(57)【要約】【課題】ＣＣＤイメージセンサなどの固体撮像素子として、安価で高い集光率を有する固体撮像素子を提供する。【解決手段】半導体基板１０内に形成され、入射光を光電変換する光電変換部１１を有する固体撮像素子１ａにおいて、該半導体基板上に該光電変換部に対向するよう配置され、該入射光を集光する集光レンズ２４と、該光電変換部と該集光レンズとの間に位置するよう配置され、該集光レンズにより集光された入射光を該光電変換部に導く光導波路２２ａとを備え、該集光レンズと該光導波路とは、それぞれの中心軸が一致するよう両者の接する部分の断面形状により位置決めされている。【選択図】図１
2012099620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板内に形成され、入射光を光電変換する光電変換部を有する半導体装置であって、
該半導体基板上に該光電変換部に対向するよう配置され、該入射光を集光する集光レンズと、
該光電変換部と該集光レンズとの間に位置するよう配置され、該集光レンズにより集光された入射光を該光電変換部に導く光導波路とを備え、
該集光レンズと該光導波路とは、それぞれの中心軸が所定の位置関係となるよう両者の接する部分の断面形状により位置決めされている、半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置において、
前記光導波路の、前記集光レンズと接する上面は、凸形断面形状を有し、
該集光レンズの、該光導波路と接する下面の断面形状は、該光導波路の上面の凸形断面形状に係合する凹形断面形状を有し、
該光導波路と該集光レンズとは一体に形成されている、半導体装置。
【請求項３】
請求項２に記載に半導体装置において、
前記光導波路と前記集光レンズの屈折率は、該集光レンズから該光導波路に入射した光が、該光導波路と該集光レンズとの接触面の断面形状に従って、該光導波路の光軸から離れる方向に屈折するよう設定されている、半導体装置。
【請求項４】
請求項２に記載の半導体装置において、
前記光導波路の屈折率は前記集光レンズの屈折率と等しい、半導体装置。
【請求項５】
請求項３に記載の半導体装置において、
前記光導波路と前記集光レンズとの接触面の断面形状は、該光導波路の光軸上に頂点が位置し、該光軸に線対称な概略二等辺三角形形状であり、
該光軸の両側に位置する斜辺は、下側に湾曲した形状となっており、
該光導波路の屈折率が該集光レンズの屈折率より小さい、半導体装置。
【請求項６】
複数の画素をマトリクス状に配列してなる画素アレイを有し、入射光を各画素で光電変換して被写体の画像信号を出力する固体撮像素子であって、
半導体基板上に各画素毎に形成され、入射光を光電変換する光電変換部と、
該半導体基板上に該光電変換部に対向するよう各画素毎に配置され、該入射光を集光する集光レンズと、
該光電変換部と該集光レンズとの間に位置するよう各画素毎に配置され、該集光レンズにより集光された入射光を該光電変換部に導く光導波路とを備え、
該集光レンズと該光導波路とは、それぞれの光軸が一致するよう両者の接する部分の断面形状により位置決めされている、固体撮像素子。
【請求項７】
請求項６に記載の固体撮像素子において、
前記集光レンズの屈折率は、前記光導波路の屈折率と同じ、あるいは該光導波路の屈折率より高い、固体撮像素子。
【請求項８】
請求項６に記載の固体撮像素子において、
前記半導体基板上には、前記光導波路の側面を覆うよう層間絶縁膜が形成されており、
該光導波路及び前記集光レンズは、該層間絶縁膜の屈折率より高い屈折率を有している、固体撮像素子。
【請求項９】
請求項６に記載の固体撮像素子において、
前記光導波路の、前記集光レンズと接する上面は、凸形断面形状を有し、
該集光レンズの、該光導波路と接する下面は、該光導波路の上面の凸形断面形状に係合する凹形断面形状を有し、
該光導波路と該集光レンズとは一体に形成されている、固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項９に記載の固体撮像素子において、
前記集光レンズは、その頂点が前記光導波路の中心軸上に位置するよう、該光導波路の直上に配置されている、固体撮像素子。
【請求項１１】
請求項９に記載の固体撮像素子において、
前記集光レンズは、その頂点が前記光導波路の中心軸から外れた位置に位置するよう、該光導波路の直上位置からずらして配置されている、固体撮像素子。
【請求項１２】
請求項９に記載の固体撮像素子において、
前記画素アレイの周辺部以外の領域では、前記集光レンズは、その頂点が前記光導波路の中心軸上に位置するよう、該光導波路の直上に配置されており、
前記画素アレイの周辺部では、該集光レンズは、該集光レンズの頂点と前記光電変換部の中心とが、該画素アレイの外部から該画素アレイの画素に斜めに入射する斜め入射光の光軸に沿って位置するよう、その頂点を前記光導波路の中心軸上から外して配置されている、固体撮像素子。
【請求項１３】
請求項６に記載の固体撮像素子において、
各画素で入射光の光電変換により得られた信号電荷を転送する電荷転送部を有し、
前記半導体基板上には、該電荷転送部を構成するゲート電極が形成されており、
該ゲート電極を構成する導電層は、各画素の光電変換部を囲む平面形状を有するとともに、一定の厚さを有しており、
各画素における前記光導波路及び前記集光レンズは、該ゲート電極を構成する導体層の平面形状により自己整合的に位置決めされている、固体撮像素子。
【請求項１４】
請求項１３に記載の固体撮像素子において、
前記ゲート電極を構成する導体層上には、該導体層の平面形状により自己整合的に位置決めされる前記光導波路及び前記集光レンズの位置を調整するための犠牲層が、フォトリソグラフィにより形成されている、固体撮像素子。
【請求項１５】
請求項１４に記載の固体撮像素子において、
前記ゲート電極は、前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部を構成する転送ゲート電極である、固体撮像素子。
【請求項１６】
各画素に対応する集光レンズと、該集光レンズからの光を対応する画素の光電変換部に導く光導波路とを有し、該集光レンズと該光導波路とを自己整合的に位置決めした固体撮像素子を製造する方法であって、
半導体基板内に該画素を構成する光電変換部、及び該光電変換部で生成された信号電荷を転送するための転送ゲート電極を形成した後、絶縁膜を介して全面に該半導体基板の表面の段差が反映されるよう光導波材料層を形成する工程と、
該光導波材料層上に該光導波材料層よりエッチングレートが低い犠牲層を積層する工程と、
該光導波材料層と該犠牲膜を同時にエッチングして、該半導体基板の表面の段差により決まる断面形状を有する光導波路を形成する工程と、
該光導波路の上方に集光レンズを、該光導波路の断面形状により自己整合的に位置決めして形成する工程と
を含む、固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記絶縁膜をフォトリソグラフィ処理を用いて形成する工程を含み、
該絶縁膜の形成工程は、
前記半導体基板の全面に絶縁材料層を形成する工程と、
該絶縁材料層を該ゲート電極を覆うようパターニングして該絶縁膜を形成する工程とを含む、固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１６に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記ゲート電極上に犠牲層をフォトリソグラフィ処理を用いて形成する工程を含み、
前記絶縁膜を形成する工程は、
絶縁材料層を前記光電変換部、該ゲート電極、及び該犠牲層の表面に沿って形成する工程を含む、固体撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
請求項１６に記載の固体撮像素子の製造方法において、
前記犠牲層は、前記光導波路の中心軸が、前記光電変換部の両側に位置する、前記ゲート電極の間の中心位置からずれるようパターニングされている、固体撮像素子の製造方法。
【請求項２０】
被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、
該撮像部は、請求項６ないし請求項１５のいずれかに記載の固体撮像素子である電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置、固体撮像素子及びその製造方法、並びに電子情報機器に関し、特に、被写体からの画像光を光電変換して撮像する、半導体素子で構成されたＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサなどの固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を搭載した電子情報機器に関するものであり、このような電子情報機器は、例えば、固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などである。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤイメージセンサなどの半導体素子を用いた従来の固体撮像素子は、デジタルカメラを始め、スキャナ装置、デジタル複写機、ファクシミリ装置など様々な用途に利用されている。また、その普及につれて、小型化、低価格化などの要請はもとより、画素数の増大、受光感度の向上などの高機能化、高性能化が益々強まってきている。
【０００３】
図１１は、固体撮像素子の一例であるＣＣＤ型イメージセンサの表面模式図である。
【０００４】
この固体撮像素子１００は、半導体基板１１０の表面に多数のフォトダイオード（ＰＤ）１１１がアレイ状に、図示する例では正方格子状に配列形成されている。また、各フォトダイオード列の側部にはフォトダイオード１１１が受光量に応じて蓄積した信号電荷を受け取り転送する垂直転送部（ＶＣＣＤ）１４０が設けられ、半導体基板１１０の下辺部には垂直転送部１４０から受け取った信号電荷を出力段に転送する水平転送部（ＨＣＣＤ）１５０が設けられ、水平転送部１５０の出力段には信号電荷量に応じた電圧値信号を出力するアンプ１６０が設けられている。フォトダイオード１１１の表面上には遮光膜やカラーフィルタ層，マイクロレンズ層（図示せず）が設けられている。
【０００５】
このような固体撮像素子１００では、特に感度向上のためカラーフィルター上にオンチップマイクロレンズを設けたり、画素直上に層内レンズを形成する技術が用いられているが、特許文献１では、更なる集光効率向上のため、集光レンズ一体型の光導波路が提案されている。
【０００６】
図１２は、図１１のＸ―Ｘ’線断面の構造を示す図であり、図１２（ａ）は、光導波路の光軸とレンズの光軸とが一致している場合を示し、図１２（ｂ）は、光導波路の光軸とレンズの光軸とがずれている場合を示している。
【０００７】
この固体撮像素子１００は、図１２（ａ）に示すように、光電変換部１１１の上方に設けられた光導波路１２２ａと、前記光導波路の側方を覆う層間絶縁膜１２０と、前記層間絶縁膜内に設けられ、前記層間絶縁膜によって互いに絶縁された転送電極（ゲート電極）１１６および遮光膜１１７と、前記光導波路１２２ａの上に設けられた集光レンズ１２４とを備え、前記光導波路１２２ａおよび前記集光レンズ１２４の屈折率は前記層間絶縁膜１２０より高く、且つ、前記光導波路１２２ａは、前記光電変換部１１１から前記集光レンズ１２４へ向かう方向に広がるテーパー形状を有している。また、前記集光レンズ１２４は、前記光導波路１２２ａと同一材料からなり、前記光導波路１２２ａと一体となっている。
【０００８】
次に製造方法について説明する。
【０００９】
図１３は、従来の固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、図１３（ａ）〜図１３（ｆ）は、この製造方法における主要工程での断面構造を示している。
【００１０】
まず、図１３（ａ）に示す断面構造が得られるまでの処理を説明する。
【００１１】
シリコンからなる半導体基板１１０の表面にイオン注入により光電変換部１１１、チャネルストップ１１２、電荷転送チャンネル１１３、読み出しゲート部１１４を形成する。続いて、半導体基板１１０の表面上に、厚さ１００〜３０００ｎｍの例えば酸化シリコン膜である絶縁膜１１５をシリコン熱酸化あるいはＣＶＤ法により形成する。次に、例えばポリシリコン膜をＣＶＤ法により厚さ５０〜３００ｎｍ程度堆積する。更に、熱拡散やイオン注入によりリンのようなｎ型不純物を導入する。その後、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターンにパターニングされたフォトレジストをマスクとして、異方性エッチングにより、転送電極１１６を形成する。
【００１２】
次に、ポリシリコン酸化或いはＣＶＤ法による酸化膜デポにより第１層間絶縁膜１１７を形成する。次に、反射防止膜として例えばシリコンナイトライド膜をデポし、所定のパターンにパターニングされたフォトレジストをマスクとして、異方性エッチングにより、反射防止膜１１８を形成する。次に、遮光膜材料であるタングステン等を堆積し、フォトリソグラフィー技術によって遮光膜１１９を形成する。次に、酸化シリコン膜である第２層間絶縁膜１２０をＣＶＤ法により形成する。
【００１３】
続いて、図１３（ｂ）〜図１３（ｆ）に示す断面構造を得るための処理を順次説明する。
【００１４】
次に、図１３（ａ）に示す断面構造が得られた後、図１３（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターンにパターニングされたフォトレジスト１２１をマスクとして、第２層間絶縁膜１２０を異方性エッチングし、光導波路となるべき領域を形成する。
【００１５】
次に、図１３（ｃ）に示すように、厚さ１００〜１０００ｎｍの例えば窒化シリコン膜である光導波路材料１２２をＣＶＤ法により形成する。
【００１６】
次に、図１３（ｄ）に示すように、光導波路材料１２２をレジストエッチバック法やＣＭＰ法によって上面が平坦になるように加工する。
【００１７】
その後、図１３（ｅ）に示すように、光導波路材料１２２上における、光電変換素子１１１の上方に位置する領域に、集光レンズ１２４（図１３（ｆ）参照）と同じ形状のレジスト膜１２３を、レジスト材料層のパターニングおよびリフローにより形成する。
【００１８】
その後、図１３（ｆ）に示す工程で、レジスト膜１２３をマスクとして再度エッチバックを行って光導波路材料１２２のうちの露出した部分を除去していくことにより、光導波路材料１２２の上面にレジストの形状を転写して、集光レンズ１２４と一体となった光導波路１１２ａを形成する。
【００１９】
なお、このような集光効率向上のため、集光レンズの下側に光導波路を配置した固体撮像素子には、上記特許文献１の他に特許文献２に開示のものもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２０】
【特許文献１】特開２００６-４９８２５号公報
【特許文献２】特開２００７-２０１０９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
しかしながら、特許文献１及び特許文献２では、集光レンズの形成がリソグラフィ技術によるパターニングにより形成されるため、光導波路に対して精度良く集光レンズを形成することができず、図１２（ｂ）に示す固体撮像素子１００ａのように光導波路１２２ａの光軸に対して集光レンズ１２４の光軸がずれた場合、集光効率が落ちてしまうという問題がある。
【００２２】
本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、光導波路の光軸に対して集光レンズの光軸を安価で高い制御性でもって合わせることができる、集光レンズ一体型の光導波路を有する、半導体装置、固体撮像素子及びその製造方法、並びにこのような固体撮像素子を搭載した電子情報機器を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明に係る半導体装置は、半導体基板内に形成され、入射光を光電変換する光電変換部を有する半導体装置であって、該半導体基板上に該光電変換部に対向するよう配置され、該入射光を集光する集光レンズと、該光電変換部と該集光レンズとの間に位置するよう配置され、該集光レンズにより集光された入射光を該光電変換部に導く光導波路とを備え、該集光レンズと該光導波路とは、それぞれの中心軸が所定の位置関係となるよう両者の接する部分の断面形状により位置決めされているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２４】
本発明は、上記半導体装置において、前記光導波路の、前記集光レンズと接する上面は、凸形断面形状を有し、該集光レンズの、該光導波路と接する下面の断面形状は、該光導波路の上面の凸形断面形状に係合する凹形断面形状を有し、該光導波路と該集光レンズとは一体に形成されていることが好ましい。
【００２５】
本発明は、上記半導体装置において、前記光導波路と前記集光レンズの屈折率は、該集光レンズから該光導波路に入射した光が、該光導波路と該集光レンズとの接触面の断面形状に従って、該光導波路の光軸から離れる方向に屈折するよう設定されていることが好ましい。
【００２６】
本発明は、上記半導体装置において、前記光導波路の屈折率は前記集光レンズの屈折率と等しいことが好ましい。
【００２７】
本発明は、上記半導体装置において、前記光導波路と前記集光レンズとの接触面の断面形状は、該光導波路の光軸上に頂点が位置し、該光軸に線対称な概略二等辺三角形形状であり、該光軸の両側に位置する斜辺は、下側に湾曲した形状となっており、該光導波路の屈折率が該集光レンズの屈折率より小さいことが好ましい。
【００２８】
本発明に係る固体撮像素子は、複数の画素をマトリクス状に配列してなる画素アレイを有し、入射光を各画素で光電変換して被写体の画像信号を出力する固体撮像素子であって、半導体基板上に各画素毎に形成され、入射光を光電変換する光電変換部と、該半導体基板上に該光電変換部に対向するよう各画素毎に配置され、該入射光を集光する集光レンズと、該光電変換部と該集光レンズとの間に位置するよう各画素毎に配置され、該集光レンズにより集光された入射光を該光電変換部に導く光導波路とを備え、該集光レンズと該光導波路とは、それぞれの光軸が一致するよう両者の接する部分の断面形状により位置決めされているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２９】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記集光レンズの屈折率は、前記光導波路の屈折率と同じ、あるいは該光導波路の屈折率より高いことが好ましい。
【００３０】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記半導体基板上には、前記光導波路の側面を覆うよう層間絶縁膜が形成されており、該光導波路及び前記集光レンズは、該層間絶縁膜の屈折率より高い屈折率を有していることが好ましい。
【００３１】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記光導波路の、前記集光レンズと接する上面は、凸形断面形状を有し、該集光レンズの、該光導波路と接する下面は、該光導波路の上面の凸形断面形状に係合する凹形断面形状を有し、該光導波路と該集光レンズとは一体に形成されていることが好ましい。
【００３２】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記集光レンズは、その頂点が前記光導波路の中心軸上に位置するよう、該光導波路の直上に配置されていることが好ましい。
【００３３】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記集光レンズは、その頂点が前記光導波路の中心軸から外れた位置に位置するよう、該光導波路の直上位置からずらして配置されていることが好ましい。
【００３４】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記画素アレイの周辺部以外の領域では、前記集光レンズは、その頂点が前記光導波路の中心軸上に位置するよう、該光導波路の直上に配置されており、前記画素アレイの周辺部では、該集光レンズは、該集光レンズの頂点と前記光電変換部の中心とが、該画素アレイの外部から該画素アレイの画素に斜めに入射する斜め入射光の光軸に沿って位置するよう、その頂点を前記光導波路の中心軸上から外して配置されていることが好ましい。
【００３５】
本発明は、上記固体撮像素子において、各画素で入射光の光電変換により得られた信号電荷を転送する電荷転送部を有し、前記半導体基板上には、該電荷転送部を構成するゲート電極が形成されており、該ゲート電極を構成する導電層は、各画素の光電変換部を囲む平面形状を有するとともに、一定の厚さを有しており、各画素における前記光導波路及び前記集光レンズは、該ゲート電極を構成する導体層の平面形状により自己整合的に位置決めされていることが好ましい。
【００３６】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記ゲート電極を構成する導体層上には、該導体層の平面形状により自己整合的に位置決めされる前記光導波路及び前記集光レンズの位置を調整するための犠牲層が、フォトリソグラフィにより形成されていることが好ましい。
【００３７】
本発明は、上記固体撮像素子において、前記ゲート電極は、前記信号電荷を垂直方向に転送する垂直電荷転送部を構成する転送ゲート電極であることが好ましい。
【００３８】
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、各画素に対応する集光レンズと、該集光レンズからの光を対応する画素の光電変換部に導く光導波路とを有し、該集光レンズと該光導波路とを自己整合的に位置決めした固体撮像素子を製造する方法であって、半導体基板内に該画素を構成する光電変換部、及び該光電変換部で生成された信号電荷を転送するための転送ゲート電極を形成した後、絶縁膜を介して全面に該半導体基板の表面の段差が反映されるよう光導波材料層を形成する工程と、該光導波材料層上に該光導波材料層よりエッチングレートが低い犠牲層を積層する工程と、該光導波材料層と該犠牲膜を同時にエッチングして、該半導体基板の表面の段差により決まる断面形状を有する光導波路を形成する工程と、該光導波路の上方に集光レンズを、該光導波路の断面形状により自己整合的に位置決めして形成する工程とを含むものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３９】
本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記絶縁膜をフォトリソグラフィ処理を用いて形成する工程を含み、該絶縁膜の形成工程は、前記半導体基板の全面に絶縁材料層を形成する工程と、該絶縁材料層を該ゲート電極を覆うようパターニングして該絶縁膜を形成する工程とを含むことが好ましい。
【００４０】
本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記ゲート電極上に犠牲層をフォトリソグラフィ処理を用いて形成する工程を含み、前記絶縁膜を形成する工程は、絶縁材料層を前記光電変換部、該ゲート電極、及び該犠牲層の表面に沿って形成する工程を含むことが好ましい。
【００４１】
本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記犠牲層は、前記光導波路の中心軸が、前記光電変換部の両側に位置する、前記ゲート電極の間の中心位置からずれるようパターニングされていることが好ましい。
【００４２】
本発明に係る電子情報機器は、被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部は、上述した本発明に係る固体撮像素子であり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４３】
次に作用について説明する。
【００４４】
本発明においては、集光レンズと光導波路とは、それぞれの中心軸が一致するよう両者の接する部分の断面形状により位置決めされているので、フォトアライメントズレの影響を受けることなく集光レンズの位置が光導波路に対して自動的に決まることとなり、より光軸がずれない集光レンズ一体型の光導波路を得ることができ、安定した集光率を有する固体撮像素子などの半導体装置を実現できる。
【００４５】
また、本発明では、光電変換部を囲むよう配置されたゲート電極による段差により、光導波路の位置をゲート電極に対して自己整合的に決め、さらに該光導波路に対して集光レンズの位置を自己整合的に決めることができるだけでなく、ゲート電極上にフォトリソグラフィ技術を用いて形成する犠牲膜（ダミー用絶縁膜）の位置を、ゲート電極に対して調整することで、光電変換部の中心位置に対する光導波路及び集光レンズの中心位置を調整することができる。
【００４６】
また、このような集光レンズ一体型の光導波路は、光導波路を半導体基板上で位置決めするための半導体基板表面の段差構造により、自己整合的に集光レンズと光導波路との中心軸（光軸）を合わせて、簡便な製造方法で形成でき、このため、コストの低減を図ることができる。
【００４７】
また、本発明においては、犠牲膜を光電変換部に対してずらして配置することで、集光レンズに対して光導波路の中心をずらすことができ、斜め光に対して集光効率の良い構造が得られる。
【００４８】
また、本発明においては、集光レンズを、画素アレイの周辺部以外の領域では、集光レンズの頂点が光導波路の中心軸上に位置するよう、該光導波路の直上に配置し、前記画素アレイの周辺部では、該集光レンズを、該集光レンズの頂点と前記光電変換部の中心とが、該画素アレイの外部から該画素アレイの画素に斜めに入射する斜め入射光の光軸に沿って位置するよう、集光レンズの頂点を前記光導波路の中心軸上から外して配置することにより、画素アレイにおける各画素の位置に応じて光導波路と集光レンズとの位置関係を最適化可能となり、固体撮像素子における集光率を最大にすることができる。
【発明の効果】
【００４９】
以上のように、本発明によれば、フォトアライメントズレの影響を受けることなく集光レンズが光導波路に対して自動的に位置が決まるため、より光軸がずれない集光レンズ一体型の光導波路を得ることができ、固体撮像素子などの半導体装置における安定した集光率を実現することができる。
【００５０】
また、このような集光レンズ一体型の光導波路は、光導波路を半導体基板上で位置決めするための半導体基板表面の段差構造により、自己整合的に集光レンズと光導波路との中心軸（光軸）を合わせて簡便な製造方法で形成でき、このため、固体撮像素子などの半導体装置の製造コストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の構造を説明する図であり、図１（ａ）は１画素に対応する部分の構造を示す平面図、図１（ｂ）は、図１のＡ−Ａ’線断面の構造を示す断面図、図１（ｃ）は、図１のＢ−Ｂ’線断面の構造を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、図２（ａ）〜図２（ｇ）は、この製造方法における主要工程での断面構造を示している。
【図３】図３は、本発明の実施形態２による固体撮像素子の構造を説明する図であり、図３（ａ）は、この固体撮像素子における１画素に対応する部分の構造を示す平面図、図３（ｂ）は、図３のＣ−Ｃ’線断面の構造を示す断面図、図３（ｃ）は、図３のＤ−Ｄ’線断面の構造を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態２による固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、図４（ａ）〜図４（ｇ）は、この製造方法における主要工程での断面構造を示している。
【図５】図５は、本発明の実施形態３による固体撮像素子の構造を説明する図であり、図３（ａ）のＣ−Ｃ’線断面に相当する部分の断面構造を示している。
【図６】図６は、本発明の実施形態３による固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、図６（ａ）〜図６（ｇ）は、この製造方法における主要工程での断面構造を示している。
【図７】図７は、本発明の実施形態４による固体撮像素子の構造を説明する図であり、その全体構成を概略的に示す模式図である。
【図８】図８は、図７に示す本発明の実施形態４による固体撮像素子の所定部位での断面構造を示す図であり、図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）はそれぞれ、図７のＬｘ−Ｌｘ’断面、Ｍｘ−Ｍｘ’断面、Ｒｘ−Ｒｘ’断面の構造を示し、図８（ｄ）、図８（ｅ）、図８（ｆ）はＬｙ−Ｌｙ’断面、Ｍｙ−Ｍｙ’断面、Ｒｙ−Ｒｙ’断面の構造を示している。
【図９】図９は、図７に示す本発明の実施形態４による固体撮像素子の所定部位での断面構造を示す図であり、図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）はそれぞれ、図７のＵｙ−Ｕｙ’断面、Ｍｙ−Ｍｙ’断面、Ｂｙ−Ｂｙ’断面の構造を示し、図９（ｄ）、図９（ｅ）、図９（ｆ）はＵｘ−Ｕｘ’断面、Ｍｘ−Ｍｘ’断面、Ｂｘ−Ｂｘ’断面の構造を示している。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態５として、実施形態１ないし４のいずれかの固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図１１】図１１は、固体撮像素子の一例であるＣＣＤ型イメージセンサの表面模式図である。
【図１２】図１２は、図１１のＸ―Ｘ’線断面の構造を示す図であり、図１２（ａ）は、光導波路の光軸とレンズの光軸とが一致している場合を示し、図１２（ｂ）は、光導波路の光軸とレンズの光軸とがずれている場合を示している。
【図１３】図１３は、従来の固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、図１３（ａ）〜図１３（ｆ）は、この製造方法における主要工程での断面構造を示している。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００５３】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施の形態に係る固体撮像素子の構造を説明する図であり、図１（ａ）は１画素に対応する部分の構造を示す平面図、図１（ｂ）は、図１のＡ−Ａ’線断面の構造を示す断面図、図１（ｃ）は、図１のＢ−Ｂ’線断面の構造を示す断面図である。
【００５４】
図１に示すように、本実施形態１による固体撮像素子１ａは、図１１に示す従来の固体撮像素子と同様、複数の画素をマトリクス状に配列してなる画素アレイを有し、入射光Ｌを各画素で光電変換して被写体の画像信号を出力する固体撮像素子である。
【００５５】
つまり、この固体撮像素子１ａは、半導体基板１０と、半導体基板上に各画素毎に形成され、入射光を光電変換する光電変換部１１と、該半導体基板上に該光電変換部に対向するよう各画素毎に配置され、該入射光を集光する集光レンズ２４と、該光電変換部と該集光レンズとの間に位置するよう各画素毎に配置され、該集光レンズにより集光された入射光を該光電変換部に導く光導波路２２ａとを備え、該集光レンズ２４と該光導波路２２ａとは、それぞれの光軸（中心軸）が一致するよう両者の接する部分の断面形状により位置決めされている。
【００５６】
また、前記半導体基板１０上には、前記光導波路２２ａの側面を覆うよう層間絶縁膜２０が形成されており、該光導波路２２ａ及び前記集光レンズ２４は、該層間絶縁膜２０の屈折率より高い屈折率を有している。
【００５７】
また、光導波路２２ａの、集光レンズ２４と接する上面は、凸形断面形状を有し、該集光レンズ２４の、該光導波路２２ａと接する下面は、該光導波路の上面の凸形断面形状に係合する凹形断面形状を有し、該光導波路と該集光レンズとはそれぞれ接触面が係合して一体に形成されている。ここで、前記集光レンズ２４は、その頂点が前記光導波路の中心軸上に位置するよう、該光導波路２２ａの直上に配置されている。
【００５８】
また、この固体撮像素子１ａは、各画素で入射光の光電変換により得られた信号電荷を転送する電荷転送部（図１１の電荷転送部１４０を参照）を有し、前記半導体基板上には、該電荷転送部を構成する転送電極（ゲート電極）１６が形成されており、該ゲート電極を構成する導電層は、各画素の光電変換部を囲む平面形状を有するとともに、一定の厚さを有しており、各画素における前記光導波路２２ａ及び前記集光レンズ２４は、該ゲート電極１６を構成する導体層を覆う層間絶縁膜２０の平面形状に従って自己整合的に位置決めされている。
【００５９】
また、該半導体基板１０上には、チャネルストップ１２を介して電荷転送部を構成する転送チャンネル１３が形成され、転送チャンネル１３に対して該チャネルストップ１２と反対側には読み出しゲート１４が形成されている。
【００６０】
該半導体基板１０上には絶縁膜１５が形成され、該絶縁膜１５上には転送電極（ゲート電極）１６と反射防止膜１８が形成されている。該転送電極１６には第１層間絶縁膜１７を介して遮光膜１８が形成されている。該遮光膜１８上には第２層間絶縁膜２０が形成されている。該反射防止膜１８上には光導波路材料２２、更に該光導波路材料２２上には集光レンズ２４が形成される構成となっている。
【００６１】
本実施形態１の固体撮像素子１ａでは、集光レンズ２４の頂点が光導波路２２ａの中心軸に対して直上に配置されているため、光軸のずれがない集光レンズ一体型の光導波路を得ることができ安定した集光率が得られる。
【００６２】
なお、光導波路２２と集光レンズ２４の屈折率が同じ、或いは集光レンズの方が高い構成であることが望ましい。例えば、光導波路２２の屈折率は１．８とし、集光レンズ２４の屈折率は２．０とすることができる。
【００６３】
次に製造方法について説明する。
【００６４】
図２は、本発明の実施形態１による固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、図２（ａ）〜図２（ｇ）は、この製造方法における主要工程での断面構造を示している。
【００６５】
まず、図２（ａ）に示す断面構造が得られるまでの処理を説明する。
【００６６】
シリコンからなる半導体基板１０の表面にイオン注入により光電変換部１１、チャネルストップ１２、電荷転送部１３、読み出しゲート１４を形成する。半導体基板１０の表面上に、厚さ１００〜３０００ｎｍの例えば酸化シリコン膜である絶縁膜１５をシリコン熱酸化あるいはＣＶＤ法により形成する。
【００６７】
次に、例えばポリシリコン膜をＣＶＤ法により厚さ５０〜３００ｎｍ程度堆積する。更に、このポリシリコン膜に熱拡散やイオン注入によりリンのようなｎ型不純物を導入する。その後、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターンにパターニングされたフォトレジストをマスクとして、異方性エッチングにより、ポリシリコン膜をパターニングして転送電極（ゲート電極）１６を形成する。次にポリシリコン酸化或いはＣＶＤ法による酸化膜デポにより第１層間絶縁膜１７を形成する。
【００６８】
次に、反射防止膜として例えばシリコンナイトライド膜を堆積し、所定のパターンにパターニングされたフォトレジストをマスクとして、異方性エッチングにより、シリコンナイトライド膜をパターニングして反射防止膜１８を形成する。次に、遮光膜材料であるタングステン等を堆積し、フォトリソグラフィー技術によって遮光膜１９を形成する。
【００６９】
その後、酸化シリコン膜である第２層間絶縁膜２０を全面に下地の段差が平坦化されるようＣＶＤ法により形成する。
【００７０】
続いて、図２（ｂ）〜図２（ｇ）に示す断面構造を得るための処理を順次説明する。
【００７１】
図２（ａ）に示す断面構造が得られた後、図２（ｂ）に示すように、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターンにパターニングされたフォトレジスト２１をマスクとして、第２層間絶縁膜２０を、異方性エッチングし、光導波路を配置すべき領域を形成する。
【００７２】
次に、図２（ｃ）に示すように、厚さ１００〜１０００ｎｍの例えば窒化シリコン膜である光導波路材料２２をＣＶＤ法により形成する。
【００７３】
次に、図２（ｄ）に示すように、光導波路材料上に犠牲膜２３として例えば有機系反射防止膜等を塗布等により上面が平坦になるように厚さ１００〜１０００ｎｍ程度堆積する。
【００７４】
その後、図２（ｅ）に示すように、ドライエッチ技術によって、犠牲膜２３及び光導波路２２材料をエッチングする。エッチングガスは例えばＣＨ４ＣＨ３＋Ａｒ系のガスを用いる。この際、犠牲膜２３のエッチレートより光導波路２２材料のエッチレートを早くすることで円錐状の光導波路２２が得られる（図２（ｆ）参照）。
【００７５】
次に、図２（ｇ）に示すように、厚さ１００〜１０００ｎｍの例えば窒化シリコン膜である集光レンズ材料をＣＶＤ法により形成する。これにより円錐状の光導波路２２ａの頂点を中心に上に凸の集光レンズ２４が形成される。
【００７６】
このような構成の本実施形態１では、集光レンズと光導波路とは、それぞれの中心軸が一致するよう両者の接する部分の断面形状により位置決めされているので、安価で高い制御性を持つ集光レンズ一体型の光導波路を有する固体撮像素子が得られる。
【００７７】
また、フォトアライメントズレの影響を受けることなく集光レンズが光導波路に対して自動的に位置が決まるため、より光軸がずれない集光レンズ一体型の光導波路を得ることができ安定した集光率が得られる。
【００７８】
また、この実施形態では、前記光導波路と前記集光レンズの屈折率を、該集光レンズから該光導波路に入射した光が、該光導波路と該集光レンズとの接触面の断面形状に従って、該光導波路の光軸から離れる方向に屈折するよう設定することにより、集光レンズ及び光導波路を経て光電変換部に入射する光の入射角は、光電変換部の表面に対してより垂直に近いものとなり、スミアの低減を図ることができる。
【００７９】
また、このような集光レンズ一体型の光導波路は、光導波路を半導体基板上で位置決めするための半導体基板表面の段差構造により、自己整合的に集光レンズと光導波路との中心軸（光軸）を合わせて簡便な製造方法で形成でき、このため、コストの低減を図ることができる。
【００８０】
（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２による固体撮像素子の構造を説明する図であり、図３（ａ）はこの固体撮像素子における１画素に対応する部分の構造を示す平面図、図３（ｂ）は、図３のＣ−Ｃ’線断面の構造を示す断面図、図３（ｃ）は、図３のＤ−Ｄ’線断面の構造を示す断面図である。
【００８１】
図３（ａ）に示すように、本実施形態２による固体撮像素子１ｂは、実施形態１の固体撮像素子１ａと同様、半導体基板１０上には、各画素に対応する光電変換部１１が形成されており、該光電変換部１１の近傍には、チャネルストップ１２を介して電荷転送部１３が形成され、該チャネルストップと反対側には読み出しゲート１４が形成されている。
【００８２】
該半導体基板１０上には絶縁膜１５が形成され、該絶縁膜１５上には転送電極１６と反射防止膜１８が形成されている。該転送電極１６上には第１層間絶縁膜１７を介して遮光膜１９が形成されている。該遮光膜１９上にはダミー用絶縁膜（犠牲層）２５が形成され、更に該ダミー用絶縁膜２５上に第２層間絶縁膜２０ａが形成されている。該反射防止膜１８上には光導波路２２ｂ、更に該光導波路２２ｂ上には集光レンズ２４が形成される構成となっている。
【００８３】
本実施形態２では、ダミー用絶縁膜２５を形成することで光導波路２２ｂをダミー用絶縁膜２５に対してセルフアラインで埋め込むことが可能となるため、光導波路２２ｂを、光電変換部の両側に位置するダミー用絶縁膜２５の中間位置にずれなく配置することが可能となる。
【００８４】
次に製造方法について説明する。
【００８５】
図４は、本発明の実施形態２による固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、図４（ａ）〜図４（ｇ）は、この製造方法における主要工程での断面構造を示している。
【００８６】
まず、図４（ａ）に示す断面構造が得られるまでの処理を説明する。
【００８７】
シリコンからなる半導体基板１０の表面にイオン注入により光電変換部１１、チャネルストップ１２、電荷転送部１３、読み出しゲート１４を形成する。半導体基板１０の表面上に、厚さ１００〜３０００ｎｍの例えば酸化シリコン膜である絶縁膜１５をシリコン熱酸化あるいはＣＶＤ法により形成する。
【００８８】
次に、例えばポリシリコン膜をＣＶＤ法により厚さ５０〜３００ｎｍ程度堆積する。更に、該ポリシリコン膜に熱拡散やイオン注入によりリンのようなｎ型不純物を導入する。その後、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターンにパターニングされたフォトレジストをマスクとして、該ポリシリコン膜を異方性エッチングによりパターニングして、転送電極１６を形成する。次にポリシリコン酸化或いはＣＶＤ法による酸化膜の堆積により第１層間絶縁膜１７を形成する。
【００８９】
次に、反射防止膜として例えばシリコンナイトライド膜を堆積し、所定のパターンにパターニングされたフォトレジストをマスクとして、シリコンナイトライド膜を異方性エッチングによりパターニングして、反射防止膜１８を形成する。
【００９０】
次に、遮光膜材料であるタングステン等を堆積し、フォトリソグラフィー技術によって遮光膜１９を形成する。次に、遮光膜１９の上に厚さ１００〜１０００ｎｍの例えば酸化シリコン膜である絶縁膜を１０００〜１００００オングストロームの厚さにＣＶＤ法により堆積し、フォトリソグラフィー技術によってダミー用絶縁膜２５を形成する。このダミー用絶縁膜２５は下部転送電極１６を覆う遮光膜１９の幅より小さくすることが望ましい。
【００９１】
続いて、図４（ｂ）〜図４（ｇ）に示す断面構造を得るための処理を順次説明する。
【００９２】
図４（ａ）に示す断面構造が得られた後、図４（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜である第２層間絶縁膜２０ａを１０００〜３０００オングストロームの厚さにＣＶＤ法により形成する。ダミー用絶縁膜２５が転送ゲート上に形成されているため、第２層間絶縁膜２０は順テーパーに形成されるため、自動的に光導波路形状を形成することができる。
【００９３】
次に図４（ｃ）に示すように、厚さ１００〜１０００ｎｍの例えば窒化シリコン膜である光導波路材料２２をＣＶＤ法により形成する。
【００９４】
次に図４（ｄ）に示すように、光導波路材料２２上に犠牲膜２３として例えば有機系反射防止膜等を塗布等により上面が平坦になるように厚さ１００〜１０００ｎｍ程度堆積する。
【００９５】
その後、図４（ｅ）に示すように、ドライエッチ技術によって、犠牲膜２３及び光導波路材料２２をエッチングする。エッチングガスは例えばＣＨ４ＣＨ３＋Ａｒ系のガスを用いる。この際、犠牲膜２３のエッチレートより光導波路材料２２のエッチレートを早くすることで円錐状の光導波路２２ｂが得られる（図４（ｆ）参照）。
【００９６】
次に、図４（ｇ）に示すように、厚さ１００〜１０００ｎｍの例えば窒化シリコン膜である集光レンズ材料をＣＶＤ法により形成する。これにより円錐状の光導波路２２ｂの頂点を中心に上に凸の集光レンズ２４が形成される。
【００９７】
このような構成の本実施形態２では、実施形態１と同様に、安価で高い制御性を持つ集光レンズ一体型の光導波路を有する固体撮像素子が得られ、また、フォトアライメントズレの影響を受けることなく集光レンズが光導波路に対して自動的に位置が決まるため、より光軸がずれない集光レンズ一体型の光導波路を得ることができ安定した集光率が得られる。
【００９８】
また、本実施形態２では、光電変換部を囲むよう配置されたゲート電極による段差により、光導波路の位置をゲート電極に対して自己整合的に決め、かつ該光導波路に対して集光レンズの位置を自己整合的に決めることができるだけでなく、ゲート電極上にフォトリソグラフィ技術を用いて形成するダミー用絶縁膜２５の位置を、ゲート電極に対して調整することで、光電変換部の中心位置に対する光導波路及び集光レンズの中心位置を調整することができる。
【００９９】
また、このような集光レンズ一体型の光導波路は、光導波路を半導体基板上で位置決めするための半導体基板表面の段差構造により、自己整合的に集光レンズと光導波路との中心軸（光軸）を合わせて、簡便な製造方法で形成でき、このため、コストの低減を図ることができる。
【０１００】
（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３による固体撮像素子の構造を説明する図であり、図３のＣ−Ｃ’線断面に相当する部分の断面構造を示している。
【０１０１】
この実施形態３による固体撮像素子１ｃは、実施形態２の固体撮像素子１ｂにおいて、集光レンズ２４を、その頂点が前記光導波路２２ｃの中心軸から外れた位置に位置するよう、該光導波路２４ｃの直上位置からずらして配置したものであり、その他の構成は、実施形態２の固体撮像素子１ｂと同一である。
【０１０２】
次に製造方法について説明する。
【０１０３】
図６は、本発明の実施形態３による固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、図６（ａ）〜図６（ｇ）は、この製造方法における主要工程での断面構造を示している。
【０１０４】
まず、図６（ａ）に示す断面構造が得られるまでの処理を説明する。
【０１０５】
シリコンからなる半導体基板１０の表面にイオン注入などの処理により光電変換部１１、チャネルストップ１２、電荷転送部１３、読み出しゲート１４を形成する。半導体基板１０の表面上に、厚さ１００〜３０００ｎｍの例えば酸化シリコン膜である絶縁膜１５をシリコン熱酸化あるいはＣＶＤ法により形成する。
【０１０６】
次に、例えばポリシリコン膜をＣＶＤ法により厚さ５０〜３００ｎｍ程度堆積する。更に、このポリシリコン膜に熱拡散やイオン注入によりリンのようなｎ型不純物を導入する。その後、フォトリソグラフィー技術によって、所定のパターンにパターニングされたフォトレジストをマスクとして、該ポリシリコン膜を異方性エッチングによりパターニングして、転送電極１６を形成する。次にポリシリコン酸化或いはＣＶＤ法による酸化膜の堆積により第１層間絶縁膜１７を形成する。
【０１０７】
次に、反射防止膜として例えばシリコンナイトライド膜を堆積し、所定のパターンにパターニングされたフォトレジストをマスクとして、異方性エッチングにより、反射防止膜１８を形成する。
【０１０８】
次に、遮光膜材料であるタングステン等を堆積し、フォトリソグラフィー技術によって遮光膜１９を形成する。次に、遮光膜１９の上に厚さ１００〜１０００ｎｍの例えば酸化シリコン膜である絶縁膜をＣＶＤ法により堆積し、フォトリソグラフィー技術によってダミー用絶縁膜２５を形成する。このダミー用絶縁膜２５は下部の転送電極１６を覆う遮光膜１９の幅より小さくすることが望ましい。更にこのダミー用絶縁膜２５は下部の転送電極１６とずらして配置する。
【０１０９】
続いて、図６（ｂ）〜図６（ｇ）に示す断面構造を得るための処理を順次説明する。
【０１１０】
図６（ａ）に示す断面構造が得られた後、図６（ｂ）に示すように、酸化シリコン膜である第２層間絶縁膜２０をＣＶＤ法により形成する。ダミー用絶縁膜２５が転送ゲート上に形成されているため、第２層間絶縁膜２０は順テーパーに形成されるため、自動的に光導波路を配置するためのスペースを形成することができる。
【０１１１】
次に図６（ｃ）に示すように、厚さ１００〜１０００ｎｍの例えば窒化シリコン膜である光導波路材料２２をＣＶＤ法により形成する。
【０１１２】
次に図６（ｄ）に示すように、光導波路材料２２上に犠牲膜２３として例えば有機系反射防止膜等を塗布等により上面が平坦になるように厚さ１００〜１０００ｎｍ程度堆積する。
【０１１３】
その後、図６（ｅ）に示すように、ドライエッチ技術によって、犠牲膜２３及び光導波路材料２２をエッチングする。エッチングガスは例えばＣＨ４ＣＨ３＋Ａｒ系のガスを用いる。この際、犠牲膜２３のエッチレートより光導波路材料２２のエッチレートを早くすることで円錐状の光導波路２２ｃが得られる（図６（ｆ）参照）。この円錐状の頂点はダミー用絶縁膜２５の中心に形成され、対向する転送ゲートの間の中心位置からずらすことができる。
【０１１４】
次に図６（ｇ）に示すように、厚さ１００〜１０００ｎｍの例えば窒化シリコン膜である集光レンズ材料をＣＶＤ法により形成する。これにより円錐状の光導波路２２ｃの頂点を中心に上に凸の集光レンズ２４が形成される。光導波路２２ｃの頂点は、対向するゲート電極の中心位置からずれて配置されているため、この集光レンズ２４一体型の光導波路２２ｃは光軸を斜めにすることができる。
【０１１５】
このような構成の本実施形態３では、実施形態２の効果に加えて、図５に示すように、ダミー用絶縁膜２５をフォトダイオード（光電変換部）に対してずらして配置することで、光導波路２２ｃの中心をずらすことができ、斜め光に対して集光効率の良い形状が得られる。
【０１１６】
（実施形態４）
図７は、本発明の実施形態４による固体撮像素子の構造を説明する図であり、その全体構成を概略的に示す模式図である。
【０１１７】
図８及び図９は、図７に示す固体撮像素子の所定部位での断面構造を示す図である。
【０１１８】
図８（ａ）、図８（ｂ）、図８（ｃ）はそれぞれ、図７のＬｘ−Ｌｘ’断面、Ｍｘ−Ｍｘ’断面、Ｒｘ−Ｒｘ’断面の構造を示し、図８（ｄ）、図８（ｅ）、図８（ｆ）はＬｙ−Ｌｙ’断面、Ｍｙ−Ｍｙ’断面、Ｒｙ−Ｒｙ’断面の構造を示している。
【０１１９】
また、図９（ａ）、図９（ｂ）、図９（ｃ）はそれぞれ、図７のＵｙ−Ｕｙ’断面、Ｍｙ−Ｍｙ’断面、Ｂｙ−Ｂｙ’断面の構造を示し、図９（ｄ）、図９（ｅ）、図９（ｆ）はＵｙ−Ｕｙ’断面、Ｍｙ−Ｍｙ’断面、Ｂｙ−Ｂｙ’断面の構造を示している。
【０１２０】
なお、図中、２は画素アレイが形成された半導体基板、３は光電変換部、４は垂直電荷転送部、５は水平電荷転送部、６はアンプであり、これらは、図１１に示す、半導体基板、光電変換部１１１、垂直電荷転送部１４０、水平電荷転送部１５０、アンプ１６０と同一のものである。
【０１２１】
この実施形態４の固体撮像素子１ｄは、実施形態２の固体撮像素子１ｂにおいて、前記集光レンズ２４を、前記画素アレイの周辺部以外の領域では、その頂点が光導波路２２ｂの中心軸上に位置するよう、該光導波路２２ｂの直上に配置し、前記画素アレイの周辺部では、該集光レンズ２４を、該集光レンズの頂点と前記光電変換部の中心とが、該画素アレイの外部から該画素アレイの画素に斜めに入射する斜め入射光の光軸に沿って位置するよう、その頂点を前記光導波路２２ｂの中心軸上から外して配置したものである。その他の点は、実施形態２の固体撮像素子と同一である。
【０１２２】
つまり、前記画素アレイの周辺部以外の領域、具体的には、画素アレイの中心部分の画素ＭＰでは、図８（ｂ）、（ｅ）に示すように、前記集光レンズ２４は、その頂点が光導波路２２ｂの中心軸上に位置するよう、該光導波路２２ｂの直上に配置されている。
【０１２３】
また、前記画素アレイの周辺部、例えば、画素アレイの左側辺部の画素ＬＰでは、図８（ａ）に示すように、該集光レンズ２４は、該集光レンズの頂点と前記光電変換部の中心とが、該画素アレイの外部から該画素アレイの画素に斜めに入射する斜め入射光の光軸に沿って位置するよう、その頂点が前記光導波路２２ｂの中心軸上から左側にずらして配置されている。
【０１２４】
また、画素アレイの右側辺部の画素ＲＰでは、図８（ｃ）に示すように、該集光レンズ２４は、該集光レンズの頂点と前記光電変換部の中心とが、該画素アレイの外部から該画素アレイの画素に斜めに入射する斜め入射光の光軸に沿って位置するよう、その頂点が前記光導波路２２ｂの中心軸上から右側にずらして配置されている。
【０１２５】
ただし、上記画素ＬＰ，ＲＰは、画素アレイでの縦方向においては中心に位置しているため、該集光レンズ２４は、前記光導波路２２ｂの中心軸に対する上下方向にはずらさないで配置されている。
【０１２６】
また、画素アレイの上側辺部の画素ＵＰでは、図９（ａ）に示すように、該集光レンズ２４は、該集光レンズの頂点と前記光電変換部の中心とが、該画素アレイの外部から該画素アレイの画素に斜めに入射する斜め入射光の光軸に沿って位置するよう、その頂点が前記光導波路２２ｂの中心軸上から上側にずらして配置されている。
【０１２７】
また、画素アレイの下側辺部の画素ＢＰでは、図９（ｃ）に示すように、該集光レンズ２４は、該集光レンズの頂点と前記光電変換部の中心とが、該画素アレイの外部から該画素アレイの画素に斜めに入射する斜め入射光の光軸に沿って位置するよう、その頂点が前記光導波路２２ｂの中心軸上から下側にずらして配置されている。
【０１２８】
ただし、上記画素ＵＰ，ＢＰは、画素アレイでの横方向においては中心に位置しているため、該集光レンズ２４は、前記光導波路２２ｂの中心軸に対する左右方向にはずらさないで配置されている。
【０１２９】
このような構成の本実施形態４による固体撮像素子１ｄでは、画素アレイにおける各画素の位置に応じて光導波路と集光レンズとの位置関係を最適化可能となり、固体撮像素子における集光率を最大にすることができる。
【０１３０】
さらに、上記実施形態１〜４では、特に説明しなかったが、上記実施形態１〜４の固体撮像素子の少なくともいずれかを撮像部に用いた、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの、画像入力デバイスを有した電子情報機器について以下簡単に説明する。
（実施形態５）
図１０は、本発明の実施形態５として、実施形態１〜４のいずれかの固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【０１３１】
図１０に示す本発明の実施形態５による電子情報機器９０は、本発明の上記実施形態１ないし４の固体撮像素子の少なくともいずれかを、被写体の撮影を行う撮像部９１として備えたものであり、このような撮像部による撮影により得られた高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部９２と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示部９３と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信部９４と、この画像データを印刷（印字）して出力（プリントアウト）する画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有している。
【０１３２】
また、本発明の実施形態としては、固体撮像素子としてＣＣＤイメージセンサを挙げて説明したが、本発明は、ＣＣＤイメージセンサだけでなく、ＣＭＯＳイメージセンサにも適用可能であり、さらには、リニアイメージセンサやその他の半導体装置であって、入射光を光電変換する光電変換部、該光電変換部に入射光を集光する集光レンズ、及び該光電変換部と集光レンズとの間に配置され、該集光レンズで集光された入射光を光電変換部に導く光導波路を有する半導体装置であれば、どのようなものでも適用可能である。
【０１３３】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれ、本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明の固体撮像素子は、高い集光率を有するため、特に、デジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなど高解像度の撮像素子として好適に利用される。また、本発明の固体撮像素子の製造方法は、本発明の固体撮像素子を製造する目的で好適に利用される。
【符号の説明】
【０１３５】
１ａ〜１ｄ  固体撮像素子
１０、１１０  半導体基板
１１、１１１  光電変換部
１２、１１２  チャネルストップ
１３、１１３  電荷転送部
１４、１１４  読み出しゲート
１５、１１５  絶縁膜
１６、１１６  転送電極（ゲート電極）
１７、１１７  第１層間絶縁膜
１８、１１８  反射防止膜
１９，１１９  遮光膜
２０、１２０  第２層間絶縁膜
２１、１２１  フォトレジスト
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、１２２ａ  光導波路
２３          犠牲膜
２４、１２４  集光レンズ
２５          ダミー用絶縁膜
９０  電子情報機器
９１  撮像部
９２  メモリ部
９３  表示手段
９４  通信手段
９５  画像出力手段
１４０  垂直転送部
１５０  水平転送部
１６０  アンプ
【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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