するための側断面図（その１１）である。
【図５６】従来の固体撮像素子における導波路構造の一例を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００７６】
１…受光部、２…ゲート絶縁膜、３…素子分離絶縁膜、４…ストッパＳｉＮ膜、５…絶縁膜、６…転送ゲート、７…配線、８…導電プラグ、１０…パッシベーション、１１…平坦化膜、１２…カラーフィルタ、１３…オンチップレンズ、２０…導波路、２０ｄ…第１傾斜部、２０ｅ…第２傾斜部、２０ｆ…第１の側面部、２０ｇ…第２の側面部、２１…フォトレジスト膜、２２…開口部
【図１】
2008103757.tif 000003
【図２】
2008103757.tif 000004
【図３】
2008103757.tif 000005
【図４】
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【図５】
2008103757.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008103757.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008103757.tif 000011
【図１０】
2008103757.tif 000012
【図１１】
2008103757.tif 000013
【図１２】
2008103757.tif 000014
【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】
2008103757.tif 000021
【図２０】
2008103757.tif 000022
【図２１】
2008103757.tif 000023
【図２２】
2008103757.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2008103757.tif 000028
【図２７】
2008103757.tif 000029
【図２８】
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【図２９】
2008103757.tif 000031
【図３０】
2008103757.tif 000032
【図３１】
2008103757.tif 000033
【図３２】
2008103757.tif 000034
【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
2008103757.tif 000039
【図３８】
2008103757.tif 000040
【図３９】
2008103757.tif 000041
【図４０】
2008103757.tif 000042
【図４１】
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【図４２】
2008103757.tif 000044
【図４３】
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【図４４】
2008103757.tif 000046
【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
2008103757.tif 000050
【図４９】
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【図５０】
2008103757.tif 000052
【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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