JP2007201162A - 固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】微細化に際しても更なる集光効率の向上をはかり、入射光のしみだしを低減し、光学特性にすぐれた固体撮像素子を提供する。
【解決手段】光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備し、入射した光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路を有する固体撮像素子であって、前記光導波路は、前記光電変換部上に形成され、加熱触媒ＣＶＤ法によって形成された、導光機能を有する高屈折材料膜で構成されたコア部と、前記コア部を囲むクラッド部とを備え、前記コア部は、前記クラッド部の上面から突出するように形成された高屈折率膜からなる柱状体で構成されたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子の製造方法および固体撮像素子に係り、特に光導波路構造をもつ固体撮像素子の光導波路の形成に関する。

エリアセンサ等の撮像デバイスであるＣＣＤを用いた固体撮像素子は、基本構造として、フォトダイオードなどの光電変換部と、この光電変換部からの電荷読み出し部と、読み出し電荷を転送するための電荷転送電極を備えた電荷転送部とを有する。この電荷転送電極は、半導体基板表面に形成された電荷転送チャネル上に複数個隣接して配置され、クロック信号で順次に駆動される。

近年、固体撮像素子においては、撮像画素数の増加により、画素の微細化が進んでいる。それに伴い光電変換部の微細化も進み高感度を維持することが、困難になっている。

そこで、開口部周辺に到達した光を効率よく光電変換部に集光するための種々の方法が提案されている。

例えば、受光部の直上位置の平坦化膜に孔部を形成し、その後、高屈折率材料を孔部に埋め込むことにより、光導波路を形成し、光導波路となる高屈折率材料膜と平坦化膜との界面で光を全反射させて、受光部に取り込む技術が開示されている（例えば特許文献１）。

例えば図１０に一例を示すように、光導波路を構成するフォトダイオード３０上の領域に、層間絶縁膜９を形成したのち、この層間絶縁膜を開口してコア充填溝を形成した後、高屈折率材料（２０）を充填するとともに、この上層に、パッシベーション膜としての窒化シリコン膜１０を形成し、最後に、平坦化膜１１を形成し、さらにこの上層に、カラーフィルタ層５０を形成し、さらに平坦化膜７１を塗布形成後、レンズ６０を形成している。この構造では、レンズ６０で集光した光を効率よく光導波路に導く必要があるが、受光光量を最大限に利用するためには、レンズ６０の光軸と光導波路の中心とが一致するように形成する必要がある。

特開２００２−１１８２４５号公報

すなわち、レンズ６０で集光した光を効率よく光導波路に導くために、レンズ６０の径を大きく形成する必要があり、これが画素の微細化を阻む原因のひとつとなっている。
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、微細化に際しても更なる集光効率の向上をはかり、入射光の散乱を低減し、光学特性にすぐれた固体撮像素子を提供することを目的とする。
また本発明では、製造が容易で信頼性の高い固体撮像素子の製造方法を提供することを目的とする。

また、本発明では、上記固体撮像素子において、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備し、入射した光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路を有する固体撮像素子であって、前記光導波路は、前記光電変換部上に形成され、加熱触媒ＣＶＤ法によって形成された、導光機能を有する高屈折材料膜で構成されたコア部と、前記コア部を囲むクラッド部とを備え、前記コア部は、前記クラッド部の上面から突出するように形成された高屈折率膜からなる柱状体で構成されたことを特徴とする。
この構成によれば、コア部の全反射面を大きくすることにより、入射面の面積を大きくすることができ、集光効率が高められることから、光導波路の上層に形成されるレンズの光軸と光導波路の中心との合わせマージンが小さくてすみ、画素の微細化が可能となる。

また、本発明では、上記固体撮像素子において、前記クラッド部の上面から突出するように形成された高屈折率材料からなる柱状体の突出部を覆うように形成された中間膜を含む。
この構成によれば、中間膜を介在させることにより入射光に対する全反射に対してマージンを有しコア内へ集光効率がさらに高められることから、集光特性に優れた固体撮像素子を提供することが可能となる。

また、本発明では、上記固体撮像素子において、前記コア部は、窒化シリコン膜である。
この構成によれば、高屈折率材料膜がボイドなしに充填され集光効率の高いコア部を得ることが可能となる。

また、本発明では、上記固体撮像素子において、前記コア部は、酸窒化シリコン膜である。
この構成によれば、組成の微調整が容易であり、屈折率の調整が容易である。

また、本発明では、上記固体撮像素子において、前記コア部は、加熱触媒ＣＶＤ法により形成された窒化シリコン膜であるものを含む。
この構成によれば、加熱触媒ＣＶＤ法で形成された透光性膜をコア部に用いることにより、被覆性が高められ、アスペクト比の高い開口内にも、ボイドの生成もなく、膜質の良好な高屈折率材料膜の充填されたコア部を形成することが可能となる。また塗布膜に比べて膜質が良好で、緻密であるため、剥離や収縮などを生じる恐れもなく、経時的変化がほとんどなく信頼性の高い光導波路構造を持つ固体撮像素子を提供することが可能となる。

また、本発明では、上記固体撮像素子において、前記クラッド部はＢＰＳＧ膜であるものを含む。
この構成によれば、平坦化が容易であり、コア部を構成する窒化シリコン膜との屈折率差も十分に大きくすることができる。

また、本発明では、上記固体撮像素子において、前記突出部を囲むように前記中間膜よりも屈折率の小さい材料で構成された平坦化膜を備えたものを含む。
この構成によれば、平坦化が容易であり、突出部を十分に生かした集光を実現することができる。

また、本発明では、上記固体撮像素子において、前記中間膜が酸窒化シリコン膜であり、前記平坦化膜がＳＯＧ膜であるものを含む。
この構成によれば、平坦化が容易であり、コア部を構成する窒化シリコン膜との屈折率差も十分に大きくすることができる。

また、本発明では、上記固体撮像素子において、前記中間膜が酸窒化シリコン膜であり、前記平坦化膜が高分子膜であるものを含む。
この構成によれば、平坦化が容易であり、コア部を構成する窒化シリコン膜との屈折率差も十分に大きくすることができる。

また、本発明では、上記固体撮像素子において、前記中間膜の膜厚が受光波長の１／４程度の膜厚であるものを含む。
この構成によれば、中間膜を受光波長の１／４程度の膜厚となるように形成しているため、集光効率の向上をはかることができる。

また本発明では、半導体基板に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを形成する工程と、前記光電変換部の受光領域に相当する領域に開口するクラッド部となる絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜に形成された前記開口内に、前記開口表面よりも突出する部分をもつように前記絶縁膜よりも高い屈折率を持つ高屈折率材料膜を成膜しコア部を形成する工程とを含む。
この構成によれば、容易にコア部を柱状に突出するように形成することができ、コアの全反射面を大きく形成することが容易に可能となる。また、コアの全反射面を大きく形成することができるため、上層に形成するマイクロレンズの形状設計の自由度が向上する。

また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記コア部を形成する工程は、加熱触媒ＣＶＤ法により高屈折率材料膜を成膜しコア部を形成する工程とを含む。
この構成によれば、加熱触媒ＣＶＤ法を用いることにより、被覆性が高められ、アスペクト比の高い開口内にも、ボイドを形成することなく、容易に膜質の良好な高屈折率材料膜の充填が可能となる。また塗布膜に比べて膜質が良好で、緻密であるため、剥離や収縮などを生じる恐れもない。

また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記コア部を形成する工程は、前記高屈折率材料膜を、前記開口表面よりも突出する部分を有するように形成する工程と、さらにこの突出する部分を覆うように、前記高屈折率材料膜と前記クラッド部との中間の屈折率をもつ中間膜を形成する工程とを含む。
この構成によれば、容易にコア部を柱状に突出するように形成することができ、コアの全反射面を大きく形成することが容易に可能となる。また、コアの全反射面を大きく形成することができるため、上層に形成するマイクロレンズの形状設計の自由度が向上する。

また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記コア部を形成する工程は、前記高屈折率材料膜を、前記開口表面よりも十分に厚く形成し、前記開口部に対応する領域を残してエッチングすることにより、突出する部分を有するように形成する工程であるものを含む。
この構成によれば、容易にコア部を柱状に突出するように形成することができ、コアの全反射面を大きく形成することが容易に可能となる。

また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記コア部を形成する工程は、前記高屈折率材料膜を成膜した後、表面を平坦化する工程と、さらにこの上層に、第２の高屈折率材料膜を成膜し、前記開口部に対応する領域を残してエッチングすることにより、突出する部分を有するように形成する工程であるものを含む。
この構成によれば、高屈折率材料膜の形状が良好に規定される。

また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記高屈折率材料膜は、窒化シリコン膜であるものを含む。
この構成によれば、良好な高屈折率材料膜である窒化シリコン膜が加熱触媒ＣＶＤ法により被覆性よく形成可能となる。

また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記高屈折率材料膜は、酸窒化シリコン膜である。
この構成によれば、加熱触媒ＣＶＤ法により被覆性よく形成可能であり、かつ原料ガスの調整あるいは温度制御によって組成比を調整することにより屈折率を容易に制御することが可能となる。

また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記第２の高屈折率材料膜を成膜する工程は加熱触媒ＣＶＤ工程である。
この構成によれば、加熱触媒ＣＶＤ法によれば被覆性が良好である上、原料ガスの制御により容易に組成を制御することが可能となり、屈折率の調整が容易となる。

また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記中間膜を成膜する工程は受光する光の波長の１／４程度の膜厚となるように成膜する工程である。
この構成によれば、中間膜として、例えば酸窒化シリコン膜を１／４波長程度の膜厚となるように形成しているため、反射を抑え、光の利用効率の向上をはかることができる。

また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記加熱触媒ＣＶＤ工程はタングステン、ニッケル（Ｎｉ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、イリジウム（Ｉｒ）のいずれかを触媒とする工程である。
この構成によれば、タングステン、ニッケル（Ｎｉ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、イリジウム（Ｉｒ）のいずれかを触媒とする加熱触媒ＣＶＤ工程を用いることにより、高速でかつ膜質の優れた均質な膜を形成することができ、より集光効率の高い固体撮像素子の形成が可能となる。

また、本発明では、上記固体撮像素子の製造方法において、前記コア部を形成するための開口を形成する工程は、ＲＩＥによりフォトダイオード領域に開口するように溝を形成する工程であるものを含む。
この構成によれば、壁部が垂直な断面を持つ溝を容易に形成することが可能となる。
ここで高屈折率材料とは、屈折率の高い材料そのものであるが、クラッド部を構成する絶縁膜よりも高い屈折率を持つ材料をさすものとし、ここではおおむね屈折率差が０．３以上である必要がある。

以上説明したように本発明では、導波路内に導かれた入射光が、クラッド部の上面から突出するように形成されたコア部とクラッド部との界面で全反射し、しみだしを抑制することにより、集光率が向上し、長波長領域の光も効率よく受光領域に集光することができ、低照度時あるいは斜め入射光である場合にも、入射光の大半がフォトダイオード上に集光される。また形状も簡単であり、小型化、薄型化が可能となる。従って、集光効率を高めることができることから、高速シャッターを用いることが可能となり、手ぶれ、被写体ぶれの少ない画像を得ることができる

本発明では、加熱触媒ＣＶＤ法によりボイドのない埋め込みが可能となる。従って、ボイドのない均質で優れた膜質をもつコア部の形成が容易に可能となる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照しつつ詳細に説明する。

（実施の形態１）
この固体撮像素子は、図１および図２に、断面図および平面図（図１は図２のＡ−Ａ断面図である）を示すように、表面にｐウェル（図示せず）、およびｎ型半導体層（図示せず）が形成されたシリコン基板１表面に、ゲート酸化膜２を介して配列形成される複数の電荷転送電極３（３ａ、３ｂ）が、ゲート酸化膜２上に所定の間隔で形成された電極間絶縁膜４によって複数の電荷転送電極に分離形成されるとともに、光電変換部としてのフォトダイオード３０の受光領域に開口を有する遮光膜８で被覆するとともに、この開口に光導波路を形成した固体撮像素子であって、この光導波路がクラッド部となる絶縁膜９に形成された開口内に、この絶縁膜９表面よりも突出する突出部２０Ｔをもつように、加熱触媒ＣＶＤ法により前記絶縁膜よりも高い屈折率をもつ高屈折率材料膜をボイドレスで均質となるように成膜しコア部２０を形成するようにしたことを特徴とする。
またフォトダイオード３０の受光領域は窒化シリコン膜からなる反射防止膜６を介して上記高屈折率材料膜からなるコア部２０が形成されている。５は電荷転送電極の周りを覆う酸化シリコン膜からなる絶縁膜である。５は電荷転送電極の周りを覆う酸化シリコン膜からなる絶縁膜である。この絶縁膜９の上層は窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜１０で被覆され、この上層に形成される酸化シリコン膜１１上にカラーフィルタ層５０が形成される。そしてこの上層は、透光性の有機膜からなる平坦化膜７１を介してレンズ６０が形成されている。

なお、シリコン基板１には、図２に平面図を示すように、複数のフォトダイオード３０が形成され、フォトダイオードで検出した信号電荷を転送するための電荷転送部４０が、フォトダイオード３０の間に蛇行形状を呈するように形成される。電荷転送部４０によって転送される信号電荷が移動する電荷転送チャネルは、図示していないが、電荷転送部４０が延在する方向と交差する方向に、やはり蛇行形状を呈するように形成される。

また、ｐウェルの形成されたシリコン基板１内には、ｐｎ接合を備えたフォトダイオード３０、電荷転送チャネル、チャネルストップ領域、電荷読み出し領域が形成され、シリコン基板１表面には、ゲート酸化膜２が形成される。ゲート酸化膜２表面には、酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜４と電荷転送電極３（電荷転送部４０）が形成される。ここでゲート酸化膜２は熱酸化によって形成された酸化シリコン膜と減圧ＣＶＤ法によって形成された窒化シリコン膜と、熱酸化法によって形成された酸化シリコン膜との３層膜で構成される。

すなわち、電荷転送部４０は、シリコン基板１表面に、ゲート酸化膜２を介して形成された、第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａからなる第１の電極と、第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂからなる第２の電極とが酸化シリコン膜からなる電極間絶縁膜４を介して並置され、単層電極構造を構成している。

そしてこの第１および第２の電極の上層は、酸化シリコン膜５で被覆されており、フォトダイオード３０の表面から、酸化シリコン膜５の一部にのりあげるように膜厚３０ｎｍの窒化シリコン膜からなる反射防止膜６が形成されている。そしてフォトダイオード３０上は、ボイドのない柱状の高屈折率材料膜である窒化シリコン膜からなるコア部２０が形成され、このコア部２０のまわりに絶縁膜９が形成されているが、電荷転送部の上層は、遮光膜８、ＢＰＳＧ膜からなる絶縁膜９、窒化シリコン膜からなるパッシベーション膜１０が形成される。

次にこの固体撮像素子の製造工程について説明する。
図３乃至図５はこの固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。
まず、通常の方法で単層電極構造の電荷転送電極を形成する。すなわち不純物濃度１．０×１０^１６ｃｍ^−３程度のｎ型のシリコン基板１表面に、膜厚２５ｎｍの酸化シリコン膜と、膜厚５０ｎｍの窒化シリコン膜と、膜厚１０ｎｍの酸化シリコン膜を形成し、３層構造のゲート酸化膜２を形成する。ここで１Ｓは素子分離のためのフィールド酸化膜である。

続いて、このゲート酸化膜２上に、ＰＨ_３とＮ_２とＳｉＨ_４を用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚０．２５μｍのリンドープの第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａを形成する。このときの基板温度は５００〜６００℃とする。

この後、フォトリソグラフィにより第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａをパターニングし、第１の電極を形成し、この第１の電極表面を熱酸化することにより膜厚８０〜９０ｎｍの酸化シリコン膜４を形成する。このパターニングに際してはＨＢｒとＯ_２との混合ガスを用いた反応性イオンエッチングを行い、第１の電極および周辺回路の配線を形成する。ここではＥＣＲ (電子サイクロトロン共鳴：Electron Cycrotoron Resonance)方式あるいはＩＣＰ（誘導結合Inductively Coupled Plasma）方式などのエッチング装置を用いるのが望ましい。

そしてこの上層に同様にしてＰＨ_３とＮ_２とＳｉＨ_４を用いた減圧ＣＶＤ法により、膜厚０．６μｍのリンドープの第２層ドープトアモルファスシリコン膜３ｂを形成し、ＣＭＰ（化学的機械研磨）法を用いて平坦化を行い、ゲート酸化膜２上に第１および第２の電極が並置された第２の電極を形成する。そして、更にこの上層に熱酸化後膜厚８０〜９０ｎｍの酸化シリコン膜５を形成する。ここで平坦化に際してはストッパが必要であるが、ここでは、通常、第１層電極のパターニングに際して、窒化シリコン膜をハードマスクとして異方性エッチングが行われるため、この窒化シリコン膜がＣＭＰストッパとして作用し、さらには、第１層ドープトアモルファスシリコン膜３ａの酸化防止膜としても作用する。なお、第１層ドープトアモルファスシリコン膜または後述する第２層ドープトアモルファスシリコン膜と同一工程で周辺回路を構成する配線３Ｓを形成しておく。

そして、フォトダイオード上の窒化シリコン膜を除去した後、この上層にＨＴＯ薄膜１０ｎｍを減圧ＣＶＤ法により成膜し、さらにＣＶＤ法により膜厚３０ｎｍの窒化シリコン膜からなる反射防止膜６を形成する（図３（ａ））。

この後、スパッタリング法により密着性層（図示せず）としてのチタンナイトライド層を形成した後、ＣＶＤ法により遮光膜８としてのタングステン膜を形成する。そして、フォトリソグラフィにより、フォトダイオード部および周辺回路部の遮光膜８をエッチング除去することにより、パターニングする。そして膜厚３００ｎｍのＢＰＳＧ膜を形成し、炉アニールにより８００〜８５０℃に加熱して、平坦化し、クラッド部となる平坦化された絶縁膜９を形成する（図３（ｂ））。

そして、周辺回路部のコンタクト形成用のエッチングを行い、この絶縁膜９および反射防止膜６にコンタクトを開け、ＣＶＤ法によりアルミニウム配線層７を形成し、ＣＭＰにより表面を平坦化することにより、配線層の埋め込みを行う。（図３（ｃ））。

この後、図４（ａ）に示すように、フォトダイオード部に開口するようにレジストパターンを形成し、ＲＩＥにより溝を形成する。

この後、図４（ｂ）に示すように、加熱触媒ＣＶＤ法により、上記溝を埋め込むように十分な量の（膜厚数百ｎｍ）の窒化シリコン膜２０を形成する。このときの成膜条件は、サセプタ温度２００から４００℃、加熱触媒Ｗ（１２００〜１，７００℃）、圧力１〜１０Ｐａ、ＳｉＨ_４：１〜１０ｃｃ、ＮＨ_３：１００〜１０００ｃｃ、Ｎ_２：１００〜１０００ｃｃとした。そして成膜後、水素を含む不活性ガス雰囲気中でシンター処理を行う。そしてコア部に対応する領域にレジストパターンＲ１を形成する。図４（ｂ）は窒化シリコン膜２０上にこのレジストパターンＲ１を形成した図である。

この後、図４（ｃ）に示すように、コア部に対応する領域に形成したレジストパターンＲ１をマスクとしてＲＩＥを行うことにより、コア部以外の窒化シリコン膜をエッチング除去し、突出部２０Ｔを含むコア部２０を形成する。

この後、図５（ａ）に示すように、加熱触媒ＣＶＤ法により、コア部２０上の突出部２０Ｔを覆うように、基板表面全体に中間膜２１となる、酸窒化シリコン膜を１／４波長の膜厚となるように成膜する。このときの成膜条件は、サセプタ温度２００から４００℃、加熱触媒Ｗ（１２００〜１，７００℃）、圧力１〜１０Ｐａ、ＳｉＨ_４：１〜１０ｃｃ、ＮＨ_３：１００〜１０００ｃｃ、Ｎ_２Ｏ：１００〜１０００ｃｃとした。このときＮ_２Ｏの流量を調整することにより所望の組成の酸窒化シリコン膜を形成する。そして成膜後、水素を含む不活性ガス雰囲気中でシンター処理を行う。

この後、図５（ｂ）に示すように、平坦化のためにＳＯＧ膜を塗布し焼成することにより、平坦化膜２３を形成する。ここでは高分子膜などでもよく、平坦化のためには、塗布膜を用いるのが有効である。なお、ここで、平坦化膜２３は、成膜後、フォトリソグラフィによりコンタクト部のアルミニウム膜７が露呈するように除去される。

最後に、カラーフィルタ層５０を形成し、さらに平坦化膜７１を塗布形成後、レンズ６０を形成するためのレジストパターンを形成し、これをリフローすることにより、所望の曲率を形成するように成形し、レンズを形成する。
このようにして、図１に示したように、固体撮像素子が完成する。

この構成によれば、コア部を開口表面よりも突出する部分をもつように成膜し、さらにこの上層を、コア部を構成する高屈折率材料膜と前記クラッド部との中間の屈折率となる組成を持つ中間膜としての酸窒化シリコン膜で覆うようにしているため、さらに集光効率の高い固体撮像素子を容易に形成することができる。

また、中間膜としての酸窒化シリコン膜は１／４波長程度の膜厚となるように成膜されているため、集光効率の向上をはかることができる。

この方法によれば、加熱触媒ＣＶＤ法を用いることにより、被覆性が高められ、アスペクト比の高い開口内にも、ボイドを形成することなく、容易に膜質の良好な高屈折率材料の充填が可能となり、高品質の光導波路を形成することが可能となる。また加熱触媒ＣＶＤ法によって形成した窒化シリコン膜は、塗布膜に比べて膜質が良好で、緻密であるため、剥離や収縮などを生じる恐れもない。
このようにして形成された固体撮像素子は、光損失が少なく伝送効率の良好な光導波路を有し、高感度で信頼性の高いものとなっている。

また、この中間膜の酸窒化シリコン膜は加熱触媒ＣＶＤ工程で形成され、被覆性が良好である上、原料ガスの制御により容易に組成を制御することが可能となり、屈折率の調整が容易となる。

また、一連の製造工程が効率化され製造コストの低減が容易になる。
また、表面が平坦となるように形成された光導波路上にカラーフィルタ層を形成しているため、高精度のパターニングが可能となり、混色不良を生じることもない。

また前記実施の形態では、電極を形成する導電性膜としてドープトアモルファスシリコン層を用いたが、これをアニールすることによって形成したドープトポリシリコン膜を用いてもよく、またノンドープのアモルファスシリコン層を成膜し、成膜後ドーピングを行なうようにしてもよい。

なお、コア部としては、窒化シリコン膜に限定されることなく、高屈折率カラー膜を形成するようにしてもよい。
また、遮光膜８は、電荷転送電極の上層だけでなく電荷転送電極の側部も覆うように形成することにより、確実に電荷転送部への光を遮断することができる。

なおクラッド部を構成する絶縁膜９については、ＢＰＳＧ膜を形成後リフローを行うことにより平坦化して形成したが、ＴＥＯＳ＋Ｏ_３系のガスなどを用いて形成したＮＳＧ膜を用い、成膜後、不活性ガス雰囲気中でシンター処理を行うようにしてもよい。またＳＯＧを塗布形成しＣＭＰを行うことによって平坦化してもよい。

（実施の形態２）
また、前記実施の形態２では、突出部２０Ｔは、加熱触媒ＣＶＤ法によりコア部２０を構成する窒化シリコン膜の形成と同時に形成したが、本実施の形態では、図９に示すように、コア部２０を形成し平坦化により絶縁膜９と同一表面となるようにした後、さらに突出部を形成するための加熱触媒ＣＶＤ工程を実施し、所望の膜厚の窒化シリコン膜２４Ｔを成膜し、これをフォトリソグラフィによりフォトダイオード上で突出するようにフォトダイオード上のみ残して不要部をエッチング除去し、突出部２４Ｔを形成する。他は前記実施の形態２と同様である。

製造に際しては、前記実施の形態１において図４（ａ）に示したように、絶縁膜に開口を形成したのち（図７（ａ）））、さらに前記実施の形態１と同様にして図７（ｂ）に示すようにコア部を構成する窒化シリコン膜２０を加熱触媒ＣＶＤ法により成膜する。

こののち、この窒化シリコン膜２０をエッチバックにより平坦化する。

そして、図８（ａ）に示すようにコア部の突出部２４Ｔを形成するための加熱触媒ＣＶＤ工程を実施し、酸窒化シリコン膜２４を成膜する。
そして、図８（ｂ）に示すように、コア部に対応する領域にレジストパターンＲ２を形成して、これをマスクとしてＲＩＥを行うことにより、コア部以外の酸窒化シリコン膜２４をエッチング除去し、図８（ｃ）に示すように、突出部２０Ｔを含むコア部２４Ｔを形成する。

この後、図９（ａ）に示すように、加熱触媒ＣＶＤ法により、コア部２０上の突出部２４Ｔを覆うように、基板表面全体に中間膜２１となる、酸窒化シリコン膜を１／４波長の膜厚となるように成膜する。このときの成膜条件は、サセプタ温度２００から４００℃、加熱触媒Ｗ（１２００〜１，７００℃）、圧力１〜１０Ｐａ、ＳｉＨ_４：１〜１０ｃｃ、ＮＨ_３：１００〜１０００ｃｃ、Ｎ_２Ｏ：１００〜１０００ｃｃとした。このときＮ_２Ｏの流量を調整することにより所望の組成の酸窒化シリコン膜を形成する。そして成膜後、不活性ガス雰囲気中でシンター処理を行う。

この後、図９（ｂ）に示すように、平坦化のためにＳＯＧ膜を塗布し焼成することにより、平坦化膜２３を形成する。ここでは高分子膜などでもよく、平坦化のためには、塗布膜を用いるのが有効である。なお、ここで、平坦化膜２３は、成膜後、フォトリソグラフィによりコンタクト部のアルミニウム膜７が露呈するように除去される。

最後に、カラーフィルタ層５０を形成し、さらに平坦化膜７１を塗布形成後、レンズ６０を形成するためのレジストパターンを形成し、これをリフローすることにより、所望の曲率を形成するように成形し、レンズを形成する。

このようにして、図６に示した固体撮像素子を形成する。
この構成によれば上記実施の形態１による効果に加え、突出部２４Ｔとコア部との間でも屈折率差を形成し、より集光性を高めるように調整することが可能となる。

なお前記実施の形態ではコア部の突出部２４Ｔの形成については加熱触媒ＣＶＤ法を用いたが、これに限定されることなく、プラズマＣＶＤ、高密度プラズマＣＶＤあるいはＴｉＯ_２など塗布によって形成してもよい。
また前記実施の形態１および２では、加熱触媒ＣＶＤ法により、コア部を構成する窒化シリコン膜を成膜したが、この方法に限定されることなく高密度プラズマを用いたＣＶＤ法により形成した窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜などの無機膜あるいはアクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ＴｉＯ_２などの高屈折率塗布膜あるいはこれらの組み合わせで形成してもよい。

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されることなく、本発明の技術思想の範囲内において、適宜可能である。

以上、説明したように本発明の固体撮像素子は、微細化に際しても集光効率を高めることができ、小型化が可能でかつ、製造が容易であることから、デジタルカメラ、携帯電話などに用いられる小型の撮像素子として極めて有効である。

本発明の実施の形態１の固体撮像素子の断面概要図である。 本発明の実施の形態１の固体撮像素子の平面図である。 本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態１の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態２の固体撮像素子の断面概要図である。 本発明の実施の形態２の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態２の固体撮像素子の製造工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態２の固体撮像素子の断面概要図である。 固体撮像素子の断面概要図である。

符号の説明

１ シリコン基板
１Ｓ フィールド酸化膜
２ ゲート酸化膜
３ 電荷転送電極
３ａ 第１層アモルファスシリコン膜
３ｂ 第２層アモルファスシリコン膜
３Ｓ コンタクト部
４ 電極間絶縁膜
５ 絶縁膜
６ 反射防止膜
８ 遮光膜
９ 層間絶縁膜
１０ パッシベーション膜
２０ 窒化シリコン膜（高屈折率材料膜：コア部）
２０Ｔ 突出部
２１ 中間膜
２４Ｔ 突出部
５０ カラーフィルタ層
６０ レンズ層
７１ 平坦化膜
Ｒ１・・・Ｒ２ レジストパターン

Claims (21)

1. 光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを具備し、入射した光を閉じ込め伝搬させて前記光電変換部に導く光導波路を有する固体撮像素子であって、
   前記光導波路は、
   前記光電変換部上に形成され、
   導光機能を有する高屈折率材料膜で構成されたコア部と、
   前記コア部を囲むクラッド部とを備え、
   前記コア部は、前記クラッド部の上面から突出するように形成された高屈折率材料からなる柱状体で構成された固体撮像素子。
2. 請求項１に記載の固体撮像素子であって、
   前記柱状体の突出部を覆うように形成された中間膜を含む固体撮像素子。
3. 請求項１または２に記載の固体撮像素子であって、
   前記コア部は、窒化シリコン膜である固体撮像素子。
4. 請求項１または２に記載の固体撮像素子であって、
   前記コア部は、酸窒化シリコン膜である固体撮像素子。
5. 請求項２乃至４のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
   前記コア部は加熱触媒ＣＶＤ法により形成された窒化シリコン膜である固体撮像素子。
6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
   前記クラッド部は酸化シリコン膜である固体撮像素子。
7. 請求項２乃至６のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
   前記突出部を囲むように、前記中間膜よりも屈折率の小さい材料で構成された平坦化膜を備えた固体撮像素子。
8. 請求項７に記載の固体撮像素子であって、
   前記中間膜が酸窒化シリコン膜であり
   前記平坦化膜は、ＳＯＧ膜である固体撮像素子。
9. 請求項７に記載の固体撮像素子であって、
   前記中間膜が酸窒化シリコン膜であり
   前記平坦化膜は、高分子膜である固体撮像素子。
10. 請求項２乃至９のいずれかに記載の固体撮像素子であって、
    前記中間膜の膜厚が１／４波長程度の膜厚である固体撮像素子。
11. 半導体基板に、光電変換部と、前記光電変換部で生起せしめられた電荷を転送する電荷転送電極を備えた電荷転送部とを形成する工程と、
    前記光電変換部の受光領域に相当する領域に開口するクラッド部となる絶縁膜を形成する工程と、
    前記絶縁膜に形成された前記開口内に、前記クラッド部の上面よりも突出する突出部を持つ柱状体からなり、前記絶縁膜よりも高い屈折率をもつ高屈折率材料膜を成膜しコア部を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
12. 請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記コア部を形成する工程は、加熱触媒ＣＶＤ法により前記高屈折率材料膜を成膜する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
13. 請求項１１または１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記コア部を形成する工程は、さらにこの突出する部分を覆うように、前記高屈折率材料膜と前記クラッド部との中間の屈折率をもつ中間膜を形成する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
14. 請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記コア部を形成する工程は、
    前記高屈折率材料膜を、前記開口表面よりも十分に厚く形成し、前記開口部に対応する領域を残してエッチングすることにより、突出する部分を有するように形成する工程である固体撮像素子の製造方法。
15. 請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記コア部を形成する工程は、前記高屈折率材料膜を成膜した後、表面を平坦化する工程と、
    さらにこの上層に、第２の高屈折率材料膜を成膜し、前記開口部に対応する領域を残してエッチングすることにより、突出する部分を有するように形成する工程である固体撮像素子の製造方法。
16. 請求項１１乃至１５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記高屈折率材料膜は、窒化シリコン膜である固体撮像素子の製造方法。
17. 請求項１１乃至１５のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記高屈折率材料膜は、酸窒化シリコン膜である固体撮像素子の製造方法。
18. 請求項１５に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記第２の高屈折率材料膜を成膜する工程は加熱触媒ＣＶＤ工程である固体撮像素子の製造方法。
19. 請求項１３乃至１７のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記中間膜を成膜する工程は受光する光の波長１／４程度の膜厚となるように成膜する工程である固体撮像素子の製造方法。
20. 請求項１１乃至１８のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記加熱触媒ＣＶＤ工程はタングステン、ニッケル（Ｎｉ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、イリジウム（Ｉｒ）のいずれかを触媒とする工程である固体撮像素子の製造方法。
21. 請求項１１乃至１９のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法であって、
    前記コア部を形成するための開口を形成する工程はＲＩＥによりフォトダイオード領域に開口するように溝を形成する工程である固体撮像素子の製造方法。

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