(57)【要約】【課題】各画素の受光部に対して入射光を集光するための導波路を備える固体撮像素子において、集光特性を向上させ、画素微細化への対応を容易とする。【解決手段】本開示の固体撮像素子は、半導体基板上の撮像領域に配列されて受光部を有する複数の画素と、前記半導体基板の入射光が入射する側にて、複数の画素の配列において互いに隣接する画素の受光部間に設けられる遮光層と、遮光層を入射光が入射する側から覆い、受光部間の境界に沿って設けられる下段クラッドと、下段クラッド上に設けられる上段クラッドと、下段クラッドおよび上段クラッドにより形成される開口部を埋めるように設けられ、下段クラッドおよび上段クラッドを構成する材料よりも高い屈折率の材料からなるコア層と、を備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の撮像領域に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する受光部を有する複数の画素と、
前記半導体基板の前記入射光が入射する側にて、前記複数の画素の配列において互いに隣接する画素の前記受光部間に設けられる遮光層と、
前記遮光層を前記入射光が入射する側から覆い、前記受光部間の境界に沿って設けられる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層上に、前記第１のクラッド層の幅の範囲内で、前記第１のクラッド層に沿って設けられる第２のクラッド層と、
前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層により形成される開口部を埋めるように設けられ、前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層を構成する材料よりも高い屈折率の材料からなるコア層と、を備える、
固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１のクラッド層上に設けられ、前記受光部間の境界に沿って配される遮光部をさらに備える、
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第２のクラッド層は、少なくとも前記第１のクラッド層の幅方向について、前記第１のクラッド層の中心位置に対するずれ量が前記撮像領域の中央部から前記撮像領域の周辺部にかけて大きくなるように設けられている、
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
半導体基板上の撮像領域に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する受光部を有する複数の画素の配列において互いに隣接する画素の前記受光部間に設けられた遮光層に対して、前記遮光層を前記入射光が入射する側から覆い、前記受光部間の境界に沿って設けられる第１のクラッド層を形成する工程と、
前記第１のクラッド層により前記受光部に対応するように形成された開口部にコア層を埋め込む第１の埋め込み工程と、
前記第１のクラッド層および前記コア層上に、前記第１のクラッド層上にて、前記第１のクラッド層の幅の範囲内で、前記第１のクラッド層に沿って設けられる第２のクラッド層となるクラッド層を成膜する工程と、
前記クラッド層を成膜する工程により成膜された前記クラッド層を選択的に除去し、前記第２のクラッド層を形成する工程と、
前記第２のクラッド層により前記受光部に対応するように形成された開口部にコア層を埋め込む第２の埋め込み工程と、を含む、
固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記第１の埋め込み工程と、前記クラッド層を成膜する工程との間に、前記第２のクラッド層の内部に設けられ、前記受光部間の境界に沿って配される遮光部となる遮光層を成膜する工程を有する、
請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記第２のクラッド層を形成する工程は、
前記クラッド層を成膜する工程により成膜された前記クラッド層上における前記遮光部に対応する位置にレジストパターンを形成する第１工程と、
前記レジストパターン上からのエッチングにより、前記クラッド層を成膜する工程により成膜された前記クラッド層、および前記遮光層を成膜する工程により成膜された前記遮光層を選択的に除去する第２工程と、
前記第２工程が行われた後に残存する前記クラッド層および前記遮光層上にクラッド層を成膜する第３工程と、
前記第３工程により成膜されたクラッド層を全面的なエッチングにより部分的に除去することで、前記第２のクラッド層を形成する第４工程と、を含む、
請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
前記第２の工程で行われるエッチングは、等方性エッチングである、
請求項６に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
前記クラッド層を成膜する工程と、前記第２のクラッド層を形成する工程との間に、前記第１のクラッド層上に設けられ、前記受光部間の境界に沿って配される遮光部となる遮光層を成膜する工程を有する、
請求項４に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２のクラッド層を形成する工程は、
前記遮光層を成膜する工程により成膜された前記遮光層上における前記第２のクラッド層に対応する位置にレジストパターンを形成する第１工程と、
前記レジストパターン上からのエッチングにより、前記遮光層を成膜する工程により成膜された前記遮光層、および前記クラッド層を成膜する工程により成膜された前記クラッド層を選択的に除去する第２工程と、を含む、
請求項８に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の工程で行われるエッチングは、等方性エッチングである、
請求項９に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項１１】
半導体基板上の撮像領域に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する受光部を有する複数の画素の配列において互いに隣接する画素の前記受光部間に設けられた遮光層に対して、前記遮光層を前記入射光が入射する側から覆い、前記受光部間の境界に沿って設けられる第１のクラッド層を形成する工程と、
前記第１のクラッド層により前記受光部に対応するように形成された開口部にコア層を埋め込むコア層埋め込み工程と、
前記第１のクラッド層および前記コア層上に、コア層を成膜するコア層成膜工程と、
前記コア層成膜工程により成膜されたコア層のうち、前記第１のクラッド層上にて、前記第１のクラッド層の幅の範囲内で、前記第１のクラッド層に沿って設けられる第２のクラッド層に対応する部分を選択的に除去する工程と、
前記選択的に除去する工程によりコア層に形成された開口部にクラッド層を埋め込み、前記第２のクラッド層を形成する工程と、を含む、
固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の受光部に入射光を導く光学系と、
前記固体撮像素子を駆動するための駆動信号を生成する駆動回路と、
前記固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路と、を有し、
前記固体撮像素子は、
半導体基板上の撮像領域に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する受光部を有する複数の画素と、
前記半導体基板の前記入射光が入射する側にて、前記複数の画素の配列において互いに隣接する画素の前記受光部間に設けられる遮光層と、
前記遮光層を前記入射光が入射する側から覆い、前記受光部間の境界に沿って設けられる第１のクラッド層と、
前記第１のクラッド層上に、前記第１のクラッド層の幅の範囲内で、前記第１のクラッド層に沿って設けられる第２のクラッド層と、
前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層により形成される開口部を埋めるように設けられ、前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層を構成する材料よりも高い屈折率の材料からなるコア層と、を備える、
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）型やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）型に代表される固体撮像素子は、例えば行列状に配置される複数の画素を備えるとともに、各画素に対応して設けられるカラーフィルタおよびレンズを備える。固体撮像素子を構成する各画素は、光電変換機能を有するフォトダイオード等の受光部を有する。各画素に対応して設けられるカラーフィルタは、例えば赤色、緑色、青色等のいずれかの色の成分の光を透過させる。各画素に対応して設けられるレンズは、各画素の受光部に対応して設けられ、外部からの入射光を、対応する受光部に集光する。
【０００３】
固体撮像素子においては、画素微細化にともなう集光特性の低下が問題となる。固体撮像素子において集光特性を低下させる原因としては、ノイズの一種であるスミアや、対応するカラーフィルタの色が互いに異なる画素間で生じる混色等がある。集光特性の低下は、固体撮像素子において感度を低下させる。
【０００４】
固体撮像素子においては、集光特性を低下させる混色を抑制すること等を目的として、互いに隣接する画素の受光部間に、遮光層を備える構成のものがある。具体的には、この遮光層は、各画素の受光部に対して光が入射する側において、互いに隣接する受光部の間に設けられる。したがって、この遮光層は、複数の画素が行列状に配置される構成においては、各画素が有する受光部の配列に沿って格子状に形成される。
【０００５】
例えば、特許文献１には、いわゆる裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子についての技術が開示されている。特許文献１の固体撮像素子においては、各画素の受光部が形成される半導体基板に対して、光が入射する裏面側に、酸化膜等を介して、互いに隣り合う受光部間に遮光層が設けられている。なお、ＣＭＯＳ固体撮像素子について裏面照射型とは、一般に、受光部が形成される半導体基板に対して、配線層が設けられる側と反対側にカラーフィルタおよびマイクロレンズを有し、配線層が設けられる側と反対側から光の照射を受ける構成を備えるものをいう。
【０００６】
そして、特許文献１では、感度の向上および混色の低減を図るため、裏面照射型の固体撮像素子において光の入射側となる裏面側に、各画素の受光部に対して入射光を効率的に集光するための導波路を設ける構成が開示されている。導波路は、一般に、半導体基板に形成される受光部と、光が入射する側であるカラーフィルタやレンズ等との間において、各受光部に対して形成され、互いに屈折率を異にするクラッド層とコア層とから構成される。
【０００７】
特許文献１に開示されている技術によれば、裏面照射型の固体撮像素子において受光部の裏面側に導波路を設けることにより、感度の向上が図れ、混色を低減することができると考えられる。しかしながら、特許文献１の技術は、裏面照射型のＣＭＯＳ型固体撮像素子についての技術であり、適用範囲が限られる。
【０００８】
また、特許文献２には、特許文献１と同様に、導波路を備える固体撮像素子についての技術が開示されている。特許文献２に記載の技術は、導波路の断面構造を撮像面の水平方向と垂直方向で異なる構成とすることで、分光リップルの発生を抑制し、撮像特性の向上を図ろうとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−２７８２７２号公報
【特許文献２】特開２０１０−８７０３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
固体撮像素子において生じる混色は、隣接画素の受光部に入射する斜め光等に起因することから、混色を抑制する観点からは、半導体基板に形成される受光部と、カラーフィルタやレンズ等との間の距離が短い方が好ましい。しかし、特許文献１や特許文献２のように導波路を備える構成においては、各受光部に入射光を集光させるに際し導波路による光の指向性を得るために、導波路についてある程度の高さ（厚さ）が必要となる。この点、従来の技術では、導波路について十分な高さを確保することが難しい。
【００１１】
本技術の目的は、各画素の受光部に対して入射光を集光するための導波路を備える構成において、集光特性を向上させることができ、画素微細化に容易に対応することができる固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、および電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本技術に係る固体撮像素子は、半導体基板上の撮像領域に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する受光部を有する複数の画素と、前記半導体基板の前記入射光が入射する側にて、前記複数の画素の配列において互いに隣接する画素の前記受光部間に設けられる遮光層と、前記遮光層を前記入射光が入射する側から覆い、前記受光部間の境界に沿って設けられる第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に、前記第１のクラッド層の幅の範囲内で、前記第１のクラッド層に沿って設けられる第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層により形成される開口部を埋めるように設けられ、前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層を構成する材料よりも高い屈折率の材料からなるコア層と、を備えるものである。
【００１３】
また、本技術に係る固体撮像素子は、好ましくは、前記第２のクラッド層の内部に設けられ、前記受光部間の境界に沿って配される遮光部をさらに備える。
【００１４】
また、本技術に係る固体撮像素子においては、好ましくは、前記第２のクラッド層は、少なくとも前記第１のクラッド層の幅方向について、前記第１のクラッド層の中心位置に対するずれ量が前記撮像領域の中央部から前記撮像領域の周辺部にかけて大きくなるように設けられている。
【００１５】
本技術に係る固体撮像素子の製造方法は、半導体基板上の撮像領域に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する受光部を有する複数の画素の配列において互いに隣接する画素の前記受光部間に設けられた遮光層に対して、前記遮光層を前記入射光が入射する側から覆い、前記受光部間の境界に沿って設けられる第１のクラッド層を形成する工程と、前記第１のクラッド層により前記受光部に対応するように形成された開口部にコア層を埋め込む第１の埋め込み工程と、前記第１のクラッド層および前記コア層上に、前記第１のクラッド層上にて、前記第１のクラッド層の幅の範囲内で、前記第１のクラッド層に沿って設けられる第２のクラッド層となるクラッド層を成膜する工程と、前記クラッド層を成膜する工程により成膜された前記クラッド層を選択的に除去し、前記第２のクラッド層を形成する工程と、前記第２のクラッド層により前記受光部に対応するように形成された開口部にコア層を埋め込む第２の埋め込み工程と、を含むものである。
【００１６】
また、本技術に係る固体撮像素子の製造方法は、好ましくは、前記第１の埋め込み工程と、前記クラッド層を成膜する工程との間に、前記第２のクラッド層の内部に設けられ、前記受光部間の境界に沿って配される遮光部となる遮光層を成膜する工程を有する。
【００１７】
また、本技術に係る固体撮像素子の製造方法においては、好ましくは、前記第２のクラッド層を形成する工程は、前記クラッド層を成膜する工程により成膜された前記クラッド層上における前記遮光部に対応する位置にレジストパターンを形成する第１工程と、前記レジストパターン上からのエッチングにより、前記クラッド層を成膜する工程により成膜された前記クラッド層、および前記遮光層を成膜する工程により成膜された前記遮光層を選択的に除去する第２工程と、前記第２工程が行われた後に残存する前記クラッド層および前記遮光層上にクラッド層を成膜する第３工程と、前記第３工程により成膜されたクラッド層を全面的なエッチングにより部分的に除去することで、前記第２のクラッド層を形成する第４工程と、を含む。
【００１８】
また、本技術に係る固体撮像素子の製造方法においては、好ましくは、前記クラッド層を成膜する工程と、前記第２のクラッド層を形成する工程との間に、前記第１のクラッド層上に設けられ、前記受光部間の境界に沿って配される遮光部となる遮光層を成膜する工程を有する。
【００１９】
また、本技術に係る固体撮像素子の製造方法においては、好ましくは、前記第２のクラッド層を形成する工程は、前記遮光層を成膜する工程により成膜された前記遮光層上における前記第２のクラッド層に対応する位置にレジストパターンを形成する第１工程と、前記レジストパターン上からのエッチングにより、前記遮光層を成膜する工程により成膜された前記遮光層、および前記クラッド層を成膜する工程により成膜された前記クラッド層を選択的に除去する第２工程と、を含む。
【００２０】
また、本技術に係る固体撮像素子の製造方法においては、好ましくは、前記第２の工程で行われるエッチングは、等方性エッチングである。
【００２１】
本技術に係る固体撮像素子の製造方法は、半導体基板上の撮像領域に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する受光部を有する複数の画素の配列において互いに隣接する画素の前記受光部間に設けられた遮光層に対して、前記遮光層を前記入射光が入射する側から覆い、前記受光部間の境界に沿って設けられる第１のクラッド層を形成する工程と、前記第１のクラッド層により前記受光部に対応するように形成された開口部にコア層を埋め込むコア層埋め込み工程と、前記第１のクラッド層および前記コア層上に、コア層を成膜するコア層成膜工程と、前記コア層成膜工程により成膜されたコア層のうち、前記第１のクラッド層上にて、前記第１のクラッド層の幅の範囲内で、前記第１のクラッド層に沿って設けられる第２のクラッド層に対応する部分を選択的に除去する工程と、前記選択的に除去する工程によりコア層に形成された開口部にクラッド層を埋め込み、前記第２のクラッド層を形成する工程と、を含むものである。
【００２２】
本技術に係る電子機器は、固体撮像素子と、前記固体撮像素子の受光部に入射光を導く光学系と、前記固体撮像素子を駆動するための駆動信号を生成する駆動回路と、前記固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路と、を有し、前記固体撮像素子は、半導体基板上の撮像領域に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する受光部を有する複数の画素と、前記半導体基板の前記入射光が入射する側にて、前記複数の画素の配列において互いに隣接する画素の前記受光部間に設けられる遮光層と、前記遮光層を前記入射光が入射する側から覆い、前記受光部間の境界に沿って設けられる第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に、前記第１のクラッド層の幅の範囲内で、前記第１のクラッド層に沿って設けられる第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層により形成される開口部を埋めるように設けられ、前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層を構成する材料よりも高い屈折率の材料からなるコア層と、を備えるものである。
【発明の効果】
【００２３】
本技術によれば、各画素の受光部に対して入射光を集光するための導波路を備える構成において、集光特性を向上させることができ、画素微細化に容易に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す図。
【図２】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す断面図。
【図３】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の作用・効果についての説明図。
【図４】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子に対する比較例を示す図。
【図５】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の作用・効果についての説明図。
【図６】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子に対する比較例を示す図。
【図７】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の変形例についての説明図。
【図８】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の変形例についての説明図。
【図９】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の変形例についての説明図。
【図１０】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の変形例についての説明図。
【図１１】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法についての説明図。
【図１２】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の変形例についての説明図。
【図１３】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の変形例についての説明図。
【図１４】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の変形例についての説明図。
【図１５】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の変形例についての説明図。
【図１６】本技術の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法の変形例についての説明図。
【図１７】本技術の他の実施形態に係る固体撮像素子の構成を示す断面図。
【図１８】本技術の他の実施形態に係る固体撮像素子の製造方法についての説明図。
【図１９】本技術の一実施形態に係る電子機器の構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本技術は、固体撮像素子において、各画素の受光部に対して入射光を集光するための導波路の構造を工夫することで、画素微細化にともなう集光特性の悪化を補うため、集光特性を向上させようとするものである。以下、本技術の実施の形態について説明する。
【００２６】
［固体撮像素子の構成］
本技術の第１実施形態に係る固体撮像素子の構成について、図１および図２を用いて説明する。なお、図２は、図１におけるＡ−Ａ’位置の部分断面図に相当する。
【００２７】
図１および図２に示すように、本実施形態の固体撮像素子１は、ＣＣＤ型の固体撮像素子（メージ・センサ）であり、半導体基板１１上に構成される矩形状の撮像領域２を有する。固体撮像素子１は、撮像領域２に、複数の受光部３を備える。複数の受光部３は、半導体基板上の撮像領域２にて行列状に配列される。つまり、複数の受光部３は、矩形状の撮像領域２に沿って、縦方向・横方向に２次元行列状に配置される。本実施形態の固体撮像素子１では、図１における縦方向を垂直方向とし、同図における横方向を水平方向とする。
【００２８】
受光部３は、光電変換素子であるフォトダイオード１７により構成され、撮像領域２における画素７を構成する。つまり、固体撮像素子１が備える複数の画素７は、半導体基板１１上の撮像領域２に配列され、それぞれ受光部３を有する。受光部３は、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する。すなわち、受光部３は、受光面を有し、その受光面に入射した光量（強度）に応じた信号電荷を光電変換により生成し、生成した信号電荷を蓄積する。
【００２９】
固体撮像素子１は、受光部３で生成された信号電荷を転送する電荷転送部（転送レジスタ）として、信号電荷を垂直方向に転送する複数の垂直転送レジスタ４と、垂直転送レジスタ４により転送された信号電荷を水平方向に転送する水平転送レジスタ５とを備える。
【００３０】
垂直転送レジスタ４は、複数の受光部３の行列状の２次元配列における各列方向（垂直方向）の並びに沿って設けられる。つまり、図１に示すように、複数の垂直転送レジスタ４は、行列状に配置される複数の受光部３の垂直方向に並ぶ列毎に、各列の一側（図１では左側）に隣接するように、受光部３の垂直方向の並びに沿って互いに平行に配された状態で設けられる。受光部３により生成された信号電荷は、垂直転送レジスタ４に読み出され、垂直転送レジスタ４によって垂直方向に転送される。
【００３１】
水平転送レジスタ５は、矩形状の撮像領域２に対して垂直方向の一側（図１では下側）の水平方向の辺に沿って配置される。したがって、垂直転送レジスタ４は、受光部３から読み出された信号電荷を、水平転送レジスタ５側（図１では下側）に向けて垂直方向に転送する。
【００３２】
垂直転送レジスタ４および水平転送レジスタ５により転送された信号電荷は、水平転送レジスタ５の終端側に設けられる出力部６から出力される。出力部６は、転送された信号電荷を、ＦＤ（Ｆｌｏａｔｉｎｇ  Ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）アンプ等の出力アンプによって電気信号に変換して出力する。
【００３３】
垂直転送レジスタ４および水平転送レジスタ５は、それぞれ、複数種類の電極と、この電極の下側（半導体基板１１側）に設けられる埋め込み転送領域とを有する。図２には、垂直転送レジスタ４を構成する電極である転送電極１２が示されている。
【００３４】
垂直転送レジスタ４および水平転送レジスタ５は、それぞれ複数相の駆動パルスにより駆動される。垂直転送レジスタ４は、例えば、４相駆動パルスにより駆動される。この場合、垂直転送レジスタ４は、転送電極１２として、４相駆動に対応する４種類の転送電極を有する。この４種類の転送電極には、受光部３から信号電荷を読み出すための読み出し電極が含まれる。垂直転送レジスタ４において、４種類の転送電極は、垂直方向に隣り合う２つの画素７ごと（２画素ごと）に垂直方向に所定の順序で繰り返し設けられる。
【００３５】
そして、垂直転送レジスタ４を構成する４種類の転送電極には、駆動電圧としての４相のクロック・パルスＶφ１，Ｖφ２，Ｖφ３，Ｖφ４が、各電極に独立して与えられる。この４相のクロック・パルスＶφ１，Ｖφ２，Ｖφ３，Ｖφ４の大きさとタイミングが適切に制御されることにより、各受光部３から垂直転送レジスタ４に読み出された信号電荷が、垂直転送レジスタ４の電極の並びに従って転送される。
【００３６】
また、水平転送レジスタ５は、例えば、３相駆動パルスにより駆動される。この場合、水平転送レジスタ５は、電極として、３相駆動に対応する３種類の転送電極を有する。水平転送レジスタ５を構成する３種類の転送電極には、駆動電圧としての３相のクロック・パルスＨφ１，Ｈφ２，Ｈφ３が、各電極に独立して与えられる。この３相のクロック・パルスＨφ１，Ｈφ２，Ｈφ３の大きさとタイミングが適切に制御されることにより、垂直転送レジスタ４から水平転送レジスタ５に転送された信号電荷が、水平方向に転送される。
【００３７】
固体撮像素子１の断面構造について説明する。図２に示すように、垂直転送レジスタ４の転送電極１２上には、例えばシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）である絶縁膜１３を介して接続配線１４が設けられる。接続配線１４は、例えばタングステン等により構成されるコンタクト部１５を介して、転送電極１２に電気的に接続される。接続配線１４は、各種の転送電極１２の配置に対応して、水平方向および垂直方向の各方向に沿うように所定の経路で配され、各転送電極１２に所定の駆動電圧を印加するために機能する。
【００３８】
図２に示すように、半導体基板１１上には、半導体層１６が設けられ、この半導体層１６に、受光部３を構成するフォトダイオード１７が設けられる。半導体層１６は、例えば、半導体基板１１が第１導電型であるｎ型のシリコン半導体基板である場合、第２導電型であるｐ型の半導体ウェル領域として形成される。
【００３９】
また、半導体層１６上においては、垂直転送レジスタ４の転送電極１２の下に、ゲート酸化膜１８が設けられる。つまり、半導体層１６上においては、ゲート酸化膜１８を介して転送電極１２が設けられ、転送電極１２上に、絶縁膜１３を介して接続配線１４が設けられる。絶縁膜１３は、転送電極１２および転送電極１２上に設けられる接続配線１４が配置される領域、および受光部３が配置される領域を含む部分を覆うように設けられる。
【００４０】
また、絶縁膜１３上においては、主として受光部３が設けられる領域を除く領域に、垂直転送レジスタ４の転送電極１２および接続配線１４を被覆するように、遮光層２１が設けられる。遮光層２１は、例えばタングステン（Ｗ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料により構成される。本実施形態では、遮光層２１は、図２に示す断面視で、略門状に形成され、その内側には、転送電極１２、絶縁膜１３、および接続配線１４が存在する。
【００４１】
図２に示すように、遮光層２１は、絶縁膜１３を介して、隣り合う受光部３間を跨ぐように形成される。このように、遮光層２１は、半導体基板１１の入射光が入射する側にて、複数の画素７の配列において互いに隣接する画素７の受光部３間に設けられる。したがって、遮光層２１は、互いに隣り合う受光部３間の境界部分に沿って設けられ、平面視で格子状に形成される。
【００４２】
一方、受光部３上には、絶縁膜１３の一部が存在するとともに、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）である絶縁膜１９が設けられる。この受光部３上の絶縁膜１３、１９による積層絶縁膜は、半導体基板１１の界面の反射防止層として機能し、感度の低下を防止する。
【００４３】
撮像領域２において、受光部３が設けられる半導体層１６の上側には、入射光を受光部３に集光するための導波路３０が設けられる。導波路３０は、クラッド層３１と、コア層３４とにより構成される。
【００４４】
クラッド層３１は、受光部３の配列に沿って設けられる垂直転送レジスタ４の転送電極１２、接続配線１４、および遮光層２１からなる積層構造を覆うように形成される。したがって、クラッド層３１においては、隣り合う垂直転送レジスタ４の間に凹部が形成される。
【００４５】
コア層３４は、クラッド層３１において形成される凹部を埋めるように設けられる。コア層３４は、クラッド層３１を構成する材料よりも高い屈折率を有する材料により構成される。例えば、クラッド層３１がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）で形成される場合、コア層３４は、シリコン酸化膜よりも屈折率が高い材料であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）やシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）やシリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）等により形成される。
【００４６】
導波路３０上には、パシベーション膜２４が設けられる。パシベーション膜２４は、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）等により形成される。パシベーション膜２４上には、平坦化膜２５を介してカラーフィルタ層２６が設けられる。平坦化膜２５は、カラーフィルタ層２６を形成するに際し、層を平坦化させる役割と、カラーフィルタ層２６の密着性を向上させる役割とを兼ねた層である。このため、平坦化膜２５は、カラーフィルタ層２６の密着性を向上させる材料により形成される。平坦化膜２５は、例えばアクリル樹脂などの有機塗布膜により形成される。
【００４７】
カラーフィルタ層２６は、各画素７に対応して設けられるカラーフィルタ２７に区分される。つまり、カラーフィルタ層２６は、各画素７を構成する受光部３（フォトダイオード１７）ごとに複数のカラーフィルタ２７に区分される。本実施形態の固体撮像素子１では、各カラーフィルタ２７は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）のいずれかの色のフィルタ部分であり、各色の成分の光を透過させる。各色のカラーフィルタ２７は、いわゆるオンチップカラーフィルタであり、複数の画素７の配列に従って形成される。このように、固体撮像素子１は、複数の画素７の画素７ごとに設けられるカラーフィルタ２７を備える。
【００４８】
カラーフィルタ層２６上には、複数のマイクロレンズ２８が設けられる。マイクロレンズ２８は、いわゆるオンチップマイクロレンズであり、画素７を構成する受光部３（フォトダイオード１７）に対応して、画素７ごとに形成される。したがって、複数のマイクロレンズ２８は、画素７と同様に平面的に行列状に配置される。本実施形態では、マイクロレンズ２８は、例えば、ＳｉＮ（窒化シリコン）等の無機材料により構成される。このように、固体撮像素子１は、複数の画素７の各画素７の受光部３に対応して設けられ、受光部３に対して光を集光するマイクロレンズ２８を備える。
【００４９】
マイクロレンズ２８は、外部からの入射光を、対応する画素７の受光部３（フォトダイオード１７）に集光する。マイクロレンズ２８により集束された光は、導波路３０によってさらに集光され、各受光部３に導かれる。
【００５０】
［導波路の構造］
本実施形態の固体撮像素子１が備える導波路３０の構造について詳細に説明する。本実施形態の固体撮像素子１は、従来構造に対して、コア層３４とともに導波路３０を構成するクラッド層３１の上部を延伸させた構造を有する。つまり、導波路３０のクラッド層３１は、基礎の部分となる下層と、この下層から上向きに延伸した部分である上層とにより、２層に積み上げられた構造を有する。このため、固体撮像素子１の導波路３０は、クラッド層３１の部分の断面形状がタワー状となり、いわばタワークラッド構造を有する。
【００５１】
図２に示すように、クラッド層３１は、下段クラッド３２と、上段クラッド３３とを有する。下段クラッド３２は、受光部３の配列に沿って設けられる垂直転送レジスタ４の転送電極１２、接続配線１４、および遮光層２１からなる積層構造を覆う下層部分である。上段クラッド３３は、下段クラッド３２の上側に設けられる上層部分である。なお、本実施形態の固体撮像素子１においては、半導体基板１１側を下側とし、その反対側、つまりマイクロレンズ２８側を上側とする。
【００５２】
下段クラッド３２および上段クラッド３３は、コア層３４を構成する材料よりも低い屈折率を有する材料により構成される。下段クラッド３２および上段クラッド３３は、同じ材料により構成される。ただし、下段クラッド３２および上段クラッド３３は、互いに異なる材料により構成されてもよい。
【００５３】
図２に示すように、下段クラッド３２は、断面視で略矩形状ないし下側を底辺側とする台形状を有する。なお、下段クラッド３２は、断面視で上側にテーパする形状であってもよい。下段クラッド３２は、クラッド層３１の土台の部分を構成する。このため、下段クラッド３２は、互いに隣接する画素７の受光部３間の境界に沿って設けられ、平面視で格子状に形成され、上記のとおり転送電極１２、接続配線１４、および遮光層２１からなる積層構造を上側から覆う。
【００５４】
上段クラッド３３は、下段クラッド３２の上側において、下段クラッド３２に沿って設けられる。このため、上段クラッド３３は、下段クラッド３２と同様に、互いに隣接する画素７の受光部３間の境界に沿って設けられ、平面視で格子状に形成される。
【００５５】
上段クラッド３３は、基本的には下段クラッド３２に対して幅狭の部分として設けられる。つまり、上段クラッド３３は、下段クラッド３２の上面３２ａから突出する態様で形成される。ただし、上段クラッド３３は、下段クラッド３２の幅、詳しくは下段クラッド３２の上面３２ａの幅の範囲内で形成されればよい。ここで、幅とは、図２に示す断面視での左右方向の寸法に対応する。したがって、上段クラッド３３は、下段クラッド３２に対して、上面３２ａ上にて、図２に示す断面視で左右方向（幅方向）にはみ出ないように設けられる。また、本実施形態では、上段クラッド３３は、図２に示すように、断面視で上下方向を長手方向とする略矩形状となる形状を有する。
【００５６】
図２に示すように、本実施形態では、下段クラッド３２および上段クラッド３３を有するクラッド層３１は、左右略対称の形状を有する。したがって、上段クラッド３３は、下段クラッド３２に対して幅方向について中央の位置に設けられている。ただし、上段クラッド３３は、下段クラッド３２に対して幅方向の左右方向の中央位置からずれた位置に設けられてもよい。
【００５７】
このように、本実施形態の固体撮像素子１においては、クラッド層３１を構成する下段クラッド３２が、遮光層２１を入射光が入射する側（上側）から覆い、複数の画素７の配列において互いに隣り合う受光部３間の境界に沿って設けられる第１のクラッド層に対応する。また、同じくクラッド層３１を構成する上段クラッド３３が、下段クラッド３２上に、下段クラッド３２の幅の範囲内で、下段クラッド３２に沿って設けられる第２のクラッド層に対応する。
【００５８】
下段クラッド３２および上段クラッド３３により構成されるクラッド層３１においては、隣り合う垂直転送レジスタ４の間に凹部が形成される。つまり、クラッド層３１が互いに隣り合う受光部３間の境界に沿って設けられることで、受光部３の周囲はクラッド層３１により囲まれ、各受光部３に対してクラッド層３１により上側に開口する開口部が形成される。
【００５９】
このようにクラッド層３１によって形成される開口部を埋めるように、コア層３４が設けられる。コア層３４は、下段クラッド３２および上段クラッド３３を構成する材料よりも屈折率が高い材料により構成される。したがって、仮に下段クラッド３２および上段クラッド３３が互いに異なる材料により構成される場合、コア層３４は、下段クラッド３２の材料および上段クラッド３３の材料の各材料に対して屈折率が高い材料により構成される。このように、コア層３４は、下段クラッド３２および上段クラッド３３により形成される開口部を埋めるように設けられ、下段クラッド３２および上段クラッド３３を構成する材料よりも高い屈折率の材料からなる。
【００６０】
また、本実施形態の固体撮像素子１は、遮光層２１を下段遮光層とした場合に上段に位置する上段遮光層３５を備える。つまり、上段遮光層３５は、転送電極１２および接続配線１４を被覆するように設けられる遮光層２１に対して上方に位置し、遮光層２１に沿うように設けられる。上段遮光層３５は、クラッド層３１を構成する上段クラッド３３の内部に設けられる。言い換えると、上段遮光層３５は、上段クラッド３３により覆われた状態で設けられる。
【００６１】
図２に示す例では、上段遮光層３５は、上段クラッド３３の内部において上段クラッド３３の下部における幅方向の中央部分に設けられている。ただし、上段クラッド３３に対する上段遮光層３５の位置は特に限定されない。上段遮光層３５は、図２に示す断面視で矩形状となる形状を有し、遮光層２１と同様に、互いに隣接する画素７の受光部３間の境界に沿って設けられ、平面視で格子状に形成される。
【００６２】
上段遮光層３５は、遮光層２１と同様に、例えばタングステン（Ｗ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料により構成される。ただし、上段遮光層３５を構成する材料は、遮光層２１と異なってもよい。このように、本実施形態の固体撮像素子１においては、上段遮光層３５が、下段クラッド３２上に設けられ、互いに隣り合う受光部３間の境界に沿って配される遮光部に対応する。特に、本実施形態では、上段遮光層３５は、上段クラッド３３の内部に設けられている。
【００６３】
また、上段遮光層３５を構成する材料として、カーボンブラックやチタンブラック等の黒色顔料を含有させた樹脂材料を用いることができる。このように、上段遮光層３５の材料としてカーボンブラック等の黒色顔料を含有させた材料を用いることにより、いわゆるフレアを防止することができる。
【００６４】
フレアとは、固体撮像素子により構成される撮像装置によって例えば太陽等の高輝度光源が撮影された場合に生じる筋状の画素欠陥であり、マイクロレンズからフォトダイオード側に向けて入射した光の一部が反射光や回折光としてフォトダイオード側からマイクロレンズ側に向かうことによって生じる。つまり、上段遮光層３５の材料として黒色顔料を含有させた材料を用いることで、上記のようにフレアの原因となる反射光や回折光等が遮蔽され、フレアを防止することができる。
【００６５】
なお、本実施形態では、上段遮光層３５が上段クラッド３３の内部に設けられているが、これに限らず、上段遮光層３５は、下段クラッド３２上に設けられればよい。したがって、上段遮光層３５は、本実施形態のように上段クラッド３３により覆われた状態で設けられることなく、下段クラッド３２上において、例えば、上段クラッド３３上に設けられる等、コア層３４に面した状態で設けられてもよい。
【００６６】
以上のような構成を備える本実施形態の固体撮像素子１による作用・効果について説明する。図３および図４を用いて、固体撮像素子１が備える導波路３０による集光特性の改善効果について説明する。図３は、本実施形態の固体撮像素子１の作用・効果についての説明図を示し、図４は、本実施形態の固体撮像素子１に対する比較例についての説明図を示す。なお、図４に示す比較例では、本実施形態の固体撮像素子１と共通する部分については同じ符号を用いている。また、図３および図４に示す断面図では、便宜上、一部の構成要素についてのハッチングを省略している。
【００６７】
図４に示す比較例は、図３に示すような本実施形態の固体撮像素子１に対して、クラッド層３１の上段クラッド３３および上段遮光層３５を有しない点で、本実施形態の固体撮像素子１と異なる。つまり、図４に示す比較例は、導波路３０を構成するクラッド層３１が下段クラッド３２のみの１段構造の場合を示す。
【００６８】
本実施形態の固体撮像素子１によれば、クラッド層３１が上段クラッド３３を有することで、導波路３０がレンズとして機能して入射光をコア方向へ曲げる作用、および斜め光を導波路３０へ閉じ込める作用が向上する。このため、本実施形態の固体撮像素子１によって得られる集光特性の改善効果として、ノイズの一種であるスミアを抑制することができる。
【００６９】
固体撮像素子１において発生するスミアには、回折光スミアや透過光スミア等がある。図４に示すように、回折光スミアは、マイクロレンズ２８から遮光層２１の周囲に入射した光（破線矢印Ｂ１参照）が遮光層２１の周囲において回折、反射、散乱等することによって転送電極１２により構成される垂直転送レジスタ４に飛び込み、それにより発生する電荷が原因で生じる。また、透過光スミアは、マイクロレンズ２８からの入射光（矢印Ｂ２参照）がクラッド層３１を透過してさらに遮光層２１を透過することによって転送電極１２により構成される垂直転送レジスタ４に漏れ込み（破線矢印Ｂ３参照）、それにより発生する電荷が原因で生じる。
【００７０】
本実施形態の固体撮像素子１によれば、このような回折光スミアや透過光スミアを抑制することができる。具体的には、図３に示すように、クラッド層３１が上段クラッド３３を有することで、導波路３０においてクラッド層３１がレンズとして機能して入射光をコア方向へ屈折させる際に、光を屈折させる位置、つまりクラッド層３１とコア層３４との界面の位置が、図４に示す比較例と比べて高くなる。これにより、導波路３０がレンズとして機能して入射光をコア方向へ曲げる作用を高めることができる（矢印Ａ１、Ａ２参照）。
【００７１】
また、図３に示すように、クラッド層３１が上段クラッド３３を有することで、マイクロレンズ２８から入射する斜め光が、図４に示す比較例と比べて高い位置から反射し、フォトダイオード１７へと導かれる（矢印Ａ３、Ａ４参照）。これにより、斜め光を導波路３０へ閉じ込める作用を高めることができる。このように、上段クラッド３３により、導波路効果、つまりレンズとして入射光をコア方向へ曲げる作用、および斜め光を導波路３０へ閉じ込める作用が高まることから、下段遮光層としての遮光層２１における光の透過・吸収・回折が抑制される。結果として、上述したような回折光スミアの発生を抑制することができる。
【００７２】
また、透過光スミアについては、上段クラッド３３内に設けられる上段遮光層３５によって抑制される。具体的には、図３に示すように、遮光層２１上に上段遮光層３５が存在することで、図４に示す比較例の場合にクラッド層３１および遮光層２１を透過して垂直転送レジスタ４に届く光が、上段遮光層３５によって遮られる（矢印Ａ５参照）。これにより、上述したような透過光スミアの発生を抑制することができる。
【００７３】
また、上段遮光層３５によって透過光スミアを抑制できることから、下段遮光層としての遮光層２１の膜厚を薄くすることができる。つまり、本実施形態の固体撮像素子１においては、上段遮光層３５によって、透過光スミアの原因となる光に対する遮光層２１の遮光機能を補うことができるため、その分、図４に示す比較例の場合とくらべて遮光層２１を薄くすることができる。このように遮光層２１を薄くすることができることから、センサとして機能する受光部３（フォトダイオード１７）の開口（図３、符号Ｃ１参照）を拡大させることができる。センサの開口が拡大することにより、感度の向上を図ることができる。
【００７４】
具体的には、図４に示す比較例において、例えば遮光層２１がタングステン（Ｗ）からなる場合、上述したような透過光スミアを防ぐためには、遮光層２１の膜厚（符号Ｄ１参照）として、１００ｎｍ程度の厚さが必要となる。一方、図３に示す本実施形態の固体撮像素子１においては、遮光層２１の上方に上段遮光層３５が存在することから、例えば上段遮光層３５の膜厚（符号Ｄ２参照）を５０ｎｍ程度とした場合、遮光層２１の膜厚（符号Ｄ３）を５０ｎｍ程度に抑えることができる。このように、本実施形態の固体撮像素子１においては、遮光層２１を薄くできることから、遮光層２１の側壁部分２１ａが薄膜化されてセンサの開口（図３、符号Ｃ１参照）が拡大し、感度が向上する。
【００７５】
また、感度については、図４に示す比較例においては、透過光スミアの原因となる入射光（矢印Ｂ２参照）の一部が遮光層２１に吸収されることも、感度損失を招く原因となる。この点、本実施形態の固体撮像素子１においては、上述したように導波路効果が高まることで遮光層２１における光の吸収が抑制されることから、感度の向上を図ることができる。
【００７６】
また、本実施形態の固体撮像素子１によれば、クラッド層３１が上段クラッド３３を有することで、斜め光を導波路３０へ閉じ込める作用が向上することから、集光特性の改善効果として、隣接画素への混色を抑制することができる。
【００７７】
図３および図４では、画素７の色が互いに異なる隣接画素の組み合わせの一例として、赤色のカラーフィルタ２７（２７Ｒ）を有する赤（Ｒ）の画素７（以下「Ｒ画素７Ｒ」とする。）と、緑色のカラーフィルタ２７Ｇを有する緑（Ｇ）の画素７（以下「Ｇ画素７Ｇ」とする。）とが互いに隣り合う組み合わせを示している。
【００７８】
図４に示すように、Ｇ画素７Ｇのマイクロレンズ２８に入射した光のうちの大部分は、緑色のカラーフィルタ２７Ｇを透過して、Ｇ画素７Ｇのフォトダイオード１７に入射する。その一方で、Ｇ画素７Ｇのマイクロレンズ２８に入射した光には、マイクロレンズ２８が集光しきれずに、緑色のカラーフィルタ２７Ｇを透過した後、Ｇ画素７Ｇに隣接するＲ画素７Ｒ側に向かい、このＲ画素７Ｒのフォトダイオード１７に入射するような斜め光が含まれる（矢印Ｂ４参照）。
【００７９】
また、Ｒ画素７Ｒのマイクロレンズ２８に入射した光のうちの大部分は、赤色のカラーフィルタ２７Ｒを透過して、Ｒ画素７Ｒのフォトダイオード１７に入射する。したがって、上記のとおり緑色のカラーフィルタ２７Ｇを透過した光が斜め光としてＲ画素７Ｒのフォトダイオード１７に入射した場合、緑（Ｇ）と赤（Ｒ）の混色が生じる。つまり、フォトダイオード１７に入射する光が透過したカラーフィルタ２７の色と、その光を受光するフォトダイオード１７に対応して設けられるカラーフィルタ２７の色とが異なることで、光学的な混色が生じる。
【００８０】
そこで、図３に示す本実施形態の固体撮像素子１のように、クラッド層３１が上段クラッド３３を有することで、光学的な混色が抑制される。具体的には、図３に示すように、例えば、Ｇ画素７Ｇのマイクロレンズ２８に入射した光のうち、マイクロレンズ２８により集光されずに、Ｇ画素７Ｇに隣接するＲ画素７Ｒ側に向かう斜め光は、上段クラッド３３とコア層３４との界面で反射し、導波路３０において閉じ込められる。つまり、上段クラッド３３が存在しない場合にＧ画素７Ｇ側から隣のＲ画素７Ｒのフォトダイオード１７に入射する光が、クラッド層３１によって反射され、閉じ込められる。これにより、異色画素間において混色の原因となる斜め光のフォトダイオード１７への入射が阻止され、混色が抑制される。
【００８１】
また、クラッド層３１を構成する上段クラッド３３は、上段遮光層３５が存在することで、セルフアラインで形成することができる。これにより、例えば上段遮光層３５の左右両側に存在する上段クラッド３３の側壁部分の膜厚（図５、符号Ｊ１参照）を高い精度で制御することができ、上段クラッド３３による導波路効果を向上させることができる。
【００８２】
また、クラッド層３１が上段クラッド３３を有することにより、上述したような導波路効果に加え、上段クラッド３３とコア層３４との屈折率差によるレンズ効果を得ることができる。すなわち、上段クラッド３３とコア層３４との屈折率の差から、それぞれの内部を通過する光の速度に差が生じ、この光の速度差によりレンズ効果が得られる。
【００８３】
導波路３０に入射する光を波動で考えた場合、コア層３４よりも上段クラッド３３の方が屈折率が低いことから、上段クラッド３３内を進む光の方が、コア層３４内を進む光よりも速度が速い。このため、図５に示すように、上段クラッド３３およびその周囲に存在するコア層３４を含む領域においては、上段クラッド３３とコア層３４との界面で、光の速度差が生じる。図５では、マイクロレンズ２８側から入射した光の速度を破線群Ｅ１で表しており、この破線群Ｅ１の線間の間隔が大きいほど、光の速度が大きいことを表す。なお、図５に示す断面図では、便宜上、一部の構成要素についてのハッチングを省略している。
【００８４】
このような上段クラッド３３とコア層３４との間の光の速度差により、上段クラッド３３およびその周囲に存在するコア層３４を含む領域においてレンズ効果が得られる。したがって、上段クラッド３３に対して上側から入射した光（矢印Ｆ１参照）は、上段クラッド３３内において速度を増すとともに、受光部３（フォトダイオード１７）側に導かれる（矢印Ｆ２参照）。つまり、上段クラッド３３に上側から入射した光は、上段クラッド３３とコア層３４との関係におけるレンズ効果によって、フォトダイオード１７に向けて集光される。なお、上段クラッド３３に対する上側からの入射光のうちの一部は、上段遮光層３５によって遮られる（矢印Ｆ３参照）。
【００８５】
このように、クラッド層３１が上段クラッド３３を有することにより、レンズ効果が得られ、集光特性を向上することができる。上段クラッド３３によって得られるレンズ効果は、固体撮像素子において設けられるインナーレンズ（層内レンズ）の機能に置き換えることができる。
【００８６】
図６に、本実施形態の固体撮像素子１に対する比較例として、インナーレンズを備える構成を示す。なお、図６に示す比較例では、本実施形態の固体撮像素子１と共通する部分については同じ符号を用いている。また、図６に示す断面図では、便宜上、一部の構成要素についてのハッチングを省略している。
【００８７】
図６に示すように、本実施形態の固体撮像素子１に対応する構成において、インナーレンズが設けられる場合、例えば、導波路３０上に、インナーレンズ２９が設けられる。インナーレンズ２９は、通常、画素７を構成する受光部３（フォトダイオード１７）に対応して、画素７ごとに設けられる。インナーレンズ２９は、例えばＳｉＮ（窒化シリコン）等の無機材料により構成され、光が入射する側（図６における上側）に凸な形状を有する。インナーレンズ２９を備える構成においては、図６に示すように、カラーフィルタ層２６下において平坦化膜２５を介して存在するパシベーション膜２４が、例えばＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等によって、インナーレンズ２９を形成する層を全体的に覆うようにコンフォーマルに形成される。
【００８８】
このようにインナーレンズ２９を備える構成においては、マイクロレンズ２８により集束された光が、導波路３０上に設けられるインナーレンズ２９によってさらに集光され、受光部３に導かれる。しかしながら、インナーレンズ２９を備える構成においては、インナーレンズ２９に起因する特有の混色がある。
【００８９】
具体的には、図６に示す比較例のように、インナーレンズ２９を備える構成においては、Ｇ画素７Ｇのマイクロレンズ２８からの入射光の大部分は、カラーフィルタ２７Ｇを透過し、対応するインナーレンズ２９に達する（矢印Ｇ１参照）。インナーレンズ２９に達する入射光の一部は、インナーレンズ２９とその上層であるパシベーション膜２４との界面において屈曲させられ、インナーレンズ２９によって集光されずに、Ｇ画素７Ｇに隣接するＲ画素７Ｒ側に向かい、このＲ画素７Ｒのフォトダイオード１７に入射するような斜め光となる（矢印Ｇ２参照）。このようにインナーレンズ２９に起因して生じる斜め光により、光学的な混色が生じる。
【００９０】
そこで、クラッド層３１が上段クラッド３３を有する構成は、上述したようにレンズ効果を生じさせることから、図６に示す比較例におけるインナーレンズ２９に代えて用いることができる。つまり、クラッド層３１が上段クラッド３３を有する構成を採用することにより、インナーレンズを省略することができ、上述したようなインナーレンズに起因する特有の混色を回避することができる。また、クラッド層３１の上段クラッド３３によってレンズ効果を得る構成は、インナーレンズを有する構成との比較において混色が少ないという特徴を有する。
【００９１】
このような点からも、クラッド層３１が上段クラッド３３を有する構成によれば、集光特性の向上を図ることができる。ただし、クラッド層３１が上段クラッド３３を備えることは、図６の比較例に示すようなインナーレンズ２９を備えることを妨げるものではない。
【００９２】
以上のように、本実施形態の固体撮像素子１によれば、各画素７の受光部３に対して入射光を集光するための導波路３０を備える構成において、集光特性を向上させることができる。つまり、本実施形態の固体撮像素子１によれば、導波路３０を構成するクラッド層３１の上部を上段クラッド３３として延伸させることにより、導波路効果とレンズ効果が高まり、集光特性が改善される。これにより、固体撮像素子における画素微細化に容易に対応することができる。
【００９３】
ここで、本実施形態の固体撮像素子１に関し、図６に示すようなインナーレンズを備える構成との比較において得られる作用・効果についてさらに説明する。
【００９４】
微細画素構造のＣＣＤ型の固体撮像素子においては、感度とスミア特性を改善するために、インナーレンズは必須とされている。図６に示すようにインナーレンズ２９を備える構成においては、上層にカラーフィルタ層２６を形成するに際して平坦化かつ密着性の向上を図るための平坦化膜２５を厚く塗布する必要がある。このことは、インナーレンズ２９の上層となるパシベーション膜２４において、インナーレンズ２９の凹凸形状が転写されることから、その分、層表面の凹凸が大きくなることに起因する。つまり、インナーレンズ２９を備える構成においては、平坦化膜２５を形成する段階で、上記のとおりインナーレンズ２９上においてコンフォーマルに形成されたパシベーション膜２４の凹凸が存在することから、その凹凸を緩和して層表面を平坦化するためには、平坦化膜２５の膜厚を相当程度厚くする必要がある。
【００９５】
一方、本実施形態の固体撮像素子１においては、上述したように、上段クラッド３３によってレンズ効果が得られることから、インナーレンズ２９を省略することができる。また、上段クラッド３３によって得られるレンズ効果によれば、一般的にインナーレンズ２９によって得られる集光効率よりも高い集光効率が得られる。このため、下段クラッド３２上に設けられる上段クラッド３３を低く設計することができる。
【００９６】
また、本実施形態の固体撮像素子１においては、インナーレンズ２９が存在しない分、上段クラッド３３の上層に関し、凹凸形状が緩やかとなり、カラーフィルタ層２６を形成するに際して平坦化する必要性が低くなる。このため、平坦化膜２５の塗布膜厚を薄くすることができる。すなわち、インナーレンズ２９が存在しない場合、平坦化膜２５の成膜前の段階で、コア層３４が埋め込まれることで層表面がすでに平坦化されていることから、インナーレンズ２９を備える構成と比べて、平坦化膜２５の膜厚を薄くすることができる。具体的には、例えば、図６に示すようなインナーレンズ２９を備える構成においては、平坦化膜２５の膜厚Ｋ２が約３００ｎｍになるのに対し、図３に示すような本実施形態の固体撮像素子１によれば、平坦化膜２５の膜厚Ｋ１を約１００ｎｍにすることができる。つまりこの例では、平坦化膜２５の膜厚を２００ｎｍ程度薄くすることができる。ここで、インナーレンズ２９を備える構成における平坦化膜２５の膜厚Ｋ２は、コンフォーマルに形成されたパシベーション膜２４のＴｏｐ部（上端部）からカラーフィルタ層２６下までの膜厚方向の寸法である（図６参照）。
【００９７】
このように、本実施形態の固体撮像素子１においては、下段クラッド３２上に設けられる上段クラッド３３の高さを設計上低く形成することができ、また、平坦化膜２５の膜厚を薄くすることができることから、総厚の低背化が可能となる。具体的には、図６に示すようなインナーレンズ構造から、本実施形態の固体撮像素子１のようなタワークラッド構造にすることで、平坦化膜２５を含む総厚として、４００〜６００ｎｍ程度の低背化が可能となる。結果として、感度・スミアのシェーディング特性を改善することができる。このシェーディング特性の改善のメカニズムは次のとおりである。
【００９８】
図６に示すように、インナーレンズ２９を備える構成においては、総厚が厚くなることから、マイクロレンズ２８からの入射光に関し、画角端（画角の周辺部）において遮光層２１によるケラレが発生する（矢印Ｌ１、Ｌ２参照）。すなわち、総厚が厚いと、画角端において生じやすい斜め光の入射位置のずれが大きくなり、遮光層２１によって入射光が遮られるケラレの現象が生じる。遮光層２１によるケラレが生じると、受光部３への入射光が減少し、感度が低下する。また、画角端において生じやすい斜め光は、上述したような回折光スミアを生じさせやすい。
【００９９】
一方、本実施形態の固体撮像素子１においては、上述したように上段クラッド３３によってインナーレンズよりも高い集光効率が得られ、総厚の低背化が可能となることから、感度・スミアのシェーディング特性の改善を図ることができる。すなわち、本実施形態の固体撮像素子１においては、総厚の低背化が図れることから、画角端においても、斜め光の影響が少なく、遮光層２１によるケラレや回折光スミアが生じにくい（図３、矢印Ａ３、Ａ４参照）。結果として、感度・スミアのシェーディング特性を改善することができる。
【０１００】
（変形例１）
本実施形態の固体撮像素子１の変形例について、図７を用いて説明する。図７に示すように、本変形例では、遮光層２１の上方に設けられる上段遮光層３５（図２）の代わりに、透明膜３５Ａが設けられている。つまり、本変形例では、例えばタングステン（Ｗ）等の金属材料によって構成される上段遮光層３５に代えて、光を透過させる透明材料により構成される透明膜３５Ａが設けられている。
【０１０１】
透明膜３５Ａを構成する材料としては、シリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）、シリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）、シリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）、Ｌｏｗ−ｋ材料（低誘電率材料）であるＳｉＯＣ膜やＳｉＯＣＨ膜等の透明材料が挙げられる。また、透明膜３５Ａを構成する材料としては、ＳｉＯ２膜等の透明絶縁膜だけでなく、Ｐｏｌｙ−Ｓｉ膜、酸化インジウムスズ膜（ＩＴＯ膜）、酸化チタン膜（ＴｉＯｘ）等の透明導電膜であってもよい。また、透明膜３５Ａを構成する材料としては、透明膜３５Ａの周囲に存在する上段クラッド３３と同じ材料を用いてもよい。この場合、透明膜３５Ａは、上段クラッド３３の一部として設けられ、上段クラッド３３と同時に形成されることとなる。
【０１０２】
このように、上段遮光層３５の代わりに透明膜３５Ａを用いることにより、上段遮光層３５が入射光を吸収することによる感度の低下を防ぐことができる。すなわち、上段遮光層３５が例えばタングステン（Ｗ）等の金属材料によって構成される場合、上段遮光層３５において入射光の吸収が生じ、その分、感度が低下することになるが、上段遮光層３５の代わりに透明膜３５Ａを採用することで、遮光層２１の上方において入射光が吸収されることなく、感度の低下を防ぐことができる。
【０１０３】
（変形例２）
本実施形態の固体撮像素子１の他の変形例について、図８を用いて説明する。本変形例では、上段遮光層３５が、センサとしての受光部３に電気的に接続される配線として用いられる。
【０１０４】
図８に示すように、下段遮光層としての遮光層２１は、垂直転送レジスタ４を構成する転送電極１２等を被覆する部分であり（図２参照）、上記のとおり互いに隣り合う受光部３間の境界部分に沿って設けられ、平面視で格子状に形成される。そして、遮光層２１の上方に設けられる上段遮光層３５も、遮光層２１に沿って設けられ、平面視で格子状に形成される。このように配される上段遮光層３５が、配線として利用される。なお、図８では、便宜上、遮光層２１を着色部分で示している。
【０１０５】
上段遮光層３５が配線として用いられる場合、上段遮光層３５は、導電性材料により構成される。この場合の導電性材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料が挙げられる。ただし、配線としての上段遮光層３５を構成する材料としては、これらの金属材料に限定されず、導電性を有する材料が適宜採用される。
【０１０６】
上段遮光層３５が配線として用いられる場合、上段遮光層３５は、例えば、図８に示すような態様で設けられる。図８に示すように、本変形例では、配線として用いられる上段遮光層３５は、水平方向（図８における左右方向）に配される水平部３５ａと、この水平部３５ａから垂直方向（図８における上下方向）の両側にそれぞれ延出される第１垂直部３５ｂ、第２垂直部３５ｃとを有する。
【０１０７】
水平部３５ａは、垂直方向に隣接する画素７の受光部３間の境界に沿って、水平方向に設けられる。第１垂直部３５ｂおよび第２垂直部３５ｃは、いずれも、水平方向に隣接する画素７の受光部３間の境界に沿って、垂直方向に設けられる。第１垂直部３５ｂおよび第２垂直部３５ｃは、水平部３５ａに対して、水平方向における同じ位置から垂直方向に延出される。第１垂直部３５ｂおよび第２垂直部３５ｃは、垂直方向に隣り合う水平部３５ａから延出される第２垂直部３５ｃまたは第１垂直部３５ｂに干渉しないように（重ならないように）、いずれも、水平部３５ａから１画素分の垂直方向の長さに対して中途部まで垂直方向に延出される。
【０１０８】
水平部３５ａに対して垂直方向の一側（図８における上側）に延出する第１垂直部３５ｂは、上段遮光層３５を受光部３に対して電気的に接続させるためのコンタクト部３５ｄを有する。コンタクト部３５ｄは、第１垂直部３５ｂの端部から水平方向の一側（図８に示す例では左側）に延出される延出部３５ｅに設けられる。コンタクト部３５ｄは、シリコン酸化膜（ＳｉＯｘ膜）等の絶縁膜を介して受光部３に接続される。コンタクト部３５ｄは、例えばタングステン等により構成される。
【０１０９】
このように、本変形例では、上段遮光層３５は、導電性材料により構成され、受光部３に電気的に接続されている。なお、図８に示す上段遮光層３５による配線構成は、好ましい形態の一例であり、これに限定されるものではない。上段遮光層３５の配線構成としては、上段遮光層３５を各受光部３に電気的に接続させるための適宜の配線形状を採用することができる。
【０１１０】
本変形例のように、上段遮光層３５を受光部３にコンタクトさせる構成によれば、上段遮光層３５によって負バイアスの電圧を印加することにより、いわゆるピニングを強化することができる。ここで、ピニングとは、半導体材料に負の電圧を印加することで、ホール（正孔）を誘起させることであり、ホールを一時的にピニングすることで、白点の原因となる電荷を抑制することができる。ピニングを強化させるためには、例えば、−１Ｖ程度の負バイアスの電圧が上段遮光層３５に印加される。
【０１１１】
また、本変形例のように、上段遮光層３５を受光部３にコンタクトさせる構成によれば、受光部３から垂直転送レジスタ４への信号電荷の読み出し時に、上段遮光層３５によって負バイアスのパルスを印加することにより、低電圧駆動が可能となる。つまり、上段遮光層３５によって受光部３に負バイアスのパルスを印加することにより、信号電荷の読み出しを駆動電圧の面からアシストすることができる。
【０１１２】
具体的には、受光部３からの信号電荷の読み出しは、垂直転送レジスタ４を構成する読み出し電極（１２）に読み出しクロックを印加することで読み出し電極（１２）下において半導体基板１１内にて電位差を生じさせることにより行われる。そこで、信号電荷の読み出しを行う際に、上段遮光層３５によって受光部３に負バイアスのパルスを印加することにより、その分、読み出しクロックの電圧が低くても、信号電荷の読み出しに必要な電位差を確保することができる。
【０１１３】
このように、上段遮光層３５を受光部３にコンタクトさせる構成によれば、転送電極１２に印加する駆動電圧を低くすることができる。こうした低電圧駆動を実現するためには、例えば、−３Ｖ程度の負バイアスのパルスが上段遮光層３５に印加される。
【０１１４】
また、配線として用いられる上段遮光層３５は、半導体基板１１のグランド領域に接続（接地）されてもよい。この場合、上段遮光層３５には、グランド電位（接地電位）が印加される。このように、上段遮光層３５が接地されることにより、固体撮像素子１の加工プロセスにおいて、上段遮光層３５がプラズマ処理等による影響でダメージを受けることを防止することができる。
【０１１５】
固体撮像素子１の加工プロセスにおいては、例えば、上段遮光層３５を形成するための除去工程におけるエッチングや、マイクロレンズ２８を形成するためのエッチングとして、ドライエッチングの一つであるプラズマエッチングが行われる場合がある。プラズマエッチングは、プラズマ処理を行うことで、放電中のプラズマの働きによってエッチングを起こす。
【０１１６】
このようなプラズマエッチングが行われると、上段遮光層３５が接地されることなく電気的に浮いた状態で存在する場合、プラズマ処理により、上段遮光層３５がダメージを受けることが考えられる。そこで、上段遮光層３５を半導体基板１１のグランド領域に接地させることで、固体撮像素子１の加工プロセスにおいてプラズマ処理等による上段遮光層３５のダメージを回避することができる。
【０１１７】
また、上段遮光層３５が接地され、上段遮光層３５の電位が固定されることで、上段遮光層３５の存在がその直下のフォトダイオード１７に対して与える、暗時ノイズ等の悪影響を低減することができる。
【０１１８】
また、上段遮光層３５を配線として用いる構成としては、上段遮光層３５をいわゆるダミー配線として用いてもよい。この場合、ダミー配線としての上段遮光層３５は、選択的に低い位置（半導体基板１１に近い位置）に設けられることが好ましい。このような構成を採用することで、固体撮像素子１におけるムラ特性を改善することができる。すなわち、固体撮像素子１においてチップ内の段差が大きいことはムラ特性の悪化につながるが、上記のとおり上段遮光層３５をダミー配線として用い、そのダミー配線を選択的に低い位置に設置することで、チップ内の段差を減らし、ムラ特性を改善することができる。
【０１１９】
（変形例３）
本実施形態の固体撮像素子１の他の変形例について、図９を用いて説明する。本変形例では、導波路３０のクラッド層３１を構成する上段クラッド３３の配置について、いわゆる瞳補正が施されている。つまり、下段クラッド３２の上側に設けられる上段クラッド３３の、撮像領域２における画素配列に沿って設けられる下段クラッド３２に対する相対的な位置関係が、画角（撮像領域２）における中央部から周辺部にかけて所定の傾向性をもって変化している。
【０１２０】
具体的には、上段クラッド３３の配置が瞳補正される場合、下段クラッド３２の幅方向（以下「クラッド幅方向」という。）について、上段クラッド３３の下段クラッド３２に対する位置のずれ量（以下「クラッドずれ量」という。）が、瞳補正おける補正量として調整される。ここで、クラッド幅方向は、撮像領域２において水平方向に配される下段クラッド３２については垂直方向となり、垂直方向に配される下段クラッド３２については水平方向となる。上段クラッド３３の配置についての瞳補正としては、クラッドずれ量が、画角の中央部から周辺部にかけて大きくなるように調整される。
【０１２１】
図９に示すように、固体撮像素子１において、クラッドずれ量は、クラッド幅方向についての下段クラッド３２の中心位置Ｏ１に対する上段クラッド３３の中心位置Ｏ２のずれ量に相当する。この下段クラッド３２および上段クラッド３３の中心位置同士のずれ量が、瞳補正における補正量として調整される。
【０１２２】
図９（ａ）に示すように、画角の中央部においては、クラッドずれ量は０であり、クラッド幅方向について、上段クラッド３３の中心位置Ｏ２は、下段クラッド３２の中心位置Ｏ１に一致する。そして、画角の中央部から周辺部に向かうにしたがい、上段クラッド３３の中心位置Ｏ２は、下段クラッド３２の中心位置Ｏ１から離れていく。
【０１２３】
つまり、図９（ａ）に示すように、クラッドずれ量が０の状態から、画角の周辺に向かうにしたがい、同図（ｂ）、（ｃ）に示すように、上段クラッド３３の中心位置Ｏ２が、下段クラッド３２の中心位置Ｏ１から徐々に離れていき、クラッドずれ量が徐々に大きくなる。詳細には、上段クラッド３３の下段クラッド３２に対する位置は、画角の中心方向にずらされる。つまり、図９（ｂ）、（ｃ）において左側が、画角の中心位置側に対応する。
【０１２４】
このような上段クラッド３３の配置についての瞳補正において、画角内における位置によるクラッドずれ量の変化の態様は、特に限定されず、適宜設定される。例えば、クラッドずれ量は、画角内における位置との関係において、画角の中心位置に対する距離等に対して線形的に変化させられたり、非線形的に変化させられたりする。
【０１２５】
また、図９に示す瞳補正の例では、上段クラッド３３内に存在する上段遮光層３５も、上段クラッド３３とともにクラッド幅方向についてずらされている。つまり、図９に示す瞳補正の例では、画角内における位置にかかわらず、クラッド幅方向について、上段遮光層３５の中心位置Ｏ３と、上段クラッド３３の中心位置Ｏ２との位置関係は一定である。例えば、上段遮光層３５の中心位置Ｏ３は、上段クラッド３３の中心位置Ｏ２に対して一致する。
【０１２６】
ただし、図１０に示すように、上段クラッド３３内に存在する上段遮光層３５の位置は、瞳補正による上段クラッド３３の位置の変化にかかわらず一定であってもよい。つまり、図１０に示す瞳補正の例では、画角内における位置にかかわらず、クラッド幅方向について、上段遮光層３５の中心位置（図９、符号Ｏ３参照）と、下段クラッド３２の中心位置Ｏ１との位置関係は一定である。例えば、上段遮光層３５の中心位置は、下段クラッド３２の中心位置Ｏ１に対して一致する。
【０１２７】
以上のように、本変形例では、上段クラッド３３の配置について瞳補正が行われており、上段クラッド３３は、クラッド幅方向について、下段クラッド３２の中心位置に対するずれ量が撮像領域２の中央部から撮像領域２の周辺部にかけて大きくなるように設けられている。
【０１２８】
このように、上段クラッド３３の配置について瞳補正が行われることにより、画角の中央部分よりも周辺部分が暗くなるという、いわゆるシェーディングを改善することができる。シェーディングは、固体撮像素子１に対して設けられるレンズや絞り等の光学系において光軸を通る主光線に対する周辺光線の入射角度が、画角の中央から端にいくにしたがって大きくなることが原因で生じる。そこで、本変形例のように、下段クラッド３２上に設けられる上段クラッド３３の配置について瞳補正を行うことで、上段クラッド３３によって上述したような集光特性の向上を得るに際し、集光特性の向上の度合いについて、画角内での均一化が図れ、シェーディングが抑制される。上段クラッド３３の配置の瞳補正において、クラッドずれ量は、例えば、固体撮像素子１に対して設けられるレンズや絞り等の光学系との関係におけるいわゆる瞳距離等によって調整される。
【０１２９】
また、シェーディングを改善する観点からは、上段クラッド３３の幅（クラッド幅方向の寸法、図９（ａ）、符号Ｈ１参照。）を、画角内における位置によって変化させる構成を採用することができる。この場合、例えば、上段クラッド３３の幅が、画角の中央部から周辺部にかけて徐々に狭くされる。このように、上段クラッド３３の幅を画角内における位置等によって変えることによっても、シェーディングの対策を行うことができる。上段クラッド３３の幅に関しては、上述したように導波路３０によって得られる導波路効果とレンズ効果や、固体撮像素子１を構成するマイクロレンズ２８（図２等参照）やインナーレンズ２９（図６参照）の配置等に基づいて、最適値が決定される。
【０１３０】
本変形例のように、本実施形態の固体撮像素子１において下段クラッド３２上に設けられるクラッド層３１については、下段クラッド３２と比べて、クラッド層３１の位置や幅を比較的容易に変えることができる。つまり、下段クラッド３２については、垂直転送レジスタ４や遮光層２１等に対応して設けられることや、各受光部３におけるセンサの開口面積を確保すること等から、幅や位置を変えることは難しいが、下段クラッド３２上において下段クラッド３２とは別の部分として設けられる上段クラッド３３については、位置や幅の自由度が比較的高い。
【０１３１】
したがって、クラッド層３１が上段クラッド３３を有することにより、上段クラッド３３を含むクラッド層３１について、下段クラッド３２だけでは困難な瞳補正や幅の調整を実現することが可能となる。このように、本実施形態の固体撮像素子１によれば、スミアや混色の抑制等の集光特性の向上を図りながら、シェーディングを改善することができる。
【０１３２】
また、上段クラッド３３の内部に配置される上段遮光層３５の幅についても、画角内における位置によって変化させる構成を採用することができる。この場合、例えば、上段遮光層３５の幅が、画角の中央部から周辺部にかけて徐々に狭くされる。このように、上段遮光層３５の幅を画角内における位置等によって変えることによっても、シェーディングの対策を行うことができる。
【０１３３】
［固体撮像素子の製造方法］
本実施形態の固体撮像素子１の製造方法について説明する。なお、以下に説明する固体撮像素子１の製造方法では、導波路３０を形成する工程を主に説明する。このため、図１１に示す説明図では、遮光層２１によって被覆される転送電極１２等の構造については図示を省略している。また、遮光層２１よりも半導体基板１１側の構成等についても、半導体基板１１上に設けられる半導体層１６で代表させて説明および図示を省略する。
【０１３４】
固体撮像素子１の製造工程においては、半導体層１６上に、転送電極１２や接続配線１４等が形成された後、絶縁膜１３を介して遮光層２１が形成される（図２参照）。遮光層２１は、例えばタングステン（Ｗ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料により形成される。
【０１３５】
遮光層２１が形成された後、図１１（ａ）に示すように、複数の画素７の配列において互いに隣接する画素７の受光部３間に設けられた遮光層２１に対して、下段クラッド３２を形成する工程が行われる。すなわち、半導体層１６上に形成された遮光層２１上に、クラッド層３１を構成する下段クラッド３２が成膜される。
【０１３６】
下段クラッド３２は、受光部３の配列に沿って設けられる垂直転送レジスタ４の転送電極１２、接続配線１４、および遮光層２１からなる積層構造を覆うように形成される。したがって、下段クラッド３２は、各受光部３の周囲を囲むように形成され、下段クラッド３２が形成されることにより、各受光部３に対応するように開口部が形成される。
【０１３７】
下段クラッド３２は、例えば、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）ガスを用いたＣＶＤ法によりＢＰＳＧ（ボロン・リン・シリケートガラス）やシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）として形成される。また、下段クラッド３２は、例えば、バイアス高密度プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２系のＣＶＤ膜として形成される。
【０１３８】
そして、図１１（ａ）に示すように、下段クラッド３２により受光部３に対応するように形成された開口部にコア層３４ｘを埋め込む工程が行われる。つまり、コア層３４ｘは、各受光部３に対応する下段クラッド３２の凹部内に埋め込まれるように形成される。
【０１３９】
コア層３４ｘの材料は、下段クラッド３２（クラッド層３１）の材料よりも高屈折率の材料であり、例えば、シリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）やシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）やシリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）等である。これらのシリコン窒化膜やシリコン酸窒化膜等は、例えばＣＶＤ法により成膜することができる。また、コア層３４ｘの材料としては、例えば、ポリイミド系樹脂等の屈折率の高い樹脂を用いることもできる。
【０１４０】
図１１（ａ）に示すように、コア層３４ｘは、下段クラッド３２と同じ高さ位置となるまで成膜される。つまり、コア層３４ｘは、下段クラッド３２の上面との間に段差が無いように形成される。以上ように、下段クラッド３２の間にコア層３４ｘを埋め込む工程が、本実施形態での第１の埋め込み工程に相当する。
【０１４１】
次に、図１１（ｂ）に示すように、下段クラッド３２およびコア層３４ｘ上に、最終的に上段遮光層３５となる遮光層３５ｘが成膜される。遮光層３５ｘの材料としては、例えば、Ｗ（タングステン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｔｉ（チタン）等のうちいずれか１種、あるいはこれらの金属のうち２種以上の金属を含む合金が用いられる。
【０１４２】
また、遮光層３５ｘの材料として、カーボンブラックやチタンブラック等の黒色顔料を含有させた樹脂材料を用いることができる。これにより、上述したように固体撮像素子１において生じるフレアを防止することができる。遮光層３５ｘを成膜する手法としては、スパッタリング法やＣＶＤ法等が用いられる。このようにして、上段遮光層３５となる遮光層３５ｘを成膜する工程が行われる。
【０１４３】
続いて、図１１（ｂ）に示すように、遮光層３５ｘ上に、最終的に上段クラッド３３の一部分を形成するクラッド層３３ｘが成膜される。クラッド層３３ｘは、例えば、下段クラッド３２と同様に、ＴＥＯＳガスを用いたＣＶＤ法によりＢＰＳＧやシリコン酸化膜として形成されたり、バイアス高密度プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２系のＣＶＤ膜として形成されたりする。クラッド層３３ｘは、後に行われるエッチング処理においてハードマスクとしても機能する。
【０１４４】
以上のように、クラッド層３３ｘを成膜する工程が、下段クラッド３２およびコア層３４ｘ上に、遮光層３５ｘを介して、上段クラッド３３となるクラッド層３３ｘを成膜する工程に相当する。
【０１４５】
次に、図１１（ｃ）に示すように、クラッド層３３ｘ上に、レジスト３６のパターンを形成するレジストパターニングが行われる。レジスト３６の材料としては、公知のレジスト材料を用いることができる。
【０１４６】
レジスト３６は、遮光層３５ｘによって形成される上段遮光層３５に対応するようにパターニングされる。したがって、レジスト３６は、互いに隣接する画素７の受光部３間の境界に沿って設けられ、平面視で格子状に形成される。レジスト３６のパターンは、フォトリソグラフィにより形成されたり、フォトリソグラフィとドライエッチングとの組み合わせによって形成されたりする。
【０１４７】
次に、図１１（ｄ）に示すように、エッチングガスを用いたドライエッチングにより、クラッド層３３ｘおよび遮光層３５ｘについて、レジスト３６に対応する部分以外の部分が部分的に除去される。ドライエッチングとしては、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）や、プラズマエッチング（アッシング）等が行われる。
【０１４８】
このエッチングの工程が行われることで、クラッド層３３ｘが部分的に除去され、上段クラッド３３の一部分となるクラッド層３３ｘの一部が残存するとともに、遮光層３５ｘが部分的に除去され、上段遮光層３５が形成される。
【０１４９】
続いて、エッチングによって形成された上段遮光層３５および残存するクラッド層３３ｘに対して、最終的に上段クラッド３３の一部分を形成するクラッド層３３ｙが成膜される（図１１（ｅ）参照）。このクラッド層３３ｙを成膜する工程においては、クラッド層３３ｙは、図１１（ｄ）に示すように、上段遮光層３５および残存するクラッド層３３ｘの両側の側面３７ａと、残存するクラッド層３３ｘの上面３７ｂと、エッチングによってクラッド層３３ｘおよび遮光層３５ｘが除去されることで露出したコア層３４ｘの表面３７ｃとの各面上に形成される。
【０１５０】
クラッド層３３ｙは、例えば、下段クラッド３２やクラッド層３３ｘと同様に、ＴＥＯＳガスを用いたＣＶＤ法によりＢＰＳＧやシリコン酸化膜として形成されたり、バイアス高密度プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２系のＣＶＤ膜として形成されたりする。
【０１５１】
次に、図１１（ｅ）に示すように、ドライエッチングにより全面エッチバックすることで、上段クラッド３３が形成される。具体的には、上述したように上段遮光層３５およびクラッド層３３ｘの両側の側面３７ａ、クラッド層３３ｘの上面３７ｂ、およびコア層３４ｘの表面３７ｃとの各面上に形成されたクラッド層３３ｙに対して、全面エッチバックが行われる。この全面エッチバックは、コア層３４ｘの表面３７ｃ上のクラッド層３３ｙが除去されるように行われる。
【０１５２】
このようにクラッド層３３ｙを部分的に除去するエッチングが行われることにより、図１１（ｅ）に示すように、上段遮光層３５上に存在するクラッド層３３ｘと、上段遮光層３５およびクラッド層３３ｘの両側の側面３７ａおよびクラッド層３３ｘの上面３７ｂに残存するクラッド層３３ｙとによって、上段クラッド３３が形成される。
【０１５３】
ここでのクラッド層３３ｙに対する全面エッチバックによれば、クラッド層３３ｙについて、コア層３４ｘの表面３７ｃ上に形成された部分が除去されるとともに、上段遮光層３５およびクラッド層３３ｘの両側の側面３７ａおよびクラッド層３３ｘの上面３７ｂに形成された部分の一部が除去される。そして、上段遮光層３５上のクラッド層３３ｘと、これら上段遮光層３５上およびクラッド層３３ｘを被覆するクラッド層３３ｙの残存部分とによって、上段クラッド３３が形成される。
【０１５４】
上段クラッド３３は、上段遮光層３５とともに、下段クラッド３２上に形成される。したがって、上段クラッド３３は、下段クラッド３２と同様に各受光部３の周囲を囲むように形成され、下段クラッド３２上に上段クラッド３３が形成されることにより、上段クラッド３３によって各受光部３に対応するように開口部が形成される。
【０１５５】
以上のように、レジスト３６のパターニングを行う工程（図１１（ｃ）参照）と、クラッド層３３ｘおよび遮光層３５ｘを部分的にエッチング除去する工程（同図（ｄ）参照）と、クラッド層３３ｙを成膜する工程と、クラッド層３３ｙに対する全面エッチバックを行う工程（同図（ｅ）参照）とを含む工程が、クラッド層３３ｘを成膜する工程により成膜されたクラッド層３３ｘを選択的に除去し、上段クラッド３３を形成する工程に相当する。
【０１５６】
すなわち、本実施形態の固体撮像素子１の製造方法においては、上段クラッド３３を形成する工程は、以下の第１〜第４工程を含む。第１工程は、クラッド層３３ｘを成膜する工程により成膜されたクラッド層３３ｘ上における上段遮光層３５に対応する位置にレジストパターンとしてのレジスト３６を形成する工程である（図１１（ｃ）参照）。第２工程は、レジスト３６により形成されたレジストパターン上からのエッチングにより、クラッド層３３ｘ、および遮光層３５ｘを成膜する工程により成膜された遮光層３５ｘを選択的に除去する工程である。
【０１５７】
第３工程は、第２工程が行われた後に残存するクラッド層３３ｘ、および残存する遮光層３５ｘとしての上段遮光層３５上にクラッド層３３ｙを成膜する工程である。第４工程は、第３工程により成膜されたクラッド層３３ｙを全面的なエッチングにより部分的に除去することで、上段クラッド３３を形成する工程である。
【０１５８】
そして、上段クラッド３３が形成された後、図１１（ｆ）に示すように、上段クラッド３３により受光部３に対応するように形成された開口部にコア層３４ｙを埋め込む工程が行われる。つまり、コア層３４ｙは、各受光部３に対応する下段クラッド３２の凹部内に埋め込まれているコア層３４ｘ上において、上段クラッド３３の凹部内に埋め込まれるように形成される。
【０１５９】
コア層３４ｙは、基本的には、下層部分であるコア層３４ｘと同じ材料および手法によって形成される。すなわち、コア層３４ｙは、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の、下段クラッド３２（クラッド層３１）の材料よりも高屈折率の材料が用いられ、ＣＶＤ法等により成膜される。ただし、コア層３４ｘに対して上層部分となるコア層３４ｙは、コア層３４ｘとは異なる材料および手法により形成されてもよい。
【０１６０】
以上のように、上段クラッド３３により受光部３に対応するように形成された開口部にコア層３４ｙを埋め込む工程が、本実施形態での第２の埋め込み工程に相当する。この第２の埋め込み工程が行われることにより、下段クラッド３２間の開口部に形成されたコア層３４ｘと、上段クラッド３３間の開口部に形成されたコア層３４ｙとにより、本実施形態の固体撮像素子１において導波路３０を構成するコア層３４が形成される。なお、コア層３４ｘ上に形成されるコア層３４ｙは、上段クラッド３３を超えて所定の高さ位置まで形成される（図２参照）。
【０１６１】
以上のようにして、固体撮像素子１が備える導波路３０が形成される。導波路３０が形成された後は、導波路３０上に、パシベーション膜２４、平坦化膜２５、カラーフィルタ層２６、マイクロレンズ２８が順に形成され、目的の固体撮像素子１が得られる（図２参照）。
【０１６２】
以上のような製造方法によって得られる固体撮像素子１によれば、上述したように、各画素７の受光部３に対して入射光を集光するための導波路３０を備える構成において、集光特性を向上させることができる。また、本実施形態の固体撮像素子１の製造方法によれば、次のような効果が得られる。
【０１６３】
クラッド層３１を構成する上段クラッド３３の形状や膜厚等について、その形状や膜厚等を容易に制御することができ、高い精度を実現することができる。具体的には、まず、上段クラッド３３をセルフアラインで形成することができる。
【０１６４】
この点、詳細に説明すると、上段クラッド３３は、上段遮光層３５とともにエッチングによって形成されるクラッド層３３ｘと、上段遮光層３５およびクラッド層３３ｘを被覆するように成膜されるクラッド層３３ｙとにより形成される。クラッド層３３ｙは、上段遮光層３５および上段遮光層３５上のクラッド層３３ｘの層部分の表面に倣って形成される。つまり、上段クラッド３３の形成に際しては、下段クラッド３２上に設けられた上段遮光層３５およびクラッド層３３ｘの層部分が、上段クラッド３３の位置および形状を規定する部分として利用される。
【０１６５】
このようにクラッド層３３ｙを形成する工程を有することにより、クラッド層３３ｙにより構成される上段クラッド３３をセルフアラインにより形成することができる。したがって、上段クラッド３３については、下段クラッド３２等に対する位置合わせを行うことなく、下段クラッド３２上に上段クラッド３３を形成することができる。
【０１６６】
このように、本実施形態の固体撮像素子１の製造方法によれば、上段クラッド３３を上段遮光層３５に対してセルフアラインで形成することができる。これにより、上段クラッド３３を形成する位置や形状について高い合わせ精度を実現することができる。このため、上段クラッド３３の形状や膜厚等に関し、例えば、上段遮光層３５の左右両側（幅方向の両側）の部分である側壁部分の膜厚（図５、符号Ｊ１参照）を高い制御で制御することができるので、導波路効果の高い上段クラッド３３を形成することができる。
【０１６７】
また、上段クラッド３３の形状や膜厚等に関し、上段クラッド３３は、上記のとおり上段遮光層３５およびクラッド層３３ｘを被覆するように成膜されるクラッド層３３ｙにより形成される。このため、クラッド層３３ｙの成膜種や成膜量によって、上段クラッド３３のアスペクト比、つまり断面形状における縦横比を容易に制御することができる。
【０１６８】
具体的には、クラッド層３３ｙを成膜する工程においては、上段遮光層３５およびクラッド層３３ｘの両側の側面３７ａ、クラッド層３３ｘの上面３７ｂ、およびコア層３４ｘの表面３７ｃの各面に成膜するクラッド層３３ｙの膜厚を、成膜種によって調整することができる（図１１（ｄ）参照）。このため、クラッド層３３ｙを成膜した後に全面エッチバックによってコア層３４ｘの表面３７ｃ上のクラッド層３３ｙの部分を除去する分を加味し、最終的な上段クラッド３３のアスペクト比を制御することが可能となる。
【０１６９】
さらに、上段クラッド３３の形状や膜厚等に関し、上述した製造方法において、ハードマスクを兼ねるクラッド層３３ｘを成膜する工程において（図１１（ｂ）参照）、クラッド層３３ｘの膜厚の調整により、最終的な上段クラッド３３の高さを容易に高い精度で制御することができる。つまり、クラッド層３３ｘの膜厚は、最終的な上段クラッド３３の高さに影響し、このクラッド層３３ｘの成膜工程においては、成膜される膜の高さ等からクラッド層３３ｘの膜厚を容易に正確に制御することができる。このように上段クラッド３３の高さを高精度に制御できることにより、導波路効果の高い上段クラッド３３を形成することができる。
【０１７０】
このように、本実施形態の製造方法においては、上段クラッド３３のアスペクト比の制御やクラッド高さの制御により、上段クラッド３３の設計を行うことが可能となるので、導波路３０によって得られる導波路効果とレンズ効果に基づいて決定される上段クラッド３３の寸法の最適値を実現することができる。
【０１７１】
また、本実施形態の固体撮像素子１の製造方法によれば、コア層３４を形成するための埋め込みの工程が、下段クラッド３２により形成される開口部にコア層３４ｘを埋め込む工程と、上段クラッド３３により形成される開口部にコア層３４ｙを埋め込む工程との２回に分けられている。つまり、導波路３０を構成するコア層３４は、製造方法の面で下層部分となる第１のコア層３４ｘと、上層部分となる第２のコア層３４ｙとの２層構造となっている。
【０１７２】
このように導波路３０を構成するコア層３４を２段に分けて形成することにより、コア層３４の埋め込みを容易に行うことができる。そして、コア層３４を２段に分けて形成することから、コア層３４が高アスペクト比であっても、容易にコア層３４を形成することができる。つまり、本実施形態の固体撮像素子１の製造方法によれば、コア層３４について広い範囲のアスペクト比に対応することができる。
【０１７３】
なお、本実施形態の固体撮像素子１の製造方法において、遮光層３５ｘの材料として、カーボンブラックやチタンブラック等の黒色顔料を含有させた樹脂材料を用いた場合、樹脂材料の耐熱性から、遮光層３５ｘを形成した以降は、低温プロセス（例えば２５０℃以下）とする必要がある。この点、例えば、クラッド層３３ｘあるいはクラッド層３３ｙとしてのシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）や、コア層３４ｙとしてのシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）の形成に、低温ＣＶＤを用いることで対応することができる。
【０１７４】
（変形例１）
本実施形態の固体撮像素子１の製造方法の変形例について、図１２を用いて説明する。本変形例は、クラッド層３３ｘおよび遮光層３５ｘをエッチングにより部分的に除去する工程で用いられるエッチングが等方性エッチングである点で、上述した製造方法と異なる。
【０１７５】
すなわち、クラッド層３３ｘ上にレジスト３６のパターンを形成するレジストパターニングが行われた後、等方性エッチングにより、クラッド層３３ｘおよび遮光層３５ｘが部分的に除去される。ここで行われる等方性エッチングとしては、例えば、エッチング用の液体としてフッ化水素（ＨＦ）を用いたウェットエッチングが行われる。
【０１７６】
このように、クラッド層３３ｘおよび遮光層３５ｘを部分的に除去するに際し、等方性エッチングを採用することにより、プラズマエッチングが行われる場合におけるプラズマダメージを回避することができる。また、等方性エッチングによれば、上段クラッド３３のテーパ形成が可能となる。
【０１７７】
具体的には、クラッド層３３ｘおよび遮光層３５ｘに対して等方性エッチングが行われることにより、図１２（ａ）に示すように、遮光層３５ｘおよび遮光層３５ｘ上に残存するクラッド層３３ｘは、上側にかけて幅が狭くなるテーパ形状となる。そして、図１２（ｂ）に示すように、遮光層３５ｘおよびクラッド層３３ｘのテーパ形状に倣ってクラッド層３３ｙが形成され、全面エッチバックが行われることで、最終的な上段クラッド３３について、上側が細くなるテーパ形状を得ることができる。上段クラッド３３が形成された後は、上述した製造方法と同様に、図１２（ｃ）に示すように、上段クラッド３３により形成された開口部にコア層３４ｙを埋め込む工程が行われる。
【０１７８】
このように、上段クラッド３３の形状が、上側が細くなるテーパ形状となることにより、クラッド層３１がコア層３４とともに導波路３０として光を受光部３に導く構成において、クラッド層３１における光の導入部分の開口が広くなるので、感度を向上することができる。また、上段クラッド３３がテーパ形状となることによる感度の向上は、固体撮像素子１を構成する画素７が大きいほど光の速度の差に起因するレンズ効果よりも光の反射等といった導波路効果の方が支配的となることから、画素７が大きい場合により有利に作用する。
【０１７９】
（変形例２）
本実施形態の固体撮像素子１の製造方法の他の変形例について、図１３を用いて説明する。本変形例は、固体撮像素子１が上段遮光層３５の代わりに透明膜３５Ａを有する構成の場合（図７参照）の製造方法である。また、本変形例では、透明膜３５Ａを構成する材料として、透明膜３５Ａの周囲に存在する上段クラッド３３と同じ材料が用いられており、透明膜３５Ａは、上段クラッド３３の一部として設けられ、上段クラッド３３と同時に形成される。なお、上述した固体撮像素子１の製造方法と重複する部分については、同一の符号を用いる等して適宜説明を省略する。
【０１８０】
図１３（ａ）に示すように、遮光層２１が形成された後、複数の画素７の配列において互いに隣接する画素７の受光部３間に設けられた遮光層２１に対して、下段クラッド３２を形成する工程が行われる。同じく図１３（ａ）に示すように、下段クラッド３２が形成された後、下段クラッド３２により受光部３に対応するように形成された開口部にコア層３４ｘを埋め込む工程が行われる。
【０１８１】
次に、図１３（ｂ）に示すように、下段クラッド３２およびコア層３４ｘ上に、最終的に上段クラッド３３を形成するクラッド層３３ｚが成膜される。クラッド層３３ｚは、例えば、下段クラッド３２と同様に、ＴＥＯＳガスを用いたＣＶＤ法によりＢＰＳＧやシリコン酸化膜として形成されたり、バイアス高密度プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２系のＣＶＤ膜として形成されたりする。このようにクラッド層３３ｚを成膜する工程が、下段クラッド３２およびコア層３４ｘ上に、上段クラッド３３となるクラッド層３３ｚを成膜する工程に相当する。
【０１８２】
続いて、図１３（ｃ）に示すように、クラッド層３３ｚ上に、レジスト３６Ａのパターンを形成するレジストパターニングが行われる。レジスト３６Ａは、下段クラッド３２上に形成される上段クラッド３３の位置および幅に対応するようにパターニングされる。したがって、レジスト３６Ａは、互いに隣接する画素７の受光部３間の境界に沿って設けられ、平面視で格子状に形成される。レジスト３６Ａのパターンは、フォトリソグラフィにより形成されたり、フォトリソグラフィとドライエッチングとの組み合わせによって形成されたりする。
【０１８３】
次に、図１３（ｄ）に示すように、エッチングガスを用いたドライエッチングにより、クラッド層３３ｚについて、レジスト３６Ａに対応する部分以外の部分が部分的に除去される。ドライエッチングとしては、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）やプラズマエッチング（アッシング）等が行われる。このエッチングの工程が行われることで、クラッド層３３ｚが部分的に除去され、上段クラッド３３が形成される。
【０１８４】
そして、上段クラッド３３が形成された後、図１３（ｅ）に示すように、上段クラッド３３により受光部３に対応するように形成された開口部にコア層３４ｙを埋め込む工程が行われる。このように、上段クラッド３３により受光部３に対応するように形成された開口部にコア層３４ｙを埋め込む工程が、本実施形態での第２の埋め込み工程に相当する。この第２の埋め込み工程が行われることにより、下段クラッド３２間の開口部に形成されたコア層３４ｘと、上段クラッド３３間の開口部に形成されたコア層３４ｙとにより、本実施形態の固体撮像素子１において導波路３０を構成するコア層３４が形成される。
【０１８５】
以上のような製造方法によって得られる固体撮像素子１によれば、上述したように、上段遮光層３５が入射光を吸収することによる感度の低下を防ぐことができる。また、本変形例の製造方法によれば、上段クラッド３３の形状や膜厚等に関し、上述した製造方法において、クラッド層３３ｚを成膜する工程において（図１３（ｂ）参照）、クラッド層３３ｚの膜厚の調整により、最終的な上段クラッド３３の高さを容易に高い精度で制御することができる。つまり、クラッド層３３ｚの膜厚は、最終的な上段クラッド３３の高さに影響し、このクラッド層３３ｚの成膜工程においては、成膜される膜の高さ等からクラッド層３３ｚの膜厚を容易に正確に制御することができる。このように上段クラッド３３の高さを高精度に制御できることにより、導波路効果の高い上段クラッド３３を形成することができる。
【０１８６】
（変形例３）
本実施形態の固体撮像素子１の製造方法の他の変形例について、図１３および図１４を用いて説明する。本変形例は、図１３を用いて説明した変形例２との比較において、上段クラッド３３の形状の点で異なる。
【０１８７】
本変形例では、変形例２の場合と同様に、遮光層２１および下段クラッド３２が形成された後、下段クラッド３２により受光部３に対応するように形成された開口部にコア層３４ｘを埋め込む工程が行われる（図１３（ａ）参照）。次に、下段クラッド３２およびコア層３４ｘ上に、最終的に上段クラッド３３を形成するクラッド層３３ｚが成膜される（図１３（ｂ）参照）。
【０１８８】
続いて、クラッド層３３ｚ上に、レジスト３６Ａのパターンを形成するレジストパターニングが行われる（図１３（ｃ）参照）。そして、クラッド層３３ｚ上にレジスト３６Ａのパターンが形成された後、レジスト３６Ａが、リフロー処理等の熱処理によって、図１４（ａ）に示すように、断面視で半円状となるラウンド形状のレジスト３６Ｂとされる。つまり、レジスト３６Ａのパターニングの工程が行われた後、レジスト３６Ａをラウンド形状のレジスト３６Ｂに形成するための熱処理の工程が行われる。
【０１８９】
ラウンド形状のレジスト３６Ｂが形成された後、図１３（ｄ）に示すように、エッチングガスを用いたドライエッチングにより、クラッド層３３ｚについて、レジスト３６Ｂに対応する部分以外の部分が部分的に除去される。ドライエッチングとしては、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）やプラズマエッチング（アッシング）等が行われる。このエッチングの工程が行われることで、クラッド層３３ｚが部分的に除去され、上段クラッド３３が形成される。
【０１９０】
本変形例では、このドライエッチングの工程により、図１４（ｂ）に示すように、レジスト３６Ｂのラウンド形状がクラッド層３３ｚに転写され、上部がラウンド形状となる上段クラッド３３が形成される。つまり、本変形例において形成される上段クラッド３３は、上部に、ラウンド形状のレジスト３６Ｂの形状が転写されたラウンド形状部３３ｒを有する。
【０１９１】
そして、上段クラッド３３が形成された後、図１４（ｃ）に示すように、上段クラッド３３により受光部３に対応するように形成された開口部にコア層３４ｙを埋め込む工程が行われる。これにより、下段クラッド３２間の開口部に形成されたコア層３４ｘと、上段クラッド３３間の開口部に形成されたコア層３４ｙとにより、本実施形態の固体撮像素子１において導波路３０を構成するコア層３４が形成される。
【０１９２】
本変形例の製造方法によれば、上段クラッド３３の上部の形状がラウンド形状となることにより、クラッド層３１がコア層３４とともに導波路３０として光を受光部３に導く構成において、クラッド層３１における光の導入部分の開口が広くなるとともに、ラウンド形状の曲面によって光を受光部３に導きやすくなるので、感度を向上することができる。また、上段クラッド３３の上部がラウンド形状となることによる感度の向上は、固体撮像素子１を構成する画素７が大きいほど光の速度の差に起因するレンズ効果よりも光の反射等といった導波路効果の方が支配的となることから、画素７が大きい場合により有利に作用する。
【０１９３】
なお、レジストの形状によって上段クラッド３３の上部に転写させる形状は、ラウンド形状のほか、例えば楕円形状等であってもよく、図１４に示すような断面視で、上に凸となる曲線を描く形状であればよい。
【０１９４】
（変形例４）
本実施形態の固体撮像素子１の製造方法の他の変形例について、図１５を用いて説明する。本変形例は、図１３を用いて説明した変形例２との比較において、変形例２が最終的に上段クラッド３３を形成した後にコア層３４ｙを埋め込むのに対し、本変形例では、最終的にコア層３４を形成した後に上段クラッド３３を形成する点で異なる。
【０１９５】
図１５（ａ）に示すように、遮光層２１が形成された後、複数の画素７の配列において互いに隣接する画素７の受光部３間に設けられた遮光層２１に対して、下段クラッド３２を形成する工程が行われる。同じく図１５（ａ）に示すように、下段クラッド３２が形成された後、下段クラッド３２により受光部３に対応するように形成された開口部にコア層３４ｘを埋め込むコア層埋め込み工程が行われる。
【０１９６】
次に、図１５（ｂ）に示すように、下段クラッド３２およびコア層３４ｘ上に、最終的にコア層３４を形成する上層コア層３４ｚが成膜される。上層コア層３４ｚは、基本的には、下層部分であるコア層３４ｘと同じ材料および手法によって形成される。すなわち、上層コア層３４ｚは、例えばシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）等の、下段クラッド３２（クラッド層３１）の材料よりも高屈折率の材料が用いられ、ＣＶＤ法等により成膜される。ただし、コア層３４ｘに対して上層部分となる上層コア層３４ｚは、コア層３４ｘとは異なる材料および手法により形成されてもよい。このように上層コア層３４ｚを成膜する工程が、下段クラッド３２およびコア層３４ｘ上に、最終的に下層となるコア層３４ｘとともにコア層３４を形成する上層コア層３４ｚを成膜するコア層成膜工程に相当する。
【０１９７】
続いて、図１５（ｃ）に示すように、上層コア層３４ｚ上に、レジスト３６Ｃのパターンを形成するレジストパターニングが行われる。レジスト３６Ｃは、最終的なコア層３４の形状に対応して形成される。言い換えると、レジスト３６Ｃは、下段クラッド３２上に形成される上段クラッド３３の位置および幅に対応して、上段クラッド３３となる部分以外の部分にパターニングされる。レジスト３６Ｃのパターンは、フォトリソグラフィにより形成されたり、フォトリソグラフィとドライエッチングとの組み合わせによって形成されたりする。
【０１９８】
次に、図１５（ｄ）に示すように、エッチングガスを用いたドライエッチングにより、上層コア層３４ｚについて、レジスト３６Ｃに対応する部分以外の部分が部分的に除去される。ドライエッチングとしては、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）やプラズマエッチング（アッシング）等が行われる。このエッチングの工程が行われることで、上層コア層３４ｚが部分的に除去され、下段クラッド３２間の開口部に形成されたコア層３４ｘと、部分的に除去された後に残存する上層コア層３４ｚとにより、本実施形態の固体撮像素子１において導波路３０を構成するコア層３４が形成される。そして、このエッチングの工程が行われることで、コア層３４において、上段クラッド３３に対応する部分に開口部が形成された状態となる。
【０１９９】
このように、レジスト３６Ｃのパターンを形成するレジストパターニングを行う工程と、ドライエッチングにより上層コア層３４ｚを部分的に除去する工程とを含む工程が、上述したコア層成膜工程により成膜された上層コア層３４ｚのうち、上段クラッド３３に対応する部分を選択的に除去する工程に相当する。
【０２００】
そして、コア層３４が形成された後、図１５（ｅ）に示すように、コア層３４において上段クラッド３３に対応するように形成された開口部にクラッド層３３ａを埋め込む工程が行われる。クラッド層３３ａは、例えばＣＶＤ法により成膜される。
【０２０１】
このように、コア層３４において上段クラッド３３に対応するように形成された開口部にクラッド層３３ａを埋め込む工程が、上層コア層３４ｚの一部を選択的に除去する工程により上層コア層３４ｚに形成された開口部にクラッド層３３ａを埋め込み、上段クラッド３３を形成する工程に相当する。このようにコア層３４の開口部にクラッド層３３ａを埋め込む工程が行われることにより、下段クラッド３２上に上段クラッド３３が形成され、下段クラッド３２と上段クラッド３３とによって、本実施形態の固体撮像素子１において導波路３０を構成するクラッド層３１が形成される。
【０２０２】
本変形例の製造方法によれば、コア層３４の最終的な形状や膜厚等に関し、上述した製造方法において、上層コア層３４ｚを成膜する工程において（図１５（ｂ）参照）、上層コア層３４ｚの膜厚の調整により、最終的なコア層３４の高さを容易に高い精度で制御することができる。つまり、上層コア層３４ｚの膜厚は、最終的なコア層３４の高さに影響し、この上層コア層３４ｚの成膜工程においては、成膜される膜の高さ等から上層コア層３４ｚの膜厚を容易に正確に制御することができる。このようにコア層３４の高さを高精度に制御できることにより、導波路効果の高いコア層３４を形成することができる。
【０２０３】
また、本変形例の製造方法によれば、コア層３４を形成するための工程が、下段クラッド３２により形成される開口部にコア層３４ｘを埋め込む工程と、下段クラッド３２およびコア層３４ｘ上に上層コア層３４ｚを成膜する工程と、成膜した上層コア層３４ｚを選択的に除去する工程とに分けられている。ここで、成膜した上層コア層３４ｚを選択的に除去する工程は、レジスト３６Ｃのパターンを形成するレジストパターニングを行う工程と、ドライエッチングにより上層コア層３４ｚを部分的に除去する工程とに分けられる。このように、本変形例の製造方法においても、導波路３０を構成するコア層３４は、製造方法の面で下層部分となる第１のコア層３４ｘと、上層コア層３４ｚとの２層構造となっている。
【０２０４】
このように導波路３０を構成するコア層３４を２段に分けて形成することにより、コア層３４の形成を容易に行うことができる。そして、コア層３４を２段に分けて形成することから、コア層３４が高アスペクト比であっても、容易にコア層３４を形成することができる。つまり、本変形例の製造方法によれば、コア層３４について広い範囲のアスペクト比に対応することができる。
【０２０５】
（変形例５）
本実施形態の固体撮像素子１の製造方法の他の変形例について、図１６を用いて説明する。本変形例は、図１１を用いて説明した固体撮像素子１の製造方法との比較において、上段クラッド３３となるクラッド層を成膜する工程が、上段遮光層３５となる遮光層を成膜する工程の後に行われる点で異なる。つまり、この変形例の製造方法においては、上段クラッド３３となるクラッド層を成膜する工程と、上段クラッド３３を形成する工程との間に、上段遮光層３５となる遮光層を成膜する工程が行われる。
【０２０６】
この変形例の製造方法では、図１６（ａ）に示すように、遮光層２１が形成された後、複数の画素７の配列において互いに隣接する画素７の受光部３間に設けられた遮光層２１に対して、下段クラッド３２を形成する工程が行われる。同じく図１６（ａ）に示すように、下段クラッド３２が形成された後、下段クラッド３２により受光部３に対応するように形成された開口部にコア層３４ｘを埋め込む工程が行われる。
【０２０７】
次に、図１６（ｂ）に示すように、下段クラッド３２およびコア層３４ｘ上に、最終的に上段クラッド３３を形成するクラッド層３３ｓが成膜される。クラッド層３３ｓは、例えば、下段クラッド３２と同様に、ＴＥＯＳガスを用いたＣＶＤ法によりＢＰＳＧやシリコン酸化膜として形成されたり、バイアス高密度プラズマＣＶＤ法によりＳｉＯ２系のＣＶＤ膜として形成されたりする。このようにクラッド層３３ｓを成膜する工程が、下段クラッド３２およびコア層３４ｘ上に、上段クラッド３３となるクラッド層３３ｓを成膜する工程に相当する。
【０２０８】
続いて、図１６（ｂ）に示すように、クラッド層３３ｓ上に、最終的に上段遮光層３５となる遮光層３５ｓが成膜される。遮光層３５ｓの材料としては、例えば、Ｗ（タングステン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ａｇ（銀）、Ａｕ（金）、Ｒｕ（ルテニウム）、Ｔｉ（チタン）等のうちいずれか１種、あるいはこれらの金属のうち２種以上の金属を含む合金が用いられる。
【０２０９】
また、遮光層３５ｓの材料として、上述した製法における遮光層３５ｘの場合と同様に、カーボンブラックやチタンブラック等の黒色顔料を含有させた樹脂材料を用いることで、フレアを防止することができる。遮光層３５ｓを成膜する手法としては、スパッタリング法やＣＶＤ法等が用いられる。このようにして、上段遮光層３５となる遮光層３５ｓを成膜する工程が行われる。
【０２１０】
次に、図１６（ｃ）に示すように、遮光層３５ｓ上に、レジスト３６Ｄのパターンを形成するレジストパターニングが行われる。レジスト３６Ｄは、下段クラッド３２上に形成される上段クラッド３３の位置および幅に対応するようにパターニングされる。したがって、レジスト３６Ｄは、互いに隣接する画素７の受光部３間の境界に沿って設けられ、平面視で格子状に形成される。レジスト３６Ｄのパターンは、フォトリソグラフィにより形成されたり、フォトリソグラフィとドライエッチングとの組み合わせによって形成されたりする。
【０２１１】
次に、図１６（ｄ）に示すように、エッチングガスを用いたドライエッチングにより、遮光層３５ｓおよびクラッド層３３ｓについて、レジスト３６Ｄに対応する部分以外の部分が部分的に除去される。ドライエッチングとしては、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）や、プラズマエッチング（アッシング）等が行われる。
【０２１２】
このエッチングの工程が行われることで、遮光層３５ｓが部分的に除去され、上段遮光層３５が形成されるとともに、クラッド層３３ｓが部分的に除去され、上段クラッド３３が形成される。ここで、エッチングとして等方性エッチングを採用することにより、上述したように、プラズマエッチングが行われる場合におけるプラズマダメージを回避することができ、また、上段クラッド３３のテーパ形成が可能となるので、感度の向上を図ることができる。
【０２１３】
上段クラッド３３は、上段遮光層３５とともに、下段クラッド３２上に形成される。つまり、この変形例の製法によれば、上段クラッド３３と上段遮光層３５とが同時に形成される。上段クラッド３３は、下段クラッド３２と同様に各受光部３の周囲を囲むように形成され、下段クラッド３２上に上段クラッド３３および上段遮光層３５が形成されることにより、上段クラッド３３および上段遮光層３５によって各受光部３に対応するように開口部が形成される。
【０２１４】
以上のように、レジスト３６Ｄのパターニングを行う工程（図１６（ｃ）参照）と、遮光層３５ｓおよびクラッド層３３ｓを部分的にエッチング除去する工程（同図（ｄ）参照）とを含む工程が、クラッド層３３ｓを成膜する工程により成膜されたクラッド層３３ｓを選択的に除去し、上段クラッド３３を形成する工程に相当する。この変形例では、上段クラッド３３を形成する工程において、クラッド層３３ｓとともに遮光層３５ｓが選択的に除去され、上段クラッド３３と上段遮光層３５とが同時的に形成される。
【０２１５】
この変形例の製造方法においては、上段クラッド３３を形成する工程は、以下の第１工程および第２工程を含む。第１工程は、遮光層３５ｓを成膜する工程によりクラッド層３３ｓ上に成膜された遮光層３５ｓ上における上段クラッド３３に対応する位置にレジストパターンとしてのレジスト３６Ｄを形成する工程である（図１６（ｃ）参照）。第２工程は、レジスト３６Ｄにより形成されたレジストパターン上からのエッチングにより、遮光層３５ｓを成膜する工程により成膜された遮光層３５ｓ、およびクラッド層３３ｓを成膜する工程により成膜されたクラッド層３３ｓを選択的に除去する工程である。
【０２１６】
そして、上段クラッド３３および上段遮光層３５が形成された後、図１６（ｅ）に示すように、上段クラッド３３および上段遮光層３５により受光部３に対応するように形成された開口部にコア層３４ｙを埋め込む工程が行われる。このように、上段クラッド３３により受光部３に対応するように形成された開口部にコア層３４ｙを埋め込む工程が、この変形例における第２の埋め込み工程に相当する。なお、この変形例では、コア層３４ｙが埋め込まれる開口部は、上段クラッド３３に加え、この上段クラッド３３上に形成された上段遮光層３５を含む層構造により形成される。この第２の埋め込み工程が行われることにより、下段クラッド３２間の開口部に形成されたコア層３４ｘと、上段クラッド３３間の開口部に形成されたコア層３４ｙとにより、本実施形態の固体撮像素子１において導波路３０を構成するコア層３４が形成される。
【０２１７】
以上のような本変形例の製造方法によれば、上述したように、上段クラッド３３のアスペクト比の制御やクラッド高さの制御のもとで上段クラッド３３の設計を行うことが可能となるので、上段クラッド３３の寸法の最適値を実現することができる。また、導波路３０を構成するコア層３４が２段に分けて形成されることから、コア層３４について広い範囲のアスペクト比に対応することができる。また、この変形例の製造方法によれば、上段クラッド３３と上段遮光層３５とを同時に形成することができるので、製造工程の簡略化を図ることができる。また、この変形例の製造方法によれば、上段遮光層３５に対してセルフアラインで上段クラッド３３を形成することができるため、上段クラッド３３を形成する位置や形状について高い合わせ精度を実現することができ、良好な集光特性を得ることができる。また、この変形例の製造方法によれば、上段遮光層３５をハードマスクにして、クラッド層３１を形成するためのクラッド層３３ｓを加工することができるため、遮光層３５ｓ上にパターニングされるレジスト３６Ｄについてレジスト材料の選択の幅を広げることができる。
【０２１８】
また、この変形例の製造方法においては、次のような手法を採用することができる。図１６（ｂ）に示すような遮光層３５ｓを成膜する工程において、遮光層３５ｓの材料として例えばＷ（タングステン）やＡｌ（アルミニウム）等の配線材料を用いる。そして、固体撮像素子１において例えば撮像領域２の周辺に形成される周辺配線と同時に、遮光層３５ｓを形成する。
【０２１９】
このような手法を採用することにより、多数の画素７が配列される撮像領域２と、撮像領域２の周辺との段差を緩和することができる。これにより、上段遮光層３５の上層として形成されるコア層３４、パシベーション膜２４、平坦化膜２５、カラーフィルタ層２６、マイクロレンズ２８等について膜厚の均一性を向上することができ、画質等のムラ特性を改善することができる。
【０２２０】
［シミュレーション結果］
本実施形態の固体撮像素子１について、次のようなシミュレーション結果が得られている。このシミュレーションでは、シミュレーション条件として１．３４μｍセルのＣＣＤ固体撮像素子を用い、本実施形態に係る固体撮像素子１の構成による感度の向上度合いについて計測した。１．３４μｍのセルサイズ（画素７のサイズ）は、光の反射等といった導波路効果よりも光の速度の差に起因するレンズ効果の方が支配的となるサイズと言える。また、このシミュレーションは、図６に示すように、インナーレンズ２９を有する構成についてのものである。
【０２２１】
このシミュレーションでは、本実施形態に係る固体撮像素子１のように、導波路３０を構成するクラッド層３１について下段クラッド３２と上段クラッド３３とを有する構成（以下「実施構成」という。）と、図４に示す比較例のように、クラッド層３１の上段クラッド３３および上段遮光層３５を有しない構成（以下「比較構成」という。）との比較を行った。なお、実施構成としては、上述した変形例１のように、上段遮光層３５を有しない構成、つまり上段遮光層３５が透明膜３５Ａとされ上段クラッド３３の一部として設けられる場合の構成を採用した。
【０２２２】
このシミュレーションでは、実施構成によれば、比較構成に比べて感度が８％向上するという結果が得られた。このように、シミュレーションによっても、本実施形態の固体撮像素子１によれば、感度が向上するという結果が得られている。このシミュレーション結果は、上述したように導波路３０を構成するクラッド層３１の上部を上段クラッド３３として延伸させることにより、導波路効果とレンズ効果が高まり、集光特性が改善することを裏付ける。
【０２２３】
また、シミュレーションにより、固体撮像素子１の導波路３０によって集光される入射光について解析することで、上段クラッド３３の表面を光が反射することによって、上段クラッド３３の表面においてエヴァネッセント波が浸み込むことがわかっている。ここで、エヴァネッセント波とは、屈折率が互いに異なる２つの媒質の境界面において、屈折率の大きな媒質から屈折率の小さな媒質への入射光が全反射する際、屈折率の小さい媒質に浸透した電磁場から放出される電磁波である。
【０２２４】
図２に示すような本実施形態の固体撮像素子１においては、上述したように上段クラッド３３の表面において生じるエヴァネッセント波が上段クラッド３３から上段遮光層３５に達することで、上段遮光層３５で光が吸収され、感度損失が生じる場合がある。そこで、エヴァネッセント波が上段遮光層３５に達することを防止する観点からは、上段遮光層３５を囲む上段クラッド３３の層部分において比較的薄い部分となる、上段遮光層３５の左右両側（幅方向の両側）の側壁部分の膜厚（図５、符号Ｊ１参照）は、厚い方が好ましい。一方、上段遮光層３５の左右両側の上段クラッド３３の側壁部分の膜厚が厚くなると、上段クラッド３３間におけるコア層３４の幅が狭くなり、クラッド層３１における光の導入部分の開口が狭くなるので、感度が低下する。
【０２２５】
そこで、図２に示すように上段クラッド３３の内部に上段遮光層３５を配置する構成においては、上段遮光層３５の左右両側の上段クラッド３３の側壁部分の膜厚は、５０ｎｍ以上が望ましく、より望ましくは１００ｎｍ程度である。ただし、上段クラッド３３の幅は、上述したように下段クラッド３２の幅の範囲内で形成される。
【０２２６】
また、上段クラッド３３の高さ（上下方向の寸法）、つまり下段クラッド３２の上面３２ａから上段クラッド３３の上端までの寸法は、上述したような上段クラッド３３の側壁部分の膜厚に対して、２００ｎｍ以上が望ましく、より望ましくは３００ｎｍ程度である。ただし、上段クラッド３３の高さについては、インナーレンズ２９の有無によって、望ましい値が変化する。上段クラッド３３の高さの望ましい値については、インナーレンズを有しない構造よりもインナーレンズを有する構造の方が小さい値となる。
【０２２７】
以上のような上段クラッド３３の各部の寸法については、上段クラッド３３の形成に際して高い合わせ精度が必要となる。この点、上述したような本実施形態の固体撮像素子１の製造方法は、上段クラッド３３をセルフアラインで形成することができ、上段クラッド３３の形状や膜厚等について高い精度を実現することができるので、有効な手法である。
【０２２８】
［第２実施形態］
本技術の第２実施形態に係る固体撮像素子の構成について説明する。本実施形態は、本技術をＣＭＯＳ型の固体撮像素子に適用した場合の実施形態である。
【０２２９】
図１７に示すように、本実施形態の固体撮像素子５１は、いわゆる裏面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子である。固体撮像素子５１は、シリコン等の半導体により構成される半導体基板５２を有する。固体撮像素子５１は、半導体基板５２の平面視において、撮像領域５３と、撮像領域５３の周囲に設けられる周辺回路領域とを有する。周辺回路領域には、図示は省略するが、垂直方向および水平方向の各方向で画素を選択するための垂直走査回路および水平走査回路等が配置される。
【０２３０】
撮像領域５３は、半導体基板５２に設けられる画素領域であり、平面的に行列状に配置される複数の画素５４を有する。つまり、複数の画素５４は、矩形状の撮像領域５３に沿って、縦方向（垂直方向）・横方向（水平方向）に２次元行列状に配置される。撮像領域５３は、各画素５４における光電変換により信号電荷の生成、増幅、および読み出しを行う有効画素領域と、黒レベルの基準となる光学的黒を出力する光学的黒レベル領域とを有する。通常、光学的黒レベル領域は、有効画素領域の外周に形成される。
【０２３１】
画素５４は、受光部５５を構成するフォトダイオード５６と、ＭＯＳトランジスタ５７とを有する。フォトダイオード５６は、半導体基板５２の厚さ方向の全域にわたるように形成される。本実施形態では、フォトダイオード５６は、第１導電型としてのｎ型半導体領域５８と、半導体基板５２の表裏両面に臨むように形成される第２導電型としてのｐ型半導体領域５９とを有し、ｐｎ接合型のフォトダイオードとして構成される。フォトダイオード５６が有するｐ型半導体領域５９は、暗電流抑制のための正孔電荷蓄積領域を兼ねる。
【０２３２】
ＭＯＳトランジスタ５７は、図示せぬソース・ドレイン領域と、ゲート電極６０とを有する。ＭＯＳトランジスタ５７のソース・ドレイン領域は、半導体基板５２の一方の板面側である表面５２ａ側に形成されたｐ型半導体ウェル領域６１においてｎ型の領域として形成される。ゲート電極６０は、ＭＯＳトランジスタ５７のソース・ドレイン領域の両領域間における半導体基板５２の表面５２ａ上にゲート絶縁膜を介して形成される。このようにフォトダイオード５６およびＭＯＳトランジスタ５７からなる各画素５４は、素子分離領域６２により分離される。素子分離領域６２は、ｐ型半導体領域として形成され、接地される。
【０２３３】
半導体基板５２の表面５２ａ上には、積層配線層６３が設けられる。積層配線層６３は、層間絶縁膜６４を介して積層される複数の配線６５を有する。層間絶縁膜６４は、例えば、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）により形成されるシリコン酸化膜により構成される。複数の配線６５は、例えば互いに異なる金属により形成され、層間に形成されるプラグ等を介して互いに接続される。なお、本実施形態において半導体基板５２の一方の板面側に設けられる配線層は、複数の配線を有する積層配線層であるが、単層構造の配線層であってもよい。
【０２３４】
一方、半導体基板５２の他方の板面である裏面５２ｂ上には、反射防止膜として機能する絶縁膜６６が設けられている。絶縁膜６６は、互いに屈折率が異なる複数の膜が積層された積層構造を有する。本実施形態では、絶縁膜６６は、半導体基板５２側から積層されるシリコン酸化膜６７とハフニウム酸化膜６８とからなる２層構造を有する。
【０２３５】
絶縁膜６６上には、画素境界に、画素間遮光部としての遮光層７１が設けられている。遮光層７１は、絶縁膜６６上において、互いに隣接する画素５４間の境界線、つまり素子分離領域６２に沿って形成される。つまり、遮光層７１は、平面視において、略正方形状を有する画素５４に対して、その略正方形状の辺に沿うように、所定の線幅を有する線状の層部分として形成される。遮光層７１は、例えばタングステン（Ｗ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料により構成される。
【０２３６】
このように、遮光層７１は、半導体基板５２の入射光が入射する側にて、複数の画素５４の配列において互いに隣接する画素５４の受光部５５間（フォトダイオード５６間）に設けられる。したがって、遮光層７１は、互いに隣り合う受光部５５間の境界部分に沿って設けられ、平面視で格子状に形成される。
【０２３７】
撮像領域５３において、絶縁膜６６上には、入射光を受光部５５に集光するための導波路８０が設けられる。導波路８０は、クラッド層８１と、コア層８４とにより構成される。
【０２３８】
クラッド層８１は、受光部５５の配列に沿って設けられる遮光層７１を覆うように形成される。したがって、クラッド層８１においては、隣り合う画素境界の間に凹部が形成される。
【０２３９】
コア層８４は、クラッド層８１において形成される凹部を埋めるように設けられる。コア層８４は、クラッド層８１を構成する材料よりも高い屈折率を有する材料により構成される。例えば、クラッド層８１がシリコン酸化膜（ＳｉＯ２膜）で形成される場合、コア層８４は、シリコン酸化膜よりも屈折率が高い材料であるシリコン窒化膜（ＳｉＮ膜）やシリコン酸窒化膜（ＳｉＯＮ膜）やシリコン炭窒化膜（ＳｉＣＮ膜）等により形成される。
【０２４０】
導波路８０上には、カラーフィルタ層７２が形成される。カラーフィルタ層７２は、各画素５４に対応して設けられるカラーフィルタ７３に区分される。つまり、カラーフィルタ層７２は、各画素５４を構成するフォトダイオード５６ごとに複数のカラーフィルタ７３に区分される。本実施形態の固体撮像素子５１では、各カラーフィルタ７３は、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、および青色（Ｂ）のいずれかの色のフィルタ部分であり、各色の成分の光を透過させる。各色のカラーフィルタ７３は、いわゆるオンチップカラーフィルタであり、複数の画素５４の配列に従って形成される。
【０２４１】
カラーフィルタ層７２上には、複数のマイクロレンズ７４が設けられる。マイクロレンズ７４は、いわゆるオンチップマイクロレンズであり、画素５４を構成するフォトダイオード５６に対応して、画素５４ごとに形成される。したがって、複数のマイクロレンズ７４は、画素５４と同様に平面的に行列状に配置される。マイクロレンズ７４は、外部からの入射光を、対応する画素５４のフォトダイオード５６に集光する。本実施形態では、マイクロレンズ７４は、例えば、ＳｉＮ（窒化シリコン）等の無機材料により構成される。
【０２４２】
［導波路の構造］
本実施形態の固体撮像素子５１が備える導波路８０の構造について詳細に説明する。本実施形態の固体撮像素子５１が備える導波路８０は、第１実施形態の固体撮像素子１が備える導波路３０と同様の構成を有する。したがって、以下の説明では、第１実施形態の固体撮像素子１が備える導波路３０の構造と重複する部分については適宜説明を省略する。
【０２４３】
導波路８０は、コア層８４とともに導波路８０を構成するクラッド層８１の上部を延伸させた構造を有する。つまり、導波路８０のクラッド層８１は、基礎の部分となる下層と、この下層から上向きに延伸した部分である上層とにより、２層に積み上げられた構造を有する。
【０２４４】
図１７に示すように、クラッド層８１は、下段クラッド８２と、上段クラッド８３とを有する。下段クラッド８２は、受光部５５の配列に沿って設けられる遮光層７１を覆う下層部分である。上段クラッド８３は、下段クラッド８２の上側に設けられる上層部分である。なお、本実施形態の固体撮像素子５１においては、半導体基板５２の表面５２ａ側を下側とし、その反対側である裏面５２ｂ側を上側とする。
【０２４５】
下段クラッド８２および上段クラッド８３は、コア層８４を構成する材料よりも低い屈折率を有する材料により構成される。図１７に示すように、下段クラッド８２は、断面視で略矩形状ないし下側を底辺側とする台形状を有する。下段クラッド８２は、クラッド層８１の土台の部分を構成する。このため、下段クラッド８２は、互いに隣接する画素５４の受光部５５間の境界に沿って設けられ、平面視で格子状に形成され、上記のとおり遮光層７１を上側から覆う。
【０２４６】
上段クラッド８３は、下段クラッド８２の上側において、下段クラッド８２に沿って設けられる。このため、上段クラッド８３は、下段クラッド８２と同様に、互いに隣接する画素５４の受光部５５間の境界に沿って設けられ、平面視で格子状に形成される。
【０２４７】
上段クラッド８３は、基本的には下段クラッド８２に対して幅狭の部分として設けられる。つまり、上段クラッド８３は、下段クラッド８２の上面８２ａから突出する態様で形成される。ただし、上段クラッド８３は、下段クラッド８２の幅、詳しくは下段クラッド８２の上面８２ａの幅の範囲内で形成されればよい。
【０２４８】
このように、本実施形態の固体撮像素子５１においては、クラッド層８１を構成する下段クラッド８２が、遮光層７１を入射光が入射する側（上側）から覆い、複数の画素５４の配列において互いに隣り合う受光部５５間の境界に沿って設けられる第１のクラッド層に対応する。また、同じくクラッド層８１を構成する上段クラッド８３が、下段クラッド８２上に、下段クラッド８２の幅の範囲内で、下段クラッド８２に沿って設けられる第２のクラッド層に対応する。
【０２４９】
下段クラッド８２および上段クラッド８３により構成されるクラッド層８１においては、隣り合う画素間境界の間に凹部が形成される。つまり、クラッド層８１が互いに隣り合う受光部５５間の境界に沿って設けられることで、受光部５５の周囲はクラッド層８１により囲まれ、各受光部５５に対してクラッド層８１により上側に開口する開口部が形成される。
【０２５０】
このようにクラッド層８１によって形成される開口部を埋めるように、コア層８４が設けられる。コア層８４は、下段クラッド８２および上段クラッド８３を構成する材料よりも屈折率が高い材料により構成される。このように、コア層８４は、下段クラッド８２および上段クラッド８３により形成される開口部を埋めるように設けられ、下段クラッド８２および上段クラッド８３を構成する材料よりも高い屈折率の材料からなる。
【０２５１】
また、本実施形態の固体撮像素子５１は、遮光層７１を下段遮光層とした場合に上段に位置する上段遮光層８５を備える。つまり、上段遮光層８５は、遮光層７１に対して上方に位置し、遮光層７１に沿うように設けられる。上段遮光層８５は、クラッド層８１を構成する上段クラッド８３の内部に設けられる。言い換えると、上段遮光層８５は、上段クラッド８３により覆われた状態で設けられる。上段遮光層８５は、図１７に示す断面視で矩形状となる形状を有し、遮光層７１と同様に、互いに隣接する画素５４の受光部５５間の境界に沿って設けられ、平面視で格子状に形成される。
【０２５２】
上段遮光層８５は、遮光層７１と同様に、例えばタングステン（Ｗ）やアルミニウム（Ａｌ）等の金属材料により構成される。ただし、上段遮光層８５を構成する材料は、遮光層７１と異なってもよい。このように、本実施形態の固体撮像素子５１においては、上段遮光層８５が、上段クラッド８３の内部に設けられ、互いに隣り合う受光部５５間の境界に沿って配される遮光部に対応する。
【０２５３】
また、上段遮光層８５を構成する材料として、カーボンブラックやチタンブラック等の黒色顔料を含有させた樹脂材料を用いることができる。このように、上段遮光層８５の材料としてカーボンブラック等の黒色顔料を含有させた材料を用いることにより、いわゆるフレアを防止することができる。
【０２５４】
本実施形態の固体撮像素子５１によっても、上述したＣＣＤ型の固体撮像素子１と同様の効果を得ることができる。すなわち、本実施形態の固体撮像素子５１によれば、各画素５４の受光部５５に対して入射光を集光するための導波路８０を備える構成において、集光特性を向上させることができる。つまり、本実施形態の固体撮像素子５１によれば、導波路８０を構成するクラッド層８１の上部を上段クラッド８３として延伸させることにより、導波路効果とレンズ効果が高まり、集光特性が改善される。これにより、固体撮像素子における画素微細化に容易に対応することができる。
【０２５５】
また、本実施形態の固体撮像素子５１においても、第１実施形態と同様に、上段遮光層８５の代わりに透明膜を用いることができる。これにより、上段遮光層８５が入射光を吸収することによる感度の低下を防ぐことができる。
【０２５６】
また、本実施形態の固体撮像素子５１においても、第１実施形態と同様に、上段遮光層８５を配線として機能させ、上段遮光層８５を受光部５５にコンタクトさせる構成を採用することができる。これにより、上段遮光層８５によって負バイアスの電圧を印加することにより、いわゆるピニングを強化することができる。
【０２５７】
また、本実施形態の固体撮像素子５１においても、第１実施形態と同様に、導波路８０のクラッド層８１を構成する上段クラッド８３の配置について、いわゆる瞳補正を施すことができる。これにより、シェーディングを改善することができる。
【０２５８】
［固体撮像素子の製造方法］
本実施形態の固体撮像素子５１が備える導波路８０は、第１実施形態の固体撮像素子１の製造方法と同様の手法によって形成することができ、同様の効果を得ることができる。
【０２５９】
本実施形態の固体撮像素子５１の製造方法について、図１８を用いて概略的に説明する。固体撮像素子５１の製造工程においては、絶縁膜６６上に遮光層７１が形成された後、図１８（ａ）に示すように、複数の画素５４の配列において互いに隣接する画素５４の受光部５５間に設けられた遮光層７１に対して、下段クラッド８２を形成する工程が行われる。
【０２６０】
そして、図１８（ａ）に示すように、下段クラッド８２により受光部５５に対応するように形成された開口部にコア層８４ｘを埋め込む工程が行われる。このように、下段クラッド８２の間にコア層８４ｘを埋め込む工程が、本実施形態での第１の埋め込み工程に相当する。
【０２６１】
次に、図１８（ｂ）に示すように、下段クラッド８２およびコア層８４ｘ上に、最終的に上段遮光層８５となる遮光層８５ｘが成膜される。遮光層８５ｘの材料としては、例えば、Ｗ（タングステン）やＡｌ（アルミニウム）等が用いられる。また、遮光層８５ｘの材料として、カーボンブラックやチタンブラック等の黒色顔料を含有させた樹脂材料を用いることにより、固体撮像素子５１において生じるフレアを防止することができる。このようにして、上段遮光層８５となる遮光層８５ｘを成膜する工程が行われる。
【０２６２】
続いて、図１８（ｂ）に示すように、遮光層８５ｘ上に、最終的に上段クラッド８３の一部分を形成するクラッド層８３ｘが成膜される。このように、クラッド層８３ｘを成膜する工程が、下段クラッド８２およびコア層８４ｘ上に、遮光層８５ｘを介して、上段クラッド８３となるクラッド層８３ｘを成膜する工程に相当する。
【０２６３】
次に、図１８（ｃ）に示すように、クラッド層８３ｘ上に、レジスト８６のパターンを形成するレジストパターニングが行われる。レジスト８６は、遮光層８５ｘによって形成される上段遮光層８５に対応するようにパターニングされる。
【０２６４】
次に、図１８（ｄ）に示すように、ドライエッチングにより、クラッド層８３ｘおよび遮光層８５ｘについて、レジスト８６に対応する部分以外の部分が部分的に除去される。このエッチングの工程が行われることで、クラッド層８３ｘが部分的に除去され、上段クラッド８３の一部分となるクラッド層８３ｘの一部が残存するとともに、遮光層８５ｘが部分的に除去され、上段遮光層８５が形成される。
【０２６５】
続いて、エッチングによって形成された上段遮光層８５および残存するクラッド層８３ｘに対して、最終的に上段クラッド８３の一部分を形成するクラッド層８３ｙが成膜される（図１８（ｅ）参照）。
【０２６６】
次に、図１８（ｅ）に示すように、ドライエッチングにより全面エッチバックすることで、クラッド層８３ｙについて、コア層８４ｘの表面８７ｃ上に形成された部分が除去されるとともに、上段遮光層８５およびクラッド層８３ｘの両側の側面８７ａおよびクラッド層８３ｘの上面８７ｂに形成された部分の一部が除去され、上段クラッド８３が形成される。このようにクラッド層８３ｙを部分的に除去するエッチングが行われることにより、図１８（ｅ）に示すように、上段遮光層８５上に存在するクラッド層８３ｘと、上段遮光層８５およびクラッド層８３ｘの両側の側面８７ａおよびクラッド層８３ｘの上面８７ｂに残存するクラッド層８３ｙとによって、上段クラッド８３が形成される。
【０２６７】
以上のように、レジスト８６のパターニングを行う工程（図１８（ｃ）参照）と、クラッド層８３ｘおよび遮光層８５ｘを部分的にエッチング除去する工程（同図（ｄ）参照）と、クラッド層８３ｙを成膜する工程と、クラッド層８３ｙに対する全面エッチバックを行う工程（同図（ｅ）参照）とを含む工程が、クラッド層８３ｘを成膜する工程により成膜されたクラッド層８３ｘを選択的に除去し、上段クラッド８３を形成する工程に相当する。
【０２６８】
そして、上段クラッド８３が形成された後、図１８（ｆ）に示すように、上段クラッド８３により受光部５５に対応するように形成された開口部にコア層５４ｙを埋め込む工程が行われる。このように、上段クラッド８３により受光部５５に対応するように形成された開口部にコア層８４ｙを埋め込む工程が、本実施形態での第２の埋め込み工程に相当する。この第２の埋め込み工程が行われることにより、下段クラッド８２間の開口部に形成されたコア層８４ｘと、上段クラッド８３間の開口部に形成されたコア層８４ｙとにより、本実施形態の固体撮像素子５１において導波路８０を構成するコア層８４が形成される。
【０２６９】
以上のようにして、固体撮像素子５１が備える導波路８０が形成される。導波路８０が形成された後は、導波路８０上に、カラーフィルタ層７２、マイクロレンズ７４が順に形成され、目的の固体撮像素子５１が得られる（図１７参照）。
【０２７０】
なお、クラッド層８１に上段遮光層８５が配置されない構成についても、第１実施形態の固体撮像素子１の製造方法と同様の手法によって形成することができ（図１３等参照）、同様の効果を得ることができる。このため、クラッド層８１に上段遮光層８５が配置されない構成の場合については説明を省略する。
【０２７１】
［電子機器の構成例］
上述した実施形態に係る固体撮像素子は、例えば、いわゆるデジタルカメラと称されるデジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、撮像機能を有する携帯電話器その他の機器等、各種の電子機器に適用される。以下では、上述した実施形態に係る固体撮像素子を備える電子機器の一例であるビデオカメラ１００について、図１９を用いて説明する。
【０２７２】
ビデオカメラ１００は、静止画像または動画の撮影を行うものである。ビデオカメラ１００は、上述した実施形態に係る固体撮像素子１０１と、光学系１０２と、シャッタ装置１０３と、駆動回路１０４と、信号処理回路１０５とを有する。
【０２７３】
光学系１０２は、例えば一または複数の光学レンズを有する光学レンズ系として構成されるものであり、固体撮像素子１０１の受光部（受光部３、５５）に入射光を導く。光学系１０２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像素子１０１の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像素子１０１内に、一定期間信号電荷が蓄積される。シャッタ装置１０３は、固体撮像素子１０１への光照射期間および遮光期間を制御するための構成である。
【０２７４】
駆動回路１０４は、固体撮像素子１０１を駆動させる。駆動回路１０４は、固体撮像素子１０１を所定のタイミングで駆動するための駆動信号（タイミング信号）を生成し、固体撮像素子１０１に供給する。駆動回路１０４から固体撮像素子１０１に供給される駆動信号により、固体撮像素子１０１の信号電極の転送動作等が制御される。つまり、固体撮像素子１０１は、駆動回路１０４から供給される駆動信号により、信号電荷の転送動作等を行う。
【０２７５】
駆動回路１０４は、固体撮像素子１０１を駆動するための駆動信号として各種のパルス信号を生成する機能と、生成したパルス信号を、固体撮像素子１０１を駆動するためのドライブパルスに変換するドライバとしての機能とを有する。駆動回路１０４は、シャッタ装置１０３の動作を制御するための駆動信号の生成・供給も行う。
【０２７６】
信号処理回路１０５は、各種の信号処理を行う機能を有し、固体撮像素子１０１の出力信号を処理する。信号処理回路１０５は、入力された信号を処理することで、映像信号を出力する。信号処理回路１０５から出力された映像信号は、メモリ等の記憶媒体に記憶されたり、モニタに出力されたりする。なお、ビデオカメラ１００は、駆動回路１０４等に電源を供給するバッテリ等の電源部、撮像により生成した映像信号等を記憶する記憶部、装置全体を制御する制御部等を有する。
【０２７７】
なお、本実施形態のビデオカメラ１００は、固体撮像素子１０１と、光学系１０２と、シャッタ装置１０３と、駆動回路１０４と、信号処理回路１０５とがモジュール化されたカメラモジュールあるいは撮像機能モジュールの形態も含む。
【０２７８】
以上のような構成を備える本実施形態の固体撮像素子１０１を有するビデオカメラ１００によれば、固体撮像素子１０１の各画素の受光部に対して入射光を集光するための導波路を備える構成において、集光特性を向上させることができる。
【０２７９】
なお、本技術は、以下のような構成を取ることができる。
（１）半導体基板上の撮像領域に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する受光部を有する複数の画素と、前記半導体基板の前記入射光が入射する側にて、前記複数の画素の配列において互いに隣接する画素の前記受光部間に設けられる遮光層と、前記遮光層を前記入射光が入射する側から覆い、前記受光部間の境界に沿って設けられる第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に、前記第１のクラッド層の幅の範囲内で、前記第１のクラッド層に沿って設けられる第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層により形成される開口部を埋めるように設けられ、前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層を構成する材料よりも高い屈折率の材料からなるコア層と、を備える、固体撮像素子。
【０２８０】
（２）前記第２のクラッド層の内部に設けられ、前記受光部間の境界に沿って配される遮光部をさらに備える、前記（１）に記載の固体撮像素子。
【０２８１】
（３）前記第２のクラッド層は、少なくとも前記第１のクラッド層の幅方向について、前記第１のクラッド層の中心位置に対するずれ量が前記撮像領域の中央部から前記撮像領域の周辺部にかけて大きくなるように設けられている、前記（１）または前記（２）に記載の固体撮像素子。
【０２８２】
（４）半導体基板上の撮像領域に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する受光部を有する複数の画素の配列において互いに隣接する画素の前記受光部間に設けられた遮光層に対して、前記遮光層を前記入射光が入射する側から覆い、前記受光部間の境界に沿って設けられる第１のクラッド層を形成する工程と、前記第１のクラッド層により前記受光部に対応するように形成された開口部にコア層を埋め込む第１の埋め込み工程と、前記第１のクラッド層および前記コア層上に、前記第１のクラッド層上にて、前記第１のクラッド層の幅の範囲内で、前記第１のクラッド層に沿って設けられる第２のクラッド層となるクラッド層を成膜する工程と、前記クラッド層を成膜する工程により成膜された前記クラッド層を選択的に除去し、前記第２のクラッド層を形成する工程と、前記第２のクラッド層により前記受光部に対応するように形成された開口部にコア層を埋め込む第２の埋め込み工程と、を含む、固体撮像素子の製造方法。
【０２８３】
（５）前記第１の埋め込み工程と、前記クラッド層を成膜する工程との間に、前記第２のクラッド層の内部に設けられ、前記受光部間の境界に沿って配される遮光部となる遮光層を成膜する工程を有する、前記（４）に記載の固体撮像素子の製造方法。
【０２８４】
（６）前記第２のクラッド層を形成する工程は、前記クラッド層を成膜する工程により成膜された前記クラッド層上における前記遮光部に対応する位置にレジストパターンを形成する第１工程と、前記レジストパターン上からのエッチングにより、前記クラッド層を成膜する工程により成膜された前記クラッド層、および前記遮光層を成膜する工程により成膜された前記遮光層を選択的に除去する第２工程と、前記第２工程が行われた後に残存する前記クラッド層および前記遮光層上にクラッド層を成膜する第３工程と、前記第３工程により成膜されたクラッド層を全面的なエッチングにより部分的に除去することで、前記第２のクラッド層を形成する第４工程と、を含む、前記（５）に記載の固体撮像素子の製造方法。
【０２８５】
（７）前記第２の工程で行われるエッチングは、等方性エッチングである、前記（６）に記載の固体撮像素子の製造方法。
【０２８６】
（８）前記クラッド層を成膜する工程と、前記第２のクラッド層を形成する工程との間に、前記第１のクラッド層上に設けられ、前記受光部間の境界に沿って配される遮光部となる遮光層を成膜する工程を有する、前記（４）に記載の固体撮像素子の製造方法。
【０２８７】
（９）前記第２のクラッド層を形成する工程は、前記遮光層を成膜する工程により成膜された前記遮光層上における前記第２のクラッド層に対応する位置にレジストパターンを形成する第１工程と、前記レジストパターン上からのエッチングにより、前記遮光層を成膜する工程により成膜された前記遮光層、および前記クラッド層を成膜する工程により成膜された前記クラッド層を選択的に除去する第２工程と、を含む、前記（８）に記載の固体撮像素子の製造方法。
【０２８８】
（１０）前記第２の工程で行われるエッチングは、等方性エッチングである、前記（９）に記載の固体撮像素子の製造方法。
【０２８９】
（１１）半導体基板上の撮像領域に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する受光部を有する複数の画素の配列において互いに隣接する画素の前記受光部間に設けられた遮光層に対して、前記遮光層を前記入射光が入射する側から覆い、前記受光部間の境界に沿って設けられる第１のクラッド層を形成する工程と、前記第１のクラッド層により前記受光部に対応するように形成された開口部にコア層を埋め込むコア層埋め込み工程と、前記第１のクラッド層および前記コア層上に、コア層を成膜するコア層成膜工程と、前記コア層成膜工程により成膜されたコア層のうち、前記第１のクラッド層上にて、前記第１のクラッド層の幅の範囲内で、前記第１のクラッド層に沿って設けられる第２のクラッド層に対応する部分を選択的に除去する工程と、前記選択的に除去する工程によりコア層に形成された開口部にクラッド層を埋め込み、前記第２のクラッド層を形成する工程と、を含む、固体撮像素子の製造方法。
【０２９０】
（１２）固体撮像素子と、前記固体撮像素子の受光部に入射光を導く光学系と、前記固体撮像素子を駆動するための駆動信号を生成する駆動回路と、前記固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路と、を有し、前記固体撮像素子は、半導体基板上の撮像領域に配列され、入射光を光電変換して得た信号電荷を蓄積する受光部を有する複数の画素と、前記半導体基板の前記入射光が入射する側にて、前記複数の画素の配列において互いに隣接する画素の前記受光部間に設けられる遮光層と、前記遮光層を前記入射光が入射する側から覆い、前記受光部間の境界に沿って設けられる第１のクラッド層と、前記第１のクラッド層上に、前記第１のクラッド層の幅の範囲内で、前記第１のクラッド層に沿って設けられる第２のクラッド層と、前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層により形成される開口部を埋めるように設けられ、前記第１のクラッド層および前記第２のクラッド層を構成する材料よりも高い屈折率の材料からなるコア層と、を備える、電子機器。
【符号の説明】
【０２９１】
１      固体撮像素子
２      撮像領域
３      受光部
１１    半導体基板
２１    遮光層
３０    導波路
３１    クラッド層
３２    下段クラッド（第１のクラッド層）
３３    上段クラッド（第２のクラッド層）
３４    コア層
３５    上段遮光層（遮光部）
５１    固体撮像素子
５２    半導体基板
５３    撮像領域
５４    画素
５５    受光部
７１    遮光層
８０    導波路
８１    クラッド層
８２    下段クラッド（第１のクラッド層）
８３    上段クラッド（第２のクラッド層）
８４    コア層（遮光部）
８５    上段遮光層
１００  ビデオカメラ（電子機器）
１０１  固体撮像素子
１０２  光学系
１０４  駆動回路
１０５  信号処理回路
【図１】
2013038383.tif 000003
【図２】
2013038383.tif 000004
【図３】
2013038383.tif 000005
【図４】
2013038383.tif 000006
【図５】
2013038383.tif 000007
【図６】
2013038383.tif 000008
【図７】
2013038383.tif 000009
【図８】
2013038383.tif 000010
【図９】
2013038383.tif 000011
【図１０】
2013038383.tif 000012
【図１１】
2013038383.tif 000013
【図１２】
2013038383.tif 000014
【図１３】
2013038383.tif 000015
【図１４】
2013038383.tif 000016
【図１５】
2013038383.tif 000017
【図１６】
2013038383.tif 000018
【図１７】
2013038383.tif 000019
【図１８】
2013038383.tif 000020
【図１９】
2013038383.tif 000021