(57)【要約】【課題】固体撮像装置において、光導波路でのクラック発生を防止し、光電変換部への集光効率を向上させる。【解決手段】光電変換部と該光電変換部の信号電荷を読み出す手段からなる複数の画素と、各画素の光電変換部に対応して形成された光導波路１５とを有る。光導波路１５は、平面に沿う水平断面において、外周部より屈折率が高い環状のコア層１６と、環状のコア層１６に取り囲まれて該コア層１６より屈折率が低いクラッド層１７とを有する。【選択図】図２
2012038986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と該光電変換部の信号電荷を読み出す手段からなる複数の画素と、
各画素の前記光電変換部に対応して形成された光導波路とを有し、
前記光導波路は、
平面に沿う水平断面において、外周部より屈折率が高い環状のコア層と、
前記環状のコア層に取り囲まれて該コア層より屈折率が低いクラッド層とを有する
固体撮像装置。
【請求項２】
前記平面に沿う水平断面において、前記クラッド層の中央に該クラッド層より屈折率が高い第２のコア層を有する
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記平面に沿う水平断面において、
前記コア層の外周囲及び／又は内周囲に、前記コア層より屈折率が高くコア層の一部を構成するパッシベーション膜を有する
請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記コア層がシロキサン系樹脂であり、
前記クラッド層がシリコン酸化膜である
請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記コア層がシロキサン系樹脂であり、
前記クラッド層がシリコン酸化膜であり、
前記パッシベーション膜がシリコン窒化膜である
請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記環状のコア層がシリコン窒化膜によるパシベーション膜で形成され、
前記クラッド層がシリコン酸化膜で形成され、
前記クラッド層の中央の前記第２のコア層がシロキサン系樹脂で形成される
請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記画素が、光電変換部と画素トランジスタからなり、
前記光導波路が、前記画素が形成される半導体基板の光入射側の裏面上に形成された絶縁膜内に形成されている
請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記画素が、光電変換部と画素トランジスタからなり、
前記光導波路が、前記画素が形成される半導体基板の光入射側の表面上に形成された多層配線層の層間絶縁膜内に形成されている
請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像装置。
【請求項９】
半導体基板に光電変換部と該光電変換部の信号電荷を読み出す手段からなる複数の画素を形成する工程と、
前記半導体基板の一方の面上に形成した構成膜の各画素の光電変換部に対応した部分に凹部を形成する工程と、
前記凹部内に、平面に沿う水平断面において環状凹状部に取り囲まれたクラッド層を形成する工程と、
前記環状凹状部に、周囲部となる前記構成膜及び前記クラッド層より屈折率が高いコア層を埋め込む工程を有し、
前記環状のコア部と前記クラッド層からなる光導波路を形成する
固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記環状凹状部と同時に前記コア部の中央に位置する中央凹状部を形成し、
前記環状凹状部と前記中央凹状部内に前記コア層を埋め込む
請求項９記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記平面に沿う水平断面において、
前記コア層の外周囲及び／又は内周囲に、前記コア層より屈折率が高くコア層の一部を構成するパッシベーション膜を形成する工程を有する
請求項９又は１０記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記コア層をシロキサン系樹脂で形成し、
前記クラッド層をシリコン酸化膜で形成する
請求項９乃至１１のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記コア層をシロキサン系樹脂で形成し、
前記クラッド層をシリコン酸化膜で形成し、
前記パッシベーション膜をシリコン窒化膜で形成する
請求項１１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記画素を、光電変換部と画素トランジスタとにより形成し、
前記光導波路を、前記半導体基板の光入射側の裏面上に形成した絶縁膜内に形成する、
請求項９乃至１３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記画素を、光電変換部と画素トランジスタとにより形成し、
前記光導波路を、前記半導体基板の光入射側の表面上に形成した多層配線層内に形成する、
請求項９乃至１３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の光電変換部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを備え、
前記固体撮像装置は、請求項１乃至８のいずれかに記載の固体撮像装置で構成される
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置とその製造方法、並びに固体撮像装置を備えたカメラ等の電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置（イメージセンサ）として、ＣＭＯＳ固体撮像装置あるいはＣＣＤ固体撮像装置等が知られている。これら固体撮像装置は、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、さらにカメラ付き携帯電話などの各種携帯端末機器等に用いられている。ＣＭＯＳ固体撮像装置は、ＣＣＤ固体撮像装置に比べて電源電圧が低く、消費電力の観点などで有利とされている。
【０００３】
ＣＭＯＳ固体撮像装置は、受光部となるフォトダイオード（光電変換部）と複数の画素トランジスタにより単位画素を形成し、複数の画素を２次元的に配列して構成される。複数の画素トランジスタは、通常、転送トランジスタ、増幅トランジスタ、リセットトランジスタ及び選択トランジスタの４トランジスタ、あるいは選択トランジスタを省略した３トランジスタで構成される。あるいはこれらの画素トランジスタは、複数のフォトダイオードで共有することもできる。これらの複数の画素トランジスタに所望のパルス電圧を印加し、信号電流を読み出すために、画素トランジスタの各端子は、多層配線で接続される。
【０００４】
ＣＣＤ固体撮像装置は、２次元的に配列され複数の受光部となるフォトダイオードと、各受光部列に配置されたＣＣＤ構造の垂直転送レジスタと、垂直転送レジスタ端に配置されたＣＣＤ構造の水平転送レジスタと、水平転送レジスタ端の出力部とを有して構成される。
【０００５】
一方、固体撮像装置においては、フォトダイオード上に光導波路を形成し、オンチップレンズを透過した入射光を光導波路内に導き、効率よくフォトダイオードに入射させるように構成したものが知られている。例えば、特許文献１には１つのフォトダイオード上に１つの円筒状の光導波路を形成した固体撮像装置が示されている。特許文献２には、１つのフォトダイオード上に２つの円筒状の光導波路が２段に重なって配置された固体撮像装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１６６７７号公報
【特許文献２】特開２００６−２６１２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
固体撮像装置において、塗布材料を用いて光導波路を形成するに当たり、光導波路の開口径をある大きさ以上に広くすると、塗布材料によるコア層と周囲のクラッド層の材料との間で熱膨張によるクラックが発生する懼れがあった。このため、画素サイズの大きな固体撮像装置においては、光導波路を形成することが難しいとされていた。
【０００８】
受光部の開口面積が大きい例えばＣＭＯＳ固体撮像装置においては、配線や画素トランジスタの領域の面積を出来るだけ小さくすることが望まれるが、小さくすると、入射光が斜めに散乱するため、隣接画素への光入射で混色が生じ易い。このため、配線や画素トランジスタの領域は、ある一定の大きさの面積が必要であった。
【０００９】
光導波路の間口が広く、且つ光導波路の内部が単一の材料で形成されている場合、入射した光の反射は、光導波路の側壁と、光導波路外側の膜との境界付近だけになる。入射光として、この境界を透過する成分の損失もあるため、入射光の光電変換部への集光効率の低減が免れない。
【００１０】
裏面照射型の例えばＣＭＯＳ固体撮像装置では、混色を防ぐことが重要なであるが、隣接画素への光入射による混色が生じ易く、また配線や画素トランジスタの領域の面積を小さくすることを難しくしている。
【００１１】
本発明は、上述の点に鑑み、光導波路でのクラック発生を防止し、集光効率を向上した固体撮像装置とその製造方法、並びにこの固体撮像装置を備えたカメラ等の電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る固体撮像装置は、光電変換部とこの光電変換部に信号電荷を読み出す手段からなる複数の画素と、各画素の光電変換部に対応して形成された光導波路とを有する。光導波路は、平面に沿う水平断面において、外周部より屈折率が高い環状のコア層と、環状のコア層に取り囲まれてコア層より屈折率が低いクラッド層とを有する。
【００１３】
本発明の固体撮像装置では、光導波路として、環状のコア層とこのコア層に取り囲まれたクラッド層を有して構成されるので、水平断面でのコア層の幅は小さくなる。このため、コア層を塗布材料で形成した場合にも光導波路内部で熱膨張によるクラック発生が防止される。光導波路において、コア層で囲まれた中央側のクラッド層に入射した光は、クラッド層とコア層との境界で反射して光電変換部に入射される。前記境界を透過した光は、コア層に入射され、コア層を通じて光電変換部に入射される。この結果、コア層と外周部との境界を透過して無駄になる光成分が可吸的に少なくなり、光電変換部への入射光量が向上する。
【００１４】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、半導体基板に光電変換部と該光電変換部に信号電荷を読み出す手段からなる複数の画素を形成する工程と、半導体基板の一方の面上に形成した構成膜の各画素の光電変換部に対応した部分に凹部を形成する工程を有する。次いで、凹部内に、平面に沿う水平断面において環状凹状部に取り囲まれたクラッド層を形成する工程と、環状凹状部に、外周部となる構成膜及びクラッド層より屈折率が高いコア層を埋め込む工程を有し、環状のコア部とクラッド層からなる光導波路を形成する。
【００１５】
本発明の固体撮像装置の製造方法では、構成膜の各画素の光電変換部に対応した部分に凹部を形成し、凹部内に環状凹状部に取り囲まれたクラッド層を形成し、環状凹状部にコア層を埋め込んで光導波路を形成している。これにより、水平断面でのコア層の幅が小さくなり、コア層を塗布材料で形成した場合にも光導波路内部での熱膨張によるクラック発生が防止される。コア層と外周の構成膜との界面に加えて、コア層と内側のクラッド層との界面が形成されるので、外周の構成膜へ透過する無駄な光成分が可吸的に少なくなる光導波路が形成される。
【００１６】
本発明に係る電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置の光電変換部に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路とを備える。固体撮像装置は、光電変換部とこの光電変換部に信号電荷を読み出す手段からなる複数の画素と、各画素の前記光電変換部に対応して形成された光導波路とを有する。光導波路は、平面に沿う水平断面において、外周部より屈折率が高い環状のコア層と、環状のコア層に取り囲まれてコア層より屈折率が低いクラッド層とを有する。
【００１７】
本発明の電子機器では、上記の光導波路を有する固体撮像装置を備えるので、光導波路での熱膨張によるクラック発生が防止され、光導波路において外周部へ透過する無駄になる光成分が可吸的に少なくなり、光電変換部への入射光量が向上する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る固体撮像装置によれば、光導波路でのクラック発生を防止し、光電変換部への集光効率を向上することができる。
【００１９】
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、光導波路でのクラック発生を防止し、光電変換部への集光効率を向上した固体撮像装置を製造することができる。
【００２０】
本発明に係る電子機器によれば、光導波路でのクラック発生を防止し、光電変換部への集光効率を向上した固体撮像装置を備えるので、高品質の電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】第１実施の形態の光導波路の水平断面図である。
【図３】Ａ〜Ｃ  第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法例（１）を示す要部の製造工程図（その１）である。
【図４】Ｄ〜Ｆ  第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法例（１）を示す要部の製造工程図（その２）である。
【図５】第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法例（１）を示す要部の製造工程図（その３）である。
【図６】Ａ〜Ｃ  第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法例（２）を示す要部の製造工程図（その１）である。
【図７】Ｄ〜Ｅ  第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法例（２）を示す要部の製造工程図（その２）である。
【図８】Ａ〜Ｃ  第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法例（３）を示す要部の製造工程図（その１）である。
【図９】Ｄ〜Ｆ  第１実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法例（３）を示す要部の製造工程図（その２）である。
【図１０】本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す概略構成図である。
【図１１】第２実施の形態の光導波路の水平断面図である。
【図１２】本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す概略構成図である。
【図１３】第３実施の形態の光導波路の水平断面図である。
【図１４】Ａ〜Ｃ  本発明に係る固体撮像装置に適用される光導波路の変形例を示す水平断面の構成図である。
【図１５】本発明に係る固体撮像装置の第４実施の形態を示す概略構成図である。
【図１６】第４実施の形態の光導波路の水平断面図である。
【図１７】Ａ〜Ｃ  第４実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法例（１）を示す要部の製造工程図（その１）である。
【図１８】Ｄ〜Ｅ  第４実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法例（１）を示す要部の製造工程図（その２）である。
【図１９】Ａ〜Ｃ  第４実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法例（２）を示す要部の製造工程図（その１）である。
【図２０】Ｄ〜Ｆ  第４実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法例（２）を示す要部の製造工程図（その２）である。
【図２１】Ａ〜Ｃ  本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態と共に、その製造方法を示す製造工程図（その１）である。
【図２２】Ｄ〜Ｅ  本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態と共に、その製造方法を示す製造工程図（その２）である。
【図２３】本発明に係る固体撮像装置の第６実施の形態を示す概略構成図である。
【図２４】本発明の各実施の形態に適用されるＣＭＯＳ固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。
【図２５】本発明の第７実施の形態に係る電子機器の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、発明を実施するための形態（以下実施の形態とする）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．ＣＭＯＳ固体撮像装置の概略構成例
２．第１実施の形態（固体撮像装置の構成例とその製造方法例）
３．第２実施の形態（固体撮像装置の構成例）
４．第３実施の形態（固体撮像装置の構成例）
５．第４実施の形態（固体撮像装置の構成例とその製造方法例）
６．第５実施の形態（固体撮像装置の構成例とその製造方法例）
７．第６実施の形態（固体撮像装置の構成例）
８．第７実施の形態（電子機器の構成例）
【００２３】
＜１．ＣＭＯＳ固体撮像装置の概略構成例＞
図２４に、本発明の各実施の形態に適用されるＭＯＳ固体撮像装置の一例の概略構成を示す。本例の固体撮像装置２０１は、図２４に示すように、半導体基板２１１例えばシリコン基板に光電変換部を含む複数の画素２０２が規則的に２次元アレイ状に配列された画素領域（いわゆる撮像領域）２０３と、周辺回路部とを有して構成される。画素２０２としては、１つの光電変換部と複数の画素トランジスタからなる単位画素を適用することができる。また、画素２０２としては、複数の光電変換部が転送トランジスタを除く他の画素トランジスタを共有した、いわゆる画素共有の構造を適用することができる。複数の画素トランジスタは、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ及び選択トランジスタの４トランジスタ、あるいは選択トランジスタを省略した３トランジスタで構成することができる。
【００２４】
周辺回路部は、垂直駆動回路２０４と、カラム信号処理回路２０５と、水平駆動回路２０６と、出力回路２０７と、制御回路２０８など、いわゆるロジック回路を有して構成される。
【００２５】
制御回路２０８は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像装置の内部情報などのデータを出力する。すなわち、制御回路２０８では、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基いて、垂直駆動回路２０４、カラム信号処理回路２０５及び水平駆動回路２０６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、これらの信号を垂直駆動回路２０４、カラム信号処理回路２０５及び水平駆動回路２０６等に入力する。
【００２６】
垂直駆動回路２０４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択し、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。すなわち、垂直駆動回路２０４は、画素領域３の各画素２０２を行単位で順次垂直方向に選択走する。そして、垂直信号線２０９を通して各画素２０２の光電変換素子となる例えばフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基く画素信号をカラム信号処理回路２０５に供給する。
【００２７】
カラム信号処理回路２０５は、画素２０２の例えば列ごとに配置されており、１行分の画素２０２から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。すなわちカラム信号処理回路２０５は、画素２固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳや、信号増幅、ＡＤ変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路２０５の出力段には水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線２１０との間に接続されて設けられる。
【００２８】
水平駆動回路２０６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路２０５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路２０５の各々から画素信号を水平信号線２１０に出力させる。
【００２９】
出力回路２０７は、カラム信号処理回路２０５の各々から水平信号線２１０を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。例えば、バファリングだけする場合もあるし、黒レベル調整、列ばらつき補正、各種デジタル信号処理などが行われる場合もある。入出力端子２１２は、外部と信号のやりとりをする。
【００３０】
＜２．第１実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１及び図２に、本発明に係る固体撮像装置の第１実施の形態を示す。本実施の形態は、表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。第１実施の形態に係る固体撮像装置１は、シリコン半導体基板２に、光電変換部となるフォトダイオードＰＤと、複数の画素トランジスタとからなる複数の画素を規則的に２次元配列した画素領域を有して構成される。画素トランジスタは、フォトダイオードＰＤの信号電荷を読み出す手段となる。フォトダイオードＰＤは、図示しないが、光電変換と電荷蓄積を兼ねた第１導電型、本例ではｎ型の電荷蓄積領域と、その表面の暗電流抑制を兼ねる第２導電型、本例ではｐ型の半導体領域とを有して形成される。フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタは、図示しないが、半導体基板２の表面側に形成されたｐ型半導体ウェル領域に形成される。図１では、画素を構成する複数の画素トランジスタを、そのうちの転送トランジスタＴｒ１で代表して示している。転送トランジスタＴｒ１は、フォトダイオードＰＤをソースとし、ｎ型半導体領域によるフローティングディフージョンＦＤをドレインとして、ゲート絶縁膜５を介して形成した転送ゲート電極６を有して形成される。
【００３１】
半導体基板２には、各単位画素間を分離する素子分離領域１３が形成される。半導体基板２の表面側に層間絶縁膜７を介して複数層の配線８を配置した多層配線層９が形成される。配線８は後述するように、ダマシンプロセスで形成されたバリアメタル層と銅による導電層とから構成される。層間絶縁膜７は、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜で形成される。多層配線層９上には、平坦化膜を介してカラーフィルタ１１及び各画素に対応するオンチップレンズ１２が形成される。
【００３２】
そして、本実施の形態では、各画素のフォトダイオードＰＤに対応して光導波路１５が形成される。光導波路１５は、カラーフィルタ１１とフォトダイオードＰＤ間の多層配線層９の層間絶縁膜７内に光出射端がフォトダイオードＰＤに近接するように形成される。光導波路１５は、図２に示すように、平面に沿う水平断面において、外周部すなわち層間絶縁膜７より屈折率が高い環状のコア層１６と、この環状のコア層１６に取り囲まれてコア層１６より屈折率の低いクラッド層１７とを有して構成される。本実施の形態の光導波路１５は、換言すれば、柱状のクラッド層１７を取り囲むように外側に環状のコア層１６が形成される。
【００３３】
コア層１６は、例えば屈折率が１．７程度のシロキサン系樹脂を塗布して形成するのが好ましい。クラッド層１７は、例えば屈折率が１．４程度のシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜で形成することができる。層間絶縁膜７は、前述したように、例えば屈折率が１．４程度のシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜で形成される。
【００３４】
第１実施の形態に係る固体撮像装置１では、図１に示すように、入射光Ｌがオンチップレンズ１２を透過して光導波路１５に入射される。光導波路１５のうち、環状のコア層１６に入射された光Ｌは、コア層１６内を伝播すると共に、コア層１６とクラッド層１７との界面で反射しフォトダイオードＰＤに入射される。光導波路１５のうち、中央のクラッド層１７に入射された光Ｌは、一部がクラッド層１７とコア層１６との界面で反射してフォトダイオードＰＤに入射し、他の一部がコア層１６へ透過してコア層１６内を伝播してフォトダイオードＰＤに入射する。
【００３５】
第１実施の形態に係る固体撮像装置１によれば、光導波路１５のコア層１６を環状型のパターンに形成することにより、光を主として導波するコア層１６の開口幅ｄ１を狭くすることができる。すなわちコア層１６の開口幅ｄ１をある大きさ以下にすることができる。これによって、コア層１６を例えばシロキサン系樹脂などの塗布材料で形成した場合の、コア層１６の収縮量が低減し、熱膨張によるコア層１６及びクラッド層１７間の応力発生に伴うクラックの発生を防ぐことができる。本実施の形態の光導波路１５は、特に、画素サイズの大きい固体撮像装置の光導波路に適用して好適である。
【００３６】
光導波路１５においては、コア層１６を環状のコア層１６と外周部である層間絶縁膜７との界面、コア層１６と内側のクラッド層１７との界面を有し、いわゆる界面の箇所が従来の光導波路より増える。この構成は、光の反射箇所が増えることによって、光導波路外へ透過する光成分を低減させることができ、光の損失を減らすことができる。同時に光の屈折と透過成分をフォトダイオードＰＤに、より多く到達させることができる。また、光の反射回数を増やすことによって、斜め光でもフォトダイオードＰＤへ到達できる光成分を増やすことができる。結果として、フォトダイオードＰＤへの集光効率を向上することができる。
【００３７】
光導波路１５によって、効率よく入射光をフォトダイオードＰＤに到達させることができるので、画素サイズの大きい固体撮像装置において、配線や画素トランジスタの占有面積を小さくしても、混色を防ぐことができる。配線や画素トランジスタの占有面積を小さくして、フォトダイオードＰＤの面積を大きくすることができので、固体撮像装置の感度特性を向上することができる。
【００３８】
［固体撮像装置の製造方法例（１）］
図３〜図５に、第１実施の形態に係る固体撮像装置１の製造方法例（１）を示す。図３Ａに示すように、シリコン半導体基板２の表面側に、フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタからなる画素（図示せず）と、素子分離領域（図示せず）を形成し、半導体基板２の表面上に多層配線層９を形成する。多層配線層９では、ダマシンプロセスを用いて、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜による層間絶縁膜７に埋め込まれるようにバリアメタル層２１と銅からなる導電層２２とによる配線８を形成する。さらに、配線８の上面を含んで拡散防止膜２３形成し、これらの工程を繰り返して複数層の配線８を形成する。この多層配線層９、詳しくはその層間絶縁膜７が構成膜となる。
【００３９】
次に、図３Ｂに示すように、多層配線層９の各フォトダイオードＰＤに対応する部分の層間絶縁膜７及び拡散防止膜２３を選択エッチングし、実質的に層間絶縁膜７に凹部２４を形成する。凹部２４は、その底面が限りなくフォトダイオードＰＤに近づくように形成する。
【００４０】
次に、図３Ｃに示すように、凹部２４内を埋め込むように多層配線層９上の全面にクラッド層となる例えば屈折率が１．４程度のシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜１７Ａを堆積する。このシリコン酸化膜１７Ａは、例えばＣＶＤ（化学気相成長）法で形成することができる。
【００４１】
次に、図４Ｄに示すように、シリコン酸化膜１７Ａを、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いてパターニングして、凹部２４内の中央部に上面が多層配線層９の上面と面一となるクラッド層１７を形成する。このクラッド層１７の形成で、凹部２４内にクラッド層１７を取り囲むような環状凹状部２５が形成される。すなわち、凹部２４内に、平面に沿う水平断面において、環状凹状部２５に取り囲まれたクラッド層１７を形成する。
【００４２】
次に、図４Ｅに示すように、環状凹状部２５の内壁面、クラッド層１７の上面及び多層配線層９の上面の全面にわたってパシベーション膜２６を形成する。このパッシベーション膜２６は後で形成するコア層となるシロキサン系樹脂と馴染ませて、環状凹状部２５の内壁との密着性を良好にする。パッシベーション膜２６は、コア層の一部を構成するもので、コア層より屈折率が高い例えば屈折率が２．０程度のシリコン窒化（ＳｉＮ）膜で形成する。
【００４３】
次に、図４Ｆに示すように、環状凹状部２５内を含みクラッド層１７上及び多層配線層９上の全面に例えばシロキサン系樹脂を塗布する。環状凹状部２５内に埋め込まれたシロキサン系樹脂により環状のコア層１６が形成される。
【００４４】
これによって、図５に示すように、平面に沿う水平断面において、中央部の柱状のクラッド層１７と、このクラッド層１７を取り囲む環状のコア層１６とからなる光導波路１５を形成する。この光導波路１５では、コア層１６の外周囲及び内周囲にコア層１６の一部を構成し、コア層１６より屈折率が高いパシッベーション膜２６を有している。
【００４５】
これ以後は、平坦化されたシロキサン系樹脂層上にカラーフィルタ及びオンチップレンズを形成して、目的とする光導波路１５を有した表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置１を得る。
【００４６】
［固体撮像装置の製造方法例（２）］
図６〜図７に、第１実施の形態に係る固体撮像装置１の製造方法例（２）を示す。本例では前述の図３Ａの工程と同様に、シリコン半導体基板２に、フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタからなる画素と、素子分離領域を形成し、その後、半導体基板２の表面上にダマシンプロセスにより、層間絶縁膜７を介して複数層の配線８を配置した多層配線層９を形成する。
【００４７】
次に、図６Ａに示すように、前述の図３Ｂの工程と同様に、多層配線層９の各フォトダイオードＰＤに対応する部分の層間絶縁膜７及び拡散防止膜２３を選択エッチングし、実質的に層間絶縁膜７に凹部２４を形成する。凹部２４は、その底面が限りなくフォトダイオードＰＤに近づくように形成する。
【００４８】
次に、図６Ｂに示すように、凹部２４の内壁面及び多層配線層９の表面の全面に、例えば屈折率が２．０程度のシリコン窒化（ＳｉＮ）膜によるパッシベーション膜２６を形成する。次いで、凹部２４内を埋め込むようにパッシベーション膜２６上にクラッド層となる例えば屈折率が１．４程度のシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜１７Ａを堆積する。このシリコン酸化膜１７Ａは、例えばＣＶＤ（化学気相成長）法で形成することができる。
【００４９】
次に、図６Ｃに示すように、シリコン酸化膜１７Ａを、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いてパターニングして、凹部２４内の中央部に上面が多層配線層９上のパッシベーション膜２６の上面と面一となるクラッド層１７を形成する。このクラッド層１７の形成で、凹部２４内にクラッド層１７を取り囲むような環状凹状部２５が形成される。すなわち、凹部２４内に、平面に沿う水平断面において、環状凹状部２５に取り囲まれたクラッド層１７を形成する。
【００５０】
次に、図７Ｄに示すように、環状凹状部２５内を含みクラッド層１７上及び多層配線層９上の全面に例えばシロキサン系樹脂を塗布する。環状凹状部２５内に埋め込まれたシロキサン系樹脂により環状のコア層１６が形成される。
【００５１】
これによって、図７Ｅに示すように、平面に沿う水平断面において、中央部の柱状のクラッド層１７と、このクラッド層１７を取り囲む環状のコア層１６とからなる光導波路１５を形成する。この光導波路１５では、コア層１６の外周囲にコア層１６の一部を構成し、コア層１６より屈折率が高いパシッベーション膜２６を有している。
【００５２】
これ以後は、平坦化されたシロキサン系樹脂層上にカラーフィルタ及びオンチップレンズを形成して、目的とする光導波路１５を有した表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置１を得る。
【００５３】
［固体撮像装置の製造方法例（３）］
図８〜図９に、第１実施の形態に係る固体撮像装置１の製造方法例（３）を示す。本例では前述の図３Ａの工程と同様に、シリコン半導体基板２に、フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタからなる画素と、素子分離領域を形成し、その後、半導体基板２の表面上にダマシンプロセスにより、層間絶縁膜７を介して複数層の配線８を配置した多層配線層９を形成する。
【００５４】
次に、図８Ａに示すように、前述の図３Ｂの工程と同様に、多層配線層９の各フォトダイオードＰＤに対応する部分の層間絶縁膜７及び拡散防止膜２３を選択エッチングし、実質的に層間絶縁膜７に凹部２４を形成する。凹部２４は、その底面が限りなくフォトダイオードＰＤに近づくように形成する。
【００５５】
次に、図８Ｂに示すように、凹部２４内を埋め込むように多層配線層９上の全面にクラッド層となる例えば屈折率が１．４程度のシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜１７Ａを堆積する。このシリコン酸化膜１７Ａは、例えばＣＶＤ（化学気相成長）法で形成することができる。
【００５６】
次に、図８Ｃに示すように、シリコン酸化膜１７Ａを、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いてパターニングして、凹部２４内の中央部と周側部にクラッド層１７ａ及び１７ｂを形成する。周側部のクラッド層１７ｂは多層配線層９上の全面に延長して形成される。このクラッド層１７ａ及び１７ｂとの間にクラッド層１７ａを取り囲むように、環状凹状部２５が形成される。すなわち、凹部２４内に、平面に沿う水平断面において、周側部のクラッド層１７ｂに取り囲まれた環状凹状部２５を形成すると共に、環状凹状部２５に取り囲まれたクラッド層１７ａを形成する。
【００５７】
次に、図９Ｄに示すように、環状凹状部２５の内壁面を含むクラッド層１７ａ及び１７ｂの全面にわたってパシベーション膜２６を形成する。このパッシベーション膜２６は後で形成するコア層となるシロキサン系樹脂と馴染ませて、環状凹状部２５の内壁との密着性を良好にする。パッシベーション膜２６は、コア層の一部を構成するもので、コア層より屈折率が高い例えば屈折率が２．０程度のシリコン窒化（ＳｉＮ）膜で形成する。
【００５８】
次に、図９Ｅに示すように、環状凹状部２５内を含みクラッド層１７ａ及び１７ｂ上の全面に例えばシロキサン系樹脂を塗布する。環状凹状部２５内に埋め込まれたシロキサン系樹脂によりコア層１６が形成される。
【００５９】
これによって、図９Ｆに示すように、平面に沿う水平断面において、中央部の柱状のクラッド層１７ａと、このクラッド層１７ａを取り囲む環状のコア層１６と、このコア層１６を取り囲む環状のクラッド層１７ｂからなる光導波路１５を形成する。この光導波路１５では、コア層１６の外周囲及び内周囲にコア層１６の一部を構成し、コア層１６より屈折率が高いパシッベーション膜２６を有している。
【００６０】
これ以後は、平坦化されたシロキサン系樹脂層上にカラーフィルタ及びオンチップレンズを形成して、目的とする光導波路１５を有した表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置１を得る。
【００６１】
上述の固体撮像装置１の製造方法例（１）〜（３）によれば、基本的に中央の柱状のクラッド層１７（１７ａ）を取り囲んで環状のコア層１６を形成した光導波路１５を有する固体撮像装置１を製造することができる。すなわち、多層配線層９の各画素のフォトダイオードＰＤに対応した部分に凹部２４を形成し、凹部２４内に環状凹状部２５に取り囲まれたクラッド層１７を形成し、環状凹状部２５にコア層１６を埋め込んで光導波路を形成している。これにより、水平断面でのコア層１６の幅が小さくなり、コア層１６を塗布材料で形成した場合にも光導波路内部での熱膨張によるクラック発生が防止される。コア層１６と外周の層間絶縁膜７との界面に加えて、コア層１６と内側のクラッド層１７との界面が形成されるので、外周の層間絶縁膜７へ透過する無駄な光成分が可吸的に少なくなる光導波路が形成される。
【００６２】
また、環状凹状部２５内壁面にシリコン窒化膜によるパッシベーション膜２６を形成した後、コア層１６となるシロキサン系樹脂を埋め込むので、環状凹状部２５内でのコア層１６の密着性が良好となる。
【００６３】
＜３．第２実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１０及び図１１に、本発明に係る固体撮像装置の第２実施の形態を示す。本実施の形態は、表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。第２実施の形態に係る固体撮像装置３１は、特に、各画素のフォトダイオードＰＤに対応して、環状のコア層１６と、このコア層に取り囲まれたクラッド層１７と、クラッド層１７に取り囲まれた中央のコア層３３とから成る光導波路３２を有して構成される。光導波路３２は、平面に沿う水平断面において、同心的に、外周部の層間絶縁膜７より屈折率が高い環状のコア層１６と、コア層１６に取り囲まれてコア層１６より屈折率が低いクラッド層１７と、クラッド層１７の中央のコア層３３とが形成されて構成される。中央のコア層３３は、当然、クラッド層１７より屈折率が高い材料で形成され、本例では、コア層１６及びコア層３３が同じ材料の、例えばシロキサン系樹脂で形成される。また、クラッド層１７は、前述と同様に、例えばシリコン酸化膜で形成される。
【００６４】
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図１０及び図１１において、図１及び図２と対応する部分に同一符号を付して重複説明を省略する。
【００６５】
第２実施の形態の固体撮像装置３１の製造方法は、シリコン酸化膜１７Ａのパターニング工程で、環状凹状部と中央に位置する中央凹状部を有するパターンを形成する以外は、前述の第１実施の形態の製造方法例（１）、（２）を適用することができる。
【００６６】
第２実施の形態に係る固体撮像装置３１によれば、光導波路３１が環状のコア層１６に囲まれたクラッド層１７の中央にさらに、さらに柱状のコア層３３を有して構成されるので、さらにコア層１６、３３の開口幅ｄ２、ｄａ３を狭くすることができる。これによって、コア層１６を例えばシロキサン系樹脂などの塗布材料で形成した場合の、コア層１６の収縮量がさらに低減し、熱膨張によるクラックの発生を防ぐことができる。本実施の形態の光導波路１５は、特に、画素サイズの大きい固体撮像装置の光導波路に適用して好適である。また、光導波路３１は、反射界面がさらに増えるので、光の損失をさらに減らし、フォトダイオードＰＤへの集光効率をさらに向上することができる。
【００６７】
その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００６８】
＜４．第３実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１２及び図１３に、本発明に係る固体撮像装置の第３実施の形態を示す。本実施の形態は、表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。第３実施の形態に係る固体撮像装置４１は、特に、各画素のフォトダイオードＰＤに対応して、環状のコア層１６と、このコア層に取り囲まれたクラッド層１７とを有し、環状のコア層１６の光入射側の開口端を広げて成る光導波路４２を有して構成される。
【００６９】
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、図１２及び図１３において、図１及び図２と対応する部分に同一符号を付して、重複説明を省略する。
【００７０】
第３実施の形態に係る固体撮像装置４１によれば、光導波路４１において、環状のコア層１６の光入射側の開口端を広げた構成であるので、光導波路への光の導入をよりし易くすることができる。よって、よりフォトダイオードＰＤへの集光効率を向上することができ、高感度化を促進する。第１実施の形態と同様に、光路４１に対して、熱膨張によるクラックの発生を防ぐこともできる。
【００７１】
その他、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
【００７２】
＜光導波路の各構成例＞
図１４に、本発明に係る固体撮像装置に適用される光導波路の各構成例を示す。図１４Ａ〜１４Ｃは、いずれも水平断面における光導波路形状である。
図１４Ａに示す光導波路１５１は、図２の光導波路１５の変形であり、画素の形状に合わせてクラッド層１７を取り囲む環状のコア層１６を多角形状に形成して構成される。この形状は、後述する４画素共有などのいわゆる画素共有構造に適用できる。
図１４Ｂに示す光導波路１５２は、図１１の光導波路３２と同じであり、同心的に配置した外側の環状のコア層１６とクラッド層１７と内側の柱状のコア層３３を四角形状に形成して構成される。
図１４Ｃに示す光導波路１５３は、図１１の光導波路３２の変形例であり、同心的に配置した外側の環状のコア層１６とクラッド層１７と内側の柱状のコア層３３を円形状に形成して構成される。
【００７３】
前述の固体撮像装置の製造方法において、水平断面において、パッシベーション膜２６を環状のコア層１６の外周囲及び内周囲に形成し（図５、図９Ｆ参照）、あるいはパッシベーション膜２６をコア層１６の外周囲に形成しが（図７Ｅ参照）、パッシベーション膜２６をコア層１６の内周囲に形成することも可能である。
【００７４】
＜５．第４実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１５及び図１６に、本発明に係る固体撮像装置の第４実施の形態を示す。本実施の形態は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。第４実施の形態に係る固体撮像装置５１は、薄膜化されたシリコン半導体基板５２に、光電変換部となるフォトダイオードＰＤと、複数の画素トランジスタからなる複数の画素を規則的に２次元配列した画素領域を有して構成される。フォトダイオードＰＤは、半導体基板５２の厚み方向の全域にわたり、図示しないが、光電変換と電荷蓄積を兼ねた第１導電型、本例ではｎ型の電荷蓄積領域と、その表裏両界面の暗電流抑制を兼ねる第２導電型、本例ではｐ型の半導体領域とを有して形成される。フォトダイオードＰＤは、複数の画素トランジスタの下方に延長するように形成される。複数の画素トランジスタは、半導体基板５２の表面側に形成されたｐ型の半導体ウェル領域５３に形成される。図示では、複数の画素トランジスタを、そのうちの転送トランジスタＴｒ１で代表して示している。転送トランジスタＴｒ１は、フォトダイオードＰＤをソースとし、ｎ型半導体領域によるフローティングディフージョンＦＤをドレインとして、ゲート絶縁膜を介して形成した転送ゲート電極５４を有して形成される。隣接する画素間には、素子分離領域５５となる例えばｐ型半導体層が形成される。
【００７５】
半導体基板５２の表面側に層間絶縁膜５７を介して複数層の配線５８を配置した多層配線層５９が形成され、この多層配線層５９上に支持基板６０が貼り合わされる。配線５８は、配置の制限がなく、フォトダイオードＰＤ上にも形成される。半導体基板５２の多層配線層５９とは反対側の裏面が受光面となり、この基板裏面側にカラーフィルタ６１及びオンチップレンズ６２が形成される。
【００７６】
そして、本実施の形態では、カラーフィルタ６１と半導体基板５２の裏面との間に、各画素のフォトダイオードＰＤに対応して光導波路６５が形成される。光導波路６５は、半導体基板５２の裏面とカラーフィルタ６１との間に形成した絶縁膜６６内に埋め込まれるように形成される。光導波路６５は、前述の実施の形態で述べたと同様の構成を有し、本例では、第１実施の形態での光導波路１５と同様に構成される。すなわち、図１６に示すように、平面に沿う水平断面において、外周部すなわち絶縁膜６６より屈折率が高い環状のコア層１６と、この環状のコア層１６に取り囲まれてコア層１６より屈折率の低い柱状のクラッド層１７とを有して構成される。光導波路６５が形成された絶縁膜６６とカラーフィルタ６１との間には、平坦化膜６７を形成することができる。
【００７７】
絶縁膜６６は、例えば屈折率が１．４程度のシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜で形成することができる。コア層１６は、例えば屈折率が１．７程度のシロキサン系樹脂を塗布して形成するのが好ましい。クラッド層１７は、例えば屈折率が１．４程度のシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜で形成することができる。
【００７８】
第４実施の形態に係る固体撮像装置５１では、入射光Ｌが、オンチップレンズ６２を通り、光導波路６５に導かれて半導体基板５２の裏面側よりフォトダイオードＰＤに入射される。光Ｌが光導波路６５内を伝播する様子は、第１実施の形態の光導波路１５で説明したと同様である。
【００７９】
第４実施の形態に係る固体撮像装置５１、すなわち裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置によれば、光導波路として、環状のコア層１６とコア層１６に取り囲まれたクラッド層１７とからなる光導波路６５を備える。この光導波路６５を有することにより、第１実施の形態で説明したように、光導波路６５内でのクラックの発生を防ぎ、フォトダイオードＰＤへの集光効率を向上することができる。
【００８０】
また、この裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置においても、光導波路６５により、斜め光の成分を減らすことができるので、隣接する画素への光の侵入を防ぐことができ、混色を防ぐことができる。従って、例えばタングステン（Ｗ）などによる遮光膜を省略することも可能である。
【００８１】
光導波路６５によって、効率よく入射光をフォトダイオードＰＤに到達させることができるので、画素サイズの大きい裏面勝者型の固体撮像装置において、画素トランジスタの占有面積を小さくしても、混色を低減することができる。画素トランジスタの占有面積を小さくして、フォトダイオードＰＤの面積を大きくすることができので固体撮像装置の感度特性を向上することができる。
【００８２】
［固体撮像装置の製造方法例（１）］
図１７〜図１８に、第４実施の形態に係る固体撮像装置５１の製造方法例（１）を示す。先ず、図示しないが、シリコン半導体基板５２の画素領域にフォトダイオードＰＤ及び複数の画素トランジスタから成る複数の画素、画素間を分離する素子分離領域を形成する。半導体基板５２の表面上に層間絶縁膜５７を介して複数層の配線５８を配置した多層配線層５９を形成する。多層配線層５９の形成では、第１実施の形態で説明したと同様に、ダマシンプロセスを用いて形成することができる。次いで、多層配線層５９上に例えばシリコン基板などによる支持基板６０を貼り合わせて後、半導体基板５２の裏面側よりＣＭＰ（化学機械研磨）法などを用いて、フォトダイオードＰＤが基板裏面に臨むように、半導体基板５２を薄膜化する。薄膜化の後に基板裏面に暗電流抑制を兼ねるｐ型半導体層を形成する。
【００８３】
次に、図１７Ａに示すように、薄膜化された半導体基板５２の裏面上に絶縁膜６６、例えば屈折率が１．４程度のシリコン酸化膜を形成する。この絶縁膜６６」が構成膜となる。
【００８４】
次に、図１７Ｂに示すように、絶縁膜６６の各フォトダイオードＰＤに対応する領域をパターニングして、中央の柱状のクラッド層１７とクラッド層１７を取り囲む環状凹状部２５を形成する。環状凹状部２５は、その底面が限り無くフォトダイオードＰＤに近づくように形成する。
【００８５】
次に、図１７Ｃに示すように、環状凹状部２５の内壁面、クラッド層１７の上面及び絶縁膜６６の上面の全面にわたってパシベーション膜２６を形成する。このパッシベーション膜２６は後で形成するコア層となるシロキサン系樹脂と馴染ませて、環状凹状部２５の内壁との密着性を良好にする。パッシベーション膜２６は、コア層の一部を構成するもので、コア層より屈折率が高い例えば屈折率が２．０程度のシリコン窒化（ＳｉＮ）膜で形成する。
【００８６】
次に、図１８Ｄに示すように、環状凹状部２５内を含みクラッド層１７上及び絶縁膜６６上の全面に例えばシロキサン系樹脂を塗布する。環状凹状部２５内に埋め込まれたシロキサン系樹脂により環状のコア層１６が形成される。
【００８７】
これによって、図１８Ｅに示すように、平面に沿う水平断面において、中央部の柱状のクラッド層１７と、このクラッド層１７を取り囲む環状のコア層１６とからなる光導波路１５を形成する。この光導波路１５では、コア層１６の外周囲及び内周囲にコア層１６の一部を構成し、コア層１６より屈折率が高いパシッベーション膜２６を有している。
【００８８】
これ以後は、平坦化されたシロキサン系樹脂層上にカラーフィルタ及びオンチップレンズを形成して、目的とする光導波路６５を有した裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置５１を得る。
【００８９】
［固体撮像装置の製造方法例（２）］
図１９〜図２０に、第４実施の形態に係る固体撮像装置５１の製造方法例（２）を示す。先ず、前述と同様に、シリコン半導体基板５２の画素領域にフォトダイオードＰＤ及び複数の画素トランジスタから成る複数の画素、画素間を分離する素子分離領域を形成する。半導体基板５２の表面上に層間絶縁膜５７を介して複数層の配線５８を配置した多層配線層５９を形成する。多層配線層５９の形成では、第１実施の形態で説明したと同様に、ダマシンプロセスを用いて形成することができる。次いで、多層配線層５９上に例えばシリコン基板などによる支持基板６０を貼り合わせて後、半導体基板５２の裏面側よりＣＭＰ（化学機械研磨）法などを用いて、フォトダイオードＰＤが基板裏面に臨むように、半導体基板５２を薄膜化する。薄膜化の後に基板裏面に暗電流抑制を兼ねるｐ型半導体層を形成する。
【００９０】
次に、図１９Ａに示すように、薄膜化された半導体基板５２の裏面上に絶縁膜６６、例えば屈折率が１．４程度のシリコン酸化膜を形成する。次いで、絶縁膜６６の各フォトダイオードＰＤに対応する部分を選択エッチングし、凹部６７を形成する。凹部６７は、その底面が限りなくフォトダイオードＰＤに近づくように形成する。
【００９１】
次に、図１９Ｂに示すように、凹部６７の内壁面及び絶縁膜６６の表面の全面に、例えば屈折率が２．０程度のシリコン窒化（ＳｉＮ）膜によるパッシベーション膜２６を形成する。
【００９２】
次に、図１９Ｃに示すように、凹部６７内を埋め込むようにパッシベーション膜２６上にクラッド層となる例えば屈折率が１．４程度のシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜１７Ａを堆積する。このシリコン酸化膜１７Ａは、例えばＣＶＤ（化学気相成長）法で形成することができる。
【００９３】
次に、図２０Ｄに示すように、シリコン酸化膜１７Ａを、フォトリソグラフィー技術及びエッチング技術を用いてパターニングして、凹部６７内の中央部に上面が絶縁膜６６上のパッシベーション膜２６の上面と面一となるクラッド層１７を形成する。このクラッド層１７の形成で、凹部６７内にクラッド層１７を取り囲むような環状凹状部６８が形成される。すなわち、凹部６７内に、平面に沿う水平断面において、環状凹状部６８に取り囲まれたクラッド層１７を形成する。
【００９４】
次に、図２０Ｅに示すように、環状凹状部６８内を含みクラッド層１７上及び絶縁膜６６上の全面に例えばシロキサン系樹脂を塗布する。環状凹状部６８内に埋め込まれたシロキサン系樹脂により環状のコア層１６が形成される。
【００９５】
これによって、図２０Ｆに示すように、平面に沿う水平断面において、中央部の柱状のクラッド層１７と、このクラッド層１７を取り囲む環状のコア層１６とからなる光導波路６５を形成する。この光導波路６５では、コア層１６の外周囲にコア層１６の一部を構成し、コア層１６より屈折率が高いパシッベーション膜２６を有している。
【００９６】
これ以後は、平坦化されたシロキサン系樹脂層上にカラーフィルタ及びオンチップレンズを形成して、目的とする光導波路６５を有した裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置５１を得る。
【００９７】
上述の固体撮像装置５１の製造方法例（１）〜（２）によれば、基本的に中央の柱状のクラッド層１７を取り囲んで環状のコア層１６を有する光導波路６５を有する固体撮像装置５１を製造することができる。また、環状凹状部６８内壁面にシリコン窒化膜によるパッシベーション膜２６を形成した後、コア層１６となるシロキサン系樹脂を埋め込むので、環状凹状部６８内でのコア層１６の密着性が良好となる。
【００９８】
＜６．第５実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態を説明する。図２１及び図２２に、表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置、特にその光導波路をその製造方法と共に示す。第５実施の形態に係る固体撮像装置７１は、各画素のフォトダイオードＰＤ上に図２２Ｅに示す光導波路７２を有して構成される。光導波路７２は、多層配線層の層間絶縁膜に埋め込まれ、コア層となる環状のパッシベーション膜２６と、パッシベーション膜２６に取り囲まれたクラッド層１７と、クラッド層１７に取り囲まれた中央の柱状のコア層１６とを有して構成される。
【００９９】
その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので、重複説明を省略する。
【０１００】
［固体撮像装置の製造方法］
本製造方法では、第１実施の形態の製造方法と対応する部分を同一符号で表す。
本例では、前述の図３Ａの工程と同様に、シリコン半導体基板２に、フォトダイオードＰＤ及び画素トランジスタからなる画素と、素子分離領域を形成し、その後、半導体基板２の表面上にダマシンプロセスにより、層間絶縁膜７を介して複数層の配線８を配置した多層配線層９を形成する。
【０１０１】
次に、図２１Ａに示すように、多層配線層９の各フォトダイオードＰＤに対応する部分の層間絶縁膜７及び拡散防止膜２３を選択エッチングし、実質的に層間絶縁膜７に凹部２４を形成する。凹部２４は、その底面が限りなくフォトダイオードＰＤに近づくように形成する。次いで、凹部２４の内壁面及び多層配線層９の表面の全面に、コア層となる例えば屈折率が２．０程度のシリコン窒化（ＳｉＮ）膜によるパッシベーション膜２６を形成する。
【０１０２】
次に、図２１Ｂに示すように、凹部２４内を埋め込むようにパッシベーション膜２６上にクラッド層となる例えば屈折率が１．４程度のシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜１７Ａを堆積する。このシリコン酸化膜１７Ａは、例えばＣＶＤ（化学気相成長）法で形成することができる。
【０１０３】
次に、図２１Ｃに示すように、シリコン酸化膜１７Ａの上面を平坦化すると共に、凹部２４の中央領域を選択的にエッチング除去して中央凹状部７２を形成する。中央凹状部７３の形成により、中央凹状部７３と外周の環状のパッシベーション２６との間に残るシリコン酸化膜１７Ａでクラッド層１７が形成される。
【０１０４】
次に、図２２Ｄに示すように、中央の凹部７３内を埋め込むように、全面に例えばシロキサン系樹脂を塗布する。凹部７３内に埋め込まれたシロキサン系樹脂により、柱状のコア層１６が形成される。
【０１０５】
これによって、図２２Ｅに示すように、水平断面において、中央のコア層１６と、コア層１６を取り囲むクラッド層１７と、クラッド層１７を取り囲むコア層となる環状のパッシベーション膜２６から成る光導波路７１を形成する。
【０１０６】
これ以後は、平坦化されたシロキサン系樹脂層上にカラーフィルタ及びオンチップレンズを形成して、目的とする光導波路７１を有した表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置７１を得る。なお、光導波路７１は、裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置にも適用可能である。
【０１０７】
第５実施の形態に係る固体撮像装置７１によれば、光導波路７２が環状のコア層となるパッシベーション膜２６と、パッシベーション膜２６で取り囲まれたクラッド層１７と、クラッド層１７の中央に位置するコア層１６を有して構成される。例えばシロキサン系樹脂によるコア層１６がクラッド層１７の中央に形成されるので、コア層１６の開口幅ｄ５は狭くなり、熱膨張によるコア層１６とクラッド層１７間でのクラックの発生を防ぐことができる。本実施の形態の光導波路７２は、特に、画素サイズの大きい固体撮像装置の光導波路に適用して好適である。また、光導波路７２は、パッシベーション膜２６とクラッド層１７間、クラッド層１７とコア層間に反射界面を有するので、反射界面が増える。これによって、前述したように、光の損失を減らし、フォトダイオードＰＤへの集光効率を向上させることができる。
【０１０８】
＜７．第６実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２３に、本発明に係る固体撮像装置の第６実施の形態を示す。本実施の形態は、横２画素×縦２画素を１単位とした、いわゆる４画素共有単位を２次元配列した表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。第６実施の形態に係る固体撮像装置８１は、  図２３に示すように、４画素のフォトダイオードＰＤ［ＰＤ１〜ＰＤ４］を配列した４画素共有単位８２が２次元配列されて画素部が構成される。４画素共有単位８２は、４つのフォトダイオードＰＤと、転送トランジスタを除く他の１つの画素トランジスタ群とを共有して構成される。すなわち、４画素共有単位８２は、４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に対して１つのフローティングディフージョンＦＤを共有する。画素トランジスタは、４つの転送トランジスタＴｒ１［Ｔｒ１１〜Ｔｒ１４］と、共有する各１つのリセットトランジスタＴｒ２，増幅トランジスタＴｒ３及び選択トランジスタＴｒ４とにより構成される。本例では、画素トランジスタを４トランジスタ構成としたが、３トランジスタ構成とすることもできる。
【０１０９】
フローティングディフージョンＦＤは、４つのフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４に囲まれた中央に配置される。転送トランジスタＴｒ１１〜Ｔｒ１４は、それぞれ共有するフローティングディフージョンＦＤと、これに対応するフォトダイオードＰＤ１〜ＰＤ４との間に配置された転送ゲート電極８３［８３１〜８３４］とを有して形成される。
【０１１０】
各フォトダイオードＰＤを含んで、フローティングディフージョンＦＤの中心を通る垂直線及び水平線と、画素トランジスタ形成領域の中心を通る水平線と、水平方向に隣り合う４画素共有単位間の中心を通る垂直線で囲まれた領域８４が１画素に対応する。
【０１１１】
リセットトランジスタＴｒ２は、一対のソース・ドレイン領域８６及び８７と、リセットゲート電極９０を有して形成される。増幅トランジスタＴｒ３は、一対のソース・ドレイン領域８７及び８８と、増幅ゲート電極９１を有して形成される。選択トランジスタＴｒ４は、一対のソース・ドレイン領域８８及び８９と、選択ゲート電極９２を有して形成される。
【０１１２】
フローティングディフージョンＦＤ、各ソース・ドレイン領域８６〜８９は、第１導電型の半導体領域で形成される。本例では、電子を信号電荷としているので、フローティングディフージョンＦＤ、各ソース・ドレイン領域３８〜４１は、ｎ型半導体領域で形成される。
【０１１３】
そして、本実施の形態では、各フォトダイオードＰＤ［ＰＤ１〜ＰＤ４］上に、図１４Ａで示す水平断面が多角形の光導波路１５１が形成される。この光導波路１５１は、フォトダイオードＰＤの形状に合わせて形成され、例えばシロキサン系樹脂による環状のコア層１６と、コア層１６に取り囲まれた例えばシリコン酸化膜によるクラッド層１７とを有して構成される。光導波路８１は、図示しないが、カラーフィルタとフォトダイオードＰＤ間の多層配線層の層間絶縁膜内に光出射端がフォトダイオードＰＤに近接するように形成される。
【０１１４】
第６実施の形態に係る固体撮像装置８１によれば、環状のコア層１６と中央のクラッド層２７からなる光導波路８１を備えるので、前述と同様に、光導波路での熱膨張によるクラック発生を防ぎ、またフォトダイオードＰＤへの集光効率を向上することができる。
【０１１５】
上述の図１４Ｂ、図１４Ｃの光導波路１５２、１５３、あるいは第５実施の形態の光導波路７２は、前述の裏面照射型の固体撮像装置に適用することができる。
【０１１６】
上述では、本発明に係る光導波路を備えた固体撮像装置をＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合であるが、ＣＣＤ固体撮像装置にも適用できるものである。ＣＣＤ固体撮像装置では、前述したように、受光部となる複数の光電変換部（フォトダイオード）と、各受光部列に対応する垂直転送レジスタと、水平転送レジスタと出力部とを有して成る。画素は、光電変換と、光電変換部の信号電荷を読み出す手段、すなわち光電変換部に対応した垂直転送レジスタの転送部とから構成される。そして、各画素の光電変換部上に上述した各実施の形態で示す光導波路が形成される。
【０１１７】
上述の各実施の形態に係る固体撮像装置では、信号電荷を電子とし、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型として構成したが、信号電荷を正孔とする固体撮像装置にも適用できる。この場合ｎ型が第２導電型，ｐ型が第１導電型となる。
【０１１８】
＜８．第７実施の形態＞
［電子機器の構成例］
上述の本発明に係る固体撮像装置は、例えばデジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステムや、撮像機能を有する携帯電話、あるいは撮像機能を備えた他の機器、などの電子機器に適用することができる。
【０１１９】
図２５に、本発明に係る電子機器の一例としてカメラに適用した第７実施の形態を示す。本実施形態例に係るカメラは、静止画像又は動画撮影可能なビデオカメラを例としたものである。本実施形態例のカメラ１０１は、固体撮像装置１０２と、固体撮像装置１０２の受光センサ部に入射光を導く光学系１０３と、シャッタ装置１０４と、固体撮像装置１０２を駆動する駆動回路１０５と、固体撮像装置１０２の出力信号を処理する信号処理回路１０６とを有する。
【０１２０】
固体撮像装置１０２は、上述した各実施の形態の固体撮像装置のいずれかが適用される。光学系（光学レンズ）１０３は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１０２の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置１０２内に、一定期間信号電荷が蓄積される。光学系１０３は、複数の光学レンズから構成された光学レンズ系としてもよい。シャッタ装置１０４は、固体撮像装置１０２への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路１０５は、固体撮像装置１０２の転送動作及びシャッタ装置１０４のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路１０５から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置１０２の信号転送を行う。信号処理回路１０６は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリなどの記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。
【０１２１】
第７実施の形態に係る電子機器によれば、光導波路を有する固体撮像装置において、光導波路での熱膨張によるクラック発生を防止し、フォトダイオードへの集光効率を上げることができる。従って、高品質の電子機器を提供することがでる。例えば、高品質のカメラなどを提供することができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１・・固体撮像装置、２・・半導体基板、ＰＤ・・光電変換部、ＦＤ・・フローティングディフージョン、５・・ゲート絶縁膜、６・・転送ゲート電極、７・・層間絶縁膜、８・・配線、９・・多層配線層、１１・・カラーフィルタ、１２・・オンチップレンズ、１３・・素子分離領域、１５・・光導波路、１６・・コア層、１７・・クラッド層、２６・・パッシベーション膜
【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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