(57)【要約】【課題】入射光の一部を遮光する焦点検出用画素であっても、感度低下を抑制し隣接画素間の偽信号を低減する固体撮像装置を提供する。【解決手段】複数の画素２０１、２１１Ｌ、２１１Ｒは、入射光の一部を遮る遮光部材２１２を備えることで受光入射角度を異ならせる第１の画素２１１Ｌ、２１１Ｒと、遮光部材２１２を備えずに受光入射角度を異ならせない第２の画素２０１とを有し、画素のそれぞれは、フォトダイオード３０２と、絶縁膜３０４と、絶縁膜３０４よりも高い屈折率を有するコア層（高屈折絶縁膜３０９）とを備え、絶縁膜３０４のうちコア層と半導体基板３０１から同じ高さに位置する部分をクラッド層として、コア層は、クラッド層での入射光の反射により光を導く光導波路を形成し、第１の画素のコア層の底面は遮光部材２１２に接する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元状に配置された複数の画素を有する固体撮像装置であって、
前記複数の画素は、
入射光の一部を遮る遮光部材を備えることで受光入射角度を異ならせる第１の画素と、
前記遮光部材を備えずに受光入射角度を異ならせない第２の画素とを有し、
前記複数の画素のそれぞれは、
半導体基板に形成されたフォトダイオードと、
前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、
前記フォトダイオードの上方において前記絶縁膜に形成された凹部に形成され、前記絶縁膜よりも高い屈折率を有するコア層（３０９）とを備え、
前記絶縁膜のうち前記コア層と前記半導体基板から同じ高さに位置する部分をクラッド層として、前記コア層は、前記クラッド層での前記入射光の反射により光を導く光導波路を形成し、
前記第１の画素のコア層の底面は、前記遮光部材に接する
固体撮像装置。
【請求項２】
前記遮光部材は、金属配線層に形成された金属膜である
請求項１に記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記遮光部材が形成される前記金属配線層は、複数の金属配線層のうち前記半導体基板に最も近い金属配線層である
請求項２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記半導体基板表面から、前記遮光部材が形成される前記金属配線層と、前記コア層との界面の高さに、前記クラッド層よりも高い屈折率を有するライナー膜を備える
請求項２または３に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記半導体基板表面から前記第１の画素の前記コア層の底面までの距離は、前記半導体基板表面から前記第２の画素の前記コア層の底面までの距離と異なる
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記複数の画素のそれぞれは、カラーフィルタ層を有し、
前記半導体基板表面から前記第２の画素の前記コア層の底面までの距離は、前記カラーフィルタの色毎に異なる
請求項５に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記クラッド層は、酸化シリコンにより形成され、
前記コア層は、前記酸化シリコンよりも高い屈折率を有する窒化シリコンにより形成される
請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光電変換部等の受光部を備えた固体撮像装置、詳しくは、１つの固体撮像装置で異なる受光入射角で撮像された画像信号を生成することのできる固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラや電子スチルカメラ等の撮像装置が広く一般に普及している。これらのカメラには、ＣＣＤやＭＯＳセンサなどの固体撮像装置が使用されている。
【０００３】
一般に、ＭＯＳセンサでは、例えば、受光面において２次元マトリクス状に並べられた画素ごとにフォトダイオードが設けられ、受光時に各フォトダイオードに発生及び蓄積される信号電荷をＣＭＯＳ回路の駆動でフローティングディフュージョンに転送し、信号電荷を信号電圧に変換して読み取る構成となっている。
【０００４】
上記のようなＣＭＯＳセンサなどの固体撮像装置は、例えば、半導体基板に上述のフォトダイオードが形成されており、その上層を被覆して酸化シリコンなどの絶縁膜が形成されており、フォトダイオードへの光の入射を妨げないようにフォトダイオード領域を除く領域において絶縁膜中に配線層が形成された構成となっている。
【０００５】
ところで、カメラなどの撮像装置では、自動焦点調節を実現するため、撮影レンズの焦点調節状態を検出する必要がある。従来は、固体撮像装置とは別個に焦点検出素子が設けられていた。しかし、その場合には、焦点検出素子やこれに光を導く焦点検出用の光学系の分だけコストが増大したり装置が大型になったりする。
【０００６】
そこで、近年、焦点検出方式としていわゆる瞳分割位相差方式（瞳分割方式、または位相差方式などと呼ばれる場合もある）を採用しつつ、焦点検出素子としても用いることができるように構成した固体撮像装置が提案されている。瞳分割位相差方式は、撮影レンズの通過光束を瞳分割して一対の分割像を形成し、そのパターンずれ（位相シフト量）を検出することで、撮影レンズのデフォーカス量を検出するものである。被写体を示す画像信号を形成するための撮像用信号を出力する撮像用画素とは別に、焦点調節状態を検出するための焦点検出信号を生成する焦点検出用画素を複数配置する。
【０００７】
特許文献１には、撮影レンズの通過光束を瞳分割して一対の分割像を形成する焦点検出用画素として、オンチップレンズとフォトダイオードとの間にアルミやタングステンなどの金属を用いた遮光部が設けられた固体撮像装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−７９９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、素子の微細化により受光面の面積が縮小されてきており、これに伴って入射光率が低下して感度が悪化するという問題がある。これは上記のような固体撮像装置の入射光の一部を遮光する焦点検出用画素においては、出力低下が顕著で深刻な課題である。
【００１０】
また、素子の微細化により画素間の距離が縮小されてきており、これに伴って隣接画素への漏れこみが増加するという問題がある。これは上記のような固体撮像装置の入射光の一部を遮光する焦点検出用画素においては、隣接画素への偽信号や、隣接画素からの偽信号により検出精度が低下するという課題となる。
【００１１】
本開示は、このような事情に鑑みてなされたもので、入射光の一部を遮光する焦点検出用画素であっても、感度低下を抑制し、隣接画素間の偽信号を低減する固体撮像装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため本開示における固体撮像装置は、２次元状に配置された複数の画素を有する固体撮像装置であって、前記複数の画素は、入射光の一部を遮る遮光部材を備えることで受光入射角度を異ならせる第１の画素と、前記遮光部材を備えずに受光入射角度を異ならせない第２の画素とを有し、前記複数の画素のそれぞれは、半導体基板に形成されたフォトダイオードと、前記半導体基板上に形成された絶縁膜と、前記フォトダイオードの上方部分において前記絶縁膜に形成された凹部に埋め込まれて形成され、前記絶縁膜よりも高い屈折率を有するコア層とを備え、前記絶縁膜のうち前記コア層と前記半導体基板から同じ高さに位置する部分をクラッド層として、前記コア層は、前記クラッド層での前記入射光の反射により光を導く光導波路を形成し、前記第１の画素のコア層の底面は、前記遮光部材に接する。
【００１３】
この構成によれば、入射光の一部を遮光する焦点検出用画素であっても、感度低下を抑制し、隣接画素間の偽信号を低減することができる。具体的には、光導波路がない場合に比べて、光の減衰による感度低下と隣接画素との混色を低減できる。さらに、コア層の底面と遮光部材とが接していることから、コア層と遮光部材との間に絶縁膜が介在する場合に比べて隣接画素への漏れこみによる偽信号を低減し、本来遮光すべき光の自画素への漏れこみを低減できる。
【００１４】
ここで、前記遮光部材は、金属配線層に形成された金属膜であってもよい。
【００１５】
この構成によれば、遮光部材が金属膜であることによって高い遮光性を確保でき、しかも、遮光部材は金属配線層を形成するプロセスで金属配線と同時に形成できるので製造コストの上昇を抑えることができる。
【００１６】
ここで、前記遮光部材が形成される前記金属配線層は、複数の金属配線層のうち前記半導体基板に最も近い金属配線層であってもよい。
【００１７】
この構成によれば、半導体基板に最も近い金属配線層以外の金属配線層を用いた場合に比べて、感度低下が少なく、隣接画素への漏れこみを低減できる。
【００１８】
ここで、前記半導体基板表面から、前記遮光部材が形成される前記金属配線層と、前記コア層との界面の高さに、前記クラッド層よりも高い屈折率を有するライナー膜を備えていてもよい。
【００１９】
この場合でもコア層底面が遮光部材との間にクラッド層が存在する場合に比べて隣接画素への漏れこみを低減できる。
【００２０】
ここで、前記第１の画素の前記コア層の底面は、前記第２の画素の前記コア層の底面と、前記半導体基板表面からの距離が異なっていてもよい。
【００２１】
この構成によれば、第２の画素の感度低下をさらに低減できる。
【００２２】
ここで、前記複数の画素のそれぞれは、カラーフィルタ層を有し、前記第２の画素の前記コア層の底面の前記半導体基板表面からの距離は、前記カラーフィルタの色毎に異なっていてもよい。
【００２３】
この構成によれば、コア層の底面と半導体基板表面からの高さ（距離）を、受光する光の波長（色）により光の反射を最小化する膜厚に最適化できるので、入射される光の感度低下を波長毎に低減でき、画質低下を軽減することができる。
【００２４】
ここで、前記コア層は、前記酸化シリコンよりも高い屈折率を有する窒化シリコンにより形成されてもよい。
【００２５】
この構成によれば、特別な材料と使用することなく通常のプロセスで製造することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本開示における固体撮像装置によれば、焦点検出用画素の微細化による、光の回折と減衰による感度低下と隣接画素間の偽信号を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像装置（１４×１４画素）の例の例を示す平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る焦点検出用画素の模式断面図である。
【図３】遮光部材と、光導波路（コア層）の底面である高屈折絶縁膜の底面が接することなく離れた場合の焦点検出用画素の模式断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係る（ａ）撮像用画素および（ｂ）焦点検出用画素の模式断面図である。
【図５】第２の実施形態に係る撮像用画素の反射率と光導波路底面の高さとの依存性を示す図である。
【図６Ａ】第２の実施の形態に係る固体撮像装置の光導波路を形成する製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【図６Ｂ】第２の実施の形態に係る固体撮像装置の光導波路を形成する製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【図６Ｃ】第２の実施の形態に係る固体撮像装置の光導波路を形成する製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【図６Ｄ】第２の実施の形態に係る固体撮像装置の光導波路を形成する製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【図６Ｅ】第２の実施の形態に係る固体撮像装置の光導波路を形成する製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【図６Ｆ】第２の実施の形態に係る固体撮像装置の光導波路を形成する製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【図６Ｇ】第２の実施の形態に係る固体撮像装置の光導波路を形成する製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【図６Ｈ】第２の実施の形態に係る固体撮像装置の光導波路を形成する製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、各実施形態に係る固体撮像装置について、ＭＯＳイメージセンサ（ＣＭＯＳイメージセンサ）を例として図面を参照しながら説明する。
【００２９】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置（１４×１４画素）の例を示す平面図である。実際の固体撮像装置では数百万画素の規模で、この配列で規則正しく配置して使用している。画素サイズは２．０μｍ以下であり、本実施例では１．１μｍである。
【００３０】
この固体撮像装置は、２次元状に配置された複数の画素を有する。複数の画素は、撮像用画素２０１と、焦点検出用画素２１１Ｌ、２１１Ｒの２種類の画素を有している。各画素はマイクロレンズ２０２（オンチップレンズ）を有し、各画素に表記された「Ｒ」「Ｇ」「Ｂ」の文字は、各画素が受光する光の成分（赤色、緑色、青色）を示す。撮像用画素２０１のカラーフィルタは３原色ベイヤ配列のもので、その中に焦点検出用画素２１１Ｌ、２１１Ｒが複数配置されている。同図における焦点検出用画素２１１Ｌ、２１１Ｒの配置の仕方は一例であり、この限りではない。
【００３１】
焦点検出用画素２１１Ｌ、２１１Ｒはそれぞれ、入射光の一部を遮る遮光部材を備えることで受光入射角度を異ならせる画素であり、第１の画素とも呼ぶ。焦点検出用画素２１１Ｌ、２１１Ｒは、撮影レンズの通過光束を瞳分割して一対の分割像を形成するため、画素の中に遮光部材２１２を配置している。焦点検出用画素２１１Ｌは画素の右側を遮光部材２１２により遮光しており、逆に、焦点検出用画素２１１Ｒは左側を遮光部材２１２により遮光している。本例では、遮光部材２１２を焦点検出用画素２１１Ｒ、２１１Ｌの左、右に配置して左右に瞳分割しているが、遮光部材２１２を画素の上下に配置することで通過光束を上下に瞳分割して一対の分割像を形成してもよい。また、本例では、焦点検出用画素２１１Ｌ、２１１Ｒは「Ｇ」成分を受光するような配置にしているが、焦点検出をするためには、その他の「Ｒ」「Ｂ」成分でも良いし、無色（成分制限なし）でもよい。
【００３２】
撮像用画素２０１は、遮光部材を備えずに受光入射角度を異ならせない画素であり、第２の画素とも呼ぶ。
【００３３】
なお、焦点検出用画素２１１Ｌは、上記のように、焦点検出用画素２１１Ｒとは遮光部材２１２の配置位置が異なっている以外は、焦点検出用画素２１１Ｒと同様の構成なので、以下では、焦点検出用画素２１１Ｒを中心に説明する。
【００３４】
図２は、第１の実施形態に係る焦点検出用画素２１１Ｒの模式断面図である。同図のように、焦点検出用画素２１１Ｒは、半導体基板３０１上に形成され、フォトダイオード３０２と、ゲート電極３０３と、絶縁膜３０４と、銅配線３０５と、ライナー膜３０６と、銅配線３０７と、ライナー膜３０８と、高屈折絶縁膜３０９と、カラーフィルタ３１０と、隔壁３１１とを備える。
【００３５】
このように、半導体基板３０１内に、受光面となる撮像領域において、画素ごとに電荷を蓄積するフォトダイオード３０２が構成されており、さらに、フォトダイオード３０２に隣接して半導体基板３０１上にゲート電極３０３が形成されている。
【００３６】
上記の半導体基板３０１には、フローティングディフュージョンにフォトダイオード３０２に生成及び蓄積される信号電荷または信号電荷に応じた電圧を読み取る信号読み取り部が形成されており、ゲート電極３０３への電圧の印加によって信号電荷が転送されるように構成されている。
【００３７】
また、フォトダイオード３０２を被覆して、半導体基板３０１上に、それぞれ例えば酸化シリコンからなる絶縁膜３０４と、例えば炭化シリコン（屈折率１．７〜１．９）、または窒化シリコン（屈折率１．９〜２．１）からなるライナー膜３０６、及び、ライナー膜３０８が積層して、絶縁膜が構成されている。
【００３８】
また、銅配線３０５、３０７は、異なる金属配線層に形成された銅配線である。ただし、例えばダマシンプロセスで形成された、タンタル／窒化タンタルからなるバリアメタル層が銅配線の外周部に形成される場合もある。銅配線３０５は、金属配線層のうち半導体基板３０１に最も近い最下層の金属配線層に形成されている。
【００３９】
上記のライナー膜３０６、３０８は、ビア形成時のエッチストップ膜であるとともに金属配線層を構成する銅の拡散を防止するための膜でもある。
【００４０】
上記のようにして、上記の積層された絶縁膜中に配線層が埋め込まれている。上記の銅配線３０５、銅配線３０７は、それぞれ、例えばデュアルダマシンプロセスによる、配線用溝の底面から下層配線への開口部内におけるビア部と一体に形成された配線構造であってもよい。
【００４１】
フォトダイオード３０２の上方部分において、上記のように積層して形成された絶縁膜３０４及びライナー膜３０６、３０８に対して凹部が形成されている。上記凹部の側壁および底面に、酸化シリコン（屈折率１．４〜１．５）よりも高い屈折率を有する高屈折絶縁膜３０９が形成されている。高屈折絶縁膜３０９は、窒化シリコン膜（屈折率１．９〜２．０）などで形成する。高屈折絶縁膜３０９は、その断面において、半導体基板３０１側が狭く、マイクロレンズ２０２側が広く形成されている。つまり、図２に示す断面図において、半導体基板３０１側に近づくに従って、高屈折絶縁膜３０９の幅が小さくなっている。
【００４２】
上記のように、屈折率が絶縁膜３０４よりも高い高屈折絶縁膜３０９を用いることで、絶縁膜３０４がクラッド層、高屈折絶縁膜３０９がコア層となり、カラーフィルタ３１０を通過した光をフォトダイオード３０２に導く光導波路としての機能を有することとなる。言い換えれば、絶縁膜３０４のうち高屈折絶縁膜３０９（コア層）と半導体基板３０１から同じ高さに位置する部分をクラッド層として、高屈折絶縁膜３０９（コア層）は、クラッド層での入射光の反射により光を導く光導波路を形成している。
【００４３】
カラーフィルタ３１０は、フォトダイオード３０２への入射光を波長（図１の例ではＲＧＢの色）により選択する。カラーフィルタ３１０は、例えば各色用の顔料が有機材料（例えば、アクリル樹脂）に混入されてなる。この場合のカラーフィルタ３１０の屈折率は、１．５〜１．７である。カラーフィルタ３１０は、島状（各画素部に対応して個別に形成された状態である。）に形成されている。図１の例では、焦点検出用画素２１１Ｒは「Ｇ」成分を受光するような配置にしているが、焦点検出をするためには、その他の「Ｒ」「Ｂ」成分でも良いし、波長を選択しない透明膜「Ｗ」でもよい。カラーフィルタ３１０は、その断面において、半導体基板３０１側が狭く、マイクロレンズ２０２側が広く形成されている。つまり、図２に示す断面図において、半導体基板３０１側に近づくに従って、カラーフィルタ３１０の幅が小さくなっている。このようにカラーフィルタ３１０の断面形状は、逆台形形状をしている。つまり、半導体基板３０１側の底辺が、マイクロレンズ２０２側の上辺より幅の小さな台形状をしている。
【００４４】
隔壁３１１は、マイクロレンズ２０２やカラーフィルタ３１０から入射した光が、隣の画素部に入射するのを防止する。隔壁３１１は、平面視において、カラーフィルタ３１０に相当する部分が開口する格子状（網の目状）をしている。なお、図２の断面図では、各隔壁３１１は独立したように見える。隔壁３１１の断面形状は、ここでは、全体として台形状をしている。ここでの台形状は、半導体基板３０１側の底辺がマイクロレンズ２０２側の上辺より長い形状である。つまり、半導体基板３０１から離れるに従って幅が細くなる形状をしている。隔壁３１１は、カラーフィルタ３１０を構成する材料よりも屈折率が低い材料、例えばシリコン酸化膜（ＴＥＯＳ（Ｔｅｔｒａ  Ｅｔｈｙｌ  Ｏｒｔｈｏ  Ｓｉｌｉｃａｔｅ）膜、屈折率１．４〜１．５）により構成されている。このため、カラーフィルタ３１０内を斜め方向に進行する光は、隔壁３１１の表面に達した際に反射する。この際、隔壁３１１は半導体基板３０１から離れるに従って幅が細くなる形状をしているため、反射した光がフォトダイオード３０２側へと向かう。
【００４５】
マイクロレンズ２０２は、上方から入射する光を対応する画素部のフォトダイオード３０２に集光させるものである。マイクロレンズ２０２は、ここでは、半導体基板３０１から離れる方向に突出する凸レンズである。
【００４６】
遮光部材２１２は、図２に示すように、焦点検出用画素２１１Ｒでは、画素の左側を遮光することにより、右斜め上方向からの角度の入射光を遮光する構成となっている。遮光部材２１２は、金属配線層のうちの最下層の銅配線３０５と同層で、同時に形成することが可能である。このとき、遮光部材２１２と、光導波路コア層の底面である高屈折絶縁膜３０９の底面は接している。
【００４７】
次に、図２に示す焦点検出用画素２１１Ｒの比較対象例として、コア層の底面と遮光部材２１２との間に絶縁膜が介在する構成例について説明する。
【００４８】
図３は、遮光部材２１２と、光導波路（コア層）の底面である高屈折絶縁膜３０９の底面が接することなく離れた場合の焦点検出用画素の模式断面図である。このとき、光導波路コア層の底面である高屈折絶縁膜３０９の底面と、遮光部材２１２の界面との間に、絶縁膜３０４のクラッド層が存在するため、光導波路効果が発揮できず、図３に示すように、焦点検出用画素２１１Ｒでは右斜め上方向からの角度の入射光の一部は、隣接画素、もしくは、下層である直下のフォトダイオード３０２に漏れこみ、偽信号となってしまう。
【００４９】
第１の実施形態に係る固体撮像装置の焦点検出用画素２１１Ｒ、２１１Ｌは、フォトダイオード３０２の上層に形成された絶縁膜３０４にフォトダイオード３０２の上方において凹部が形成され、凹部内に高屈折絶縁膜３０９が埋め込まれて光導波路が構成されており、光導波路がない場合に比べて、光の減衰による感度低下と隣接画素との混色を低減できる構成である。また、遮光部材２１２は最下層の金属配線層の金属配線膜を用いているので、上層配線層を用いた場合に比べて、感度低下が少なく、隣接画素への漏れこみを低減できる。さらに、埋め込み層による光導波路のコア層である高屈折絶縁膜３０９の底面は、受光入射角度を異ならせるための入射光の一部を遮る遮光部材２１２に接しているので、光導波路であるコア層の底面である高屈折絶縁膜３０９の底面と、遮光部材２１２の界面との間に、絶縁膜３０４が存在する場合に比べて隣接画素への漏れこみや、本来遮光すべき光の自画素への漏れこみを低減（つまり遮光性を増大）できる。
【００５０】
遮光部材２１２である前記最下層の金属配線層の金属膜と、埋め込み層による光導波路のコア層である高屈折絶縁膜３０９の底面との間に、絶縁膜３０４によるクラッド層よりも屈折率が高いライナー膜３０６を介していてもよい。
【００５１】
ライナー膜３０６の屈折率はクラッド層よりも高く、厚みも６０ｎｍ以下と薄いため、光導波路効果の低下は軽微で、隣接画素への漏れこみはほとんど発生しないためである。
【００５２】
［第２の実施形態］
図４は、第２の実施形態に係る（ａ）撮像用画素２０１および（ｂ）焦点検出用画素２１１Ｒの模式断面図である。
【００５３】
図４（ａ）に示す撮像用画素２０１の、光導波路のコア層である高屈折絶縁膜３０９の底面と半導体基板３０１表面からの高さ（距離）Ｈｎｏｒｍは、図４（ｂ）に示す焦点検出用画素２１１Ｒの、光導波路のコア層である高屈折絶縁膜３０９の底面と半導体基板３０１表面からの高さ（距離）Ｈａｆと異なっている。
【００５４】
図５は、第２の実施形態に係る撮像用画素２０１の反射率と光導波路底面の高さとの依存性を示す図である。つまり、撮像用画素２０１における入射光反射率の、光導波路のコア層である高屈折絶縁膜３０９の底面と半導体基板３０１表面からの高さ（距離）Ｈｎｏｒｍ依存性を示す。高屈折絶縁膜３０９の屈折率と、高屈折絶縁膜３０９の底面と半導体基板３０１表面からの高さ（距離）と、その間に介する絶縁膜３０４の屈折率との相互関係により、波長（色）により反射率が極小となる高さＨｎｏｒｍが異なる（Ｈｎｏｒｍ＿Ｂ、Ｈｎｏｒｍ＿Ｇ、Ｈｎｏｒｍ＿Ｒ）。
【００５５】
第２の実施形態に係る固体撮像装置の焦点検出用画素２１１Ｒは、撮像用画素２０１の、光導波路のコア層である高屈折絶縁膜３０９の底面と半導体基板３０１表面からの高さ（距離）Ｈｎｏｒｍと、焦点検出用画素２１１Ｒの、光導波路のコア層である高屈折絶縁膜３０９の底面と半導体基板３０１表面からの高さ（距離）Ｈａｆと異ならせることで、撮像用画素の感度低下をさらに低減できる。
【００５６】
さらに、撮像用画素２０１のコア層の底面と半導体基板３０１表面からの距離は、受光する光の波長毎（例えば、ＲＧＢの色毎）により異なってもよい。これにより、コア層の底面と半導体基板３０１表面からの高さ（距離）Ｈｎｏｒｍを、受光する光の波長（例えば、色）により光の反射を最小化する膜厚に設定できるので、入射される光の感度低下を波長毎に低減でき、画質低下を軽減することができる。
【００５７】
次に、第２の実施形態に係る固体撮像装置の特徴部分となる配線層部への光導波形成部分についての詳細な製造方法について、図６Ａ〜図６Ｈを用いて説明する。
【００５８】
図６Ａ〜６Ｈはそれぞれ、第２の実施の形態に係る固体撮像装置の光導波路を形成する製造方法の一工程を示す模式断面図である。
【００５９】
図６Ａは製造工程において銅配線が形成されたあとの断面図を示している。先ず、半導体基板３０１の一方の主面（上面）の表層内部に、複数のフォトダイオード３０２を形成する。半導体基板３０１は、例えば、シリコン基板であって、フォトダイオード３０２は、半導体基板３０１の上面からボロン（Ｂ）などの不純物をイオン注入することにより形成される。なお、フォトダイオード３０２は、ｎ型の電荷注入層とｐ＋型の表面層とのｐｎ接合により構成される（詳細な図示を省略）。複数のフォトダイオード３０２は、半導体基板３０１をＺ軸方向上方より平面視する場合、例えば、マトリクス状に配置されている。マトリクス状配置の中に撮像用画素２０１と焦点検出用画素２１１Ｒが両方配置されている構造となっている。
【００６０】
この後、ゲート絶縁膜を形成した後、電荷転送のためのゲート電極３０３などを形成する。これらフォトダイオード３０２やゲート電極３０３などの形成は、一般的なフォトリソグラフィ工程、イオン注入工程、成膜工程および熱拡散工程を適宜用いることでなされる。
【００６１】
また、半導体基板３０１上に対して、絶縁膜３０４を積層し、当該絶縁膜３０４の上面から内部（Ｚ軸方向下側）に向けて銅配線３０５を形成する。銅配線３０５の形成は、一般的なダマシン配線工程の実行による場合、絶縁膜３０４を積層した後、銅配線３０５を形成しようとする部分をリソグラフィ工程およびエッチング工程を実行して溝を形成し、当該溝内に銅（Ｃｕ）を埋め込んでＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程などを実行することによりなされる。ライナー膜３０６はその後に形成される。なお、焦点検出用画素２１１Ｒには遮光部材２１２が形成されているが、これは銅配線３０５形成と同じタイミングで焦点検出用画素２１１Ｒを形成する部分をリソグラフィ工程およびエッチング工程を実行して溝を形成し、当該溝内に銅（Ｃｕ）を埋め込んでＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）工程などを実行して形成している。
【００６２】
上記のような工程を繰り返すことにより、複数の絶縁膜３０４と複数の銅配線３０５、３０７およびライナー膜３０６、３０８を有する配線層を形成することができる。
【００６３】
図６Ｂでは、リソグラフィ工程を用いて配線上にレジスト膜４０１を形成した後、撮像用画素２０１のフォトダイオード３０２上面のレジストを除去した後の形態を示している。このとき焦点検出用画素２１１Ｒにはレジストの開口部は設けていない。
【００６４】
図６Ｃは上記レジスト膜４０１開口部をマスクとしてエッチング処理により絶縁膜３０４、ライナー膜３０６、３０８を開口した後に断面を示している。このとき、エッチングは、まずライナー膜３０６をエッチストップ膜としておこない、次に時間調整によって撮像用画素に最適な光導波路のコア層である高屈折絶縁膜の底面と半導体基板表面からの高さ（距離）Ｈａｆとなるようにエッチングの詳細調整をおこなう。
【００６５】
この後アッシング処理および洗浄処理によりレジスト膜４０１を除去する（図６Ｄ）。
【００６６】
次に、図６Ｅはリソグラフィ工程を用いてレジスト膜４０１を生成した後、焦点検出用画素２１１Ｒのフォトダイオード３０２の上面のレジストを除去した後の形態を示している。このとき撮像用画素２０１に開口した開口部はレジスト膜４０１により埋め込まれており、次のエッチング時に開口部が保護されている状態になっている。
【００６７】
図６Ｆは上記レジスト膜４０１開口部をマスクとしてエッチング処理により絶縁膜３０４ライナー膜３０６、３０８を開口した後に断面を示している。このとき、エッチングは、まずライナー膜３０６をエッチストップ膜としておこなう。この後アッシング処理および洗浄処理によりレジスト膜４０１と、ライナー膜３０６（もしくはライナー膜３０６の一部上層）を除去する（図６Ｇ）。
【００６８】
この後、撮像用画素２０１、焦点検出用画素２１１Ｒそれぞれに開口した開口部にＳｉＮ等の高屈折絶縁膜３０９を埋め込むことにより光導波路構造のコア部を形成することが出来る（図６Ｈ）。
【００６９】
なお、図６Ｄの状態で撮像用画素の絶縁膜に開口部を形成した後、開口部の側壁を保護する目的でＳｉＮ等の膜を形成し、その後焦点検出用画素２１１Ｒ部の開口を行うというフローおよび構造を用いても本開示の目的を達成する構造として適当である。
【００７０】
以上の工程により、図４に示す固体撮像装置が形成される。
【００７１】
本開示における固体撮像装置の焦点検出用画素２１１Ｒ、２１１Ｌ（第１の画素）は、フォトダイオードの上層に形成された絶縁膜にフォトダイオード３０２の上方において凹部が形成され、凹部内に高屈折絶縁膜３０９が埋め込まれて光導波路が構成されており、光導波路がない場合に比べて、光の減衰による感度低下と、隣接画素間の混色を低減できる構成である。このとき、埋め込み層による光導波路のコア層（高屈折絶縁膜３０９）の底面は、受光入射角度を異ならせるための入射光の一部を遮る遮光部材２１２に接しているので、コア層底面が遮光部材２１２との間にクラッド層が存在する場合に比べて隣接画素への漏れこみを低減できる。
【００７２】
また、前記固体撮像装置の焦点検出用画素の、受光入射角度を異ならせるための入射光の一部を遮る遮光部材２１２は、通常はフォトダイオード３０２への光の入射を妨げないようにフォトダイオード３０２の領域を除く領域において絶縁膜３０４中に配線を形成するアルミやタングステン、銅などの金属配線層の金属膜を使用してもよい。このとき、金属配線層は半導体基板からの距離が一番短い最下層の金属配線層の金属膜を遮光部材２１２にした方が、上層の金属配線層に遮光部材を備える場合に比べて、感度低下が少なく、隣接画素への漏れこみを低減できる。
【００７３】
また、遮光部材２１２である前記最下層の金属配線層と、埋め込み層のコア層との間に、絶縁膜３０４によるクラッド層よりも屈折率が高いライナー膜３０６を介していてもよい。ライナー膜３０６の厚みは６０ｎｍ以下と薄く、屈折率はクラッド層よりも高いので、この場合でもコア層底面と遮光部材との間にクラッド層が存在する場合に比べて隣接画素への漏れこみを低減できる。
【００７４】
また、前記固体撮像装置は、通常の遮光部材２１２を設けずに受光入射角度を異ならせない撮像用画素２０１（第２の画素）のコア層の底面は、焦点検出用画素２１１Ｒ、２１１Ｌのコア層の底面と、半導体基板表面からの高さが異なってもよい。さらに、通常の遮光部材２１２を設けずに受光入射角度を異ならせない撮像用画素２０１（第２の画素）のコア層の底面は、入射する光の波長毎（例えば、カラーフィルタ３１０の色毎）により異なってもよい。これにより、コア層の底面と半導体基板３０１表面からの距離を、入射される光の波長により光の反射を最小化する膜厚に設定できるので、入射される光の波長毎に反射を最小化することができ、画質低下を軽減することができる。
【００７５】
なお、撮像用画素２０１の半分を焦点検出用画素２１１Ｒ、残り半分を２１１Ｌとして構成してもよい。こうすれば、受光入射角度の異なる２つの映像（視差を有する２つの画像）を撮影することができ、３Ｄカメラに用いることができる。もちろん、この場合でも焦点検出用画素２１１Ｒと焦点検出用画素２１１Ｌを自動焦点調節（オートフォーカス）に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本開示は、固体撮像装置に利用可能であり、特に自動焦点調節を有するビデオカメラや電子スチルカメラ等の撮像装置に利用可能であり、産業上有用である。
【符号の説明】
【００７７】
２０１  撮像用画素
２０２  マイクロレンズ
２１１Ｌ、２１１Ｒ  焦点検出用画素
２１２  遮光部材
３０１  半導体基板
３０２  フォトダイオード
３０３  ゲート電極
３０４  絶縁膜
３０５、３０７  銅配線
３０６、３０８  ライナー膜
３０９  高屈折絶縁膜
３１０  カラーフィルタ
３１１  隔壁
４０１  レジスト膜
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図６Ｇ】
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【図６Ｈ】
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