JP2011040454A - 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】光導波路を有する固体撮像装置において、コア部の屈折率を大幅に高くすることができ、さらに、より優れた導波路効果を有する光導波路を構成すること。
【解決手段】本発明は、画素１０ごとに形成される複数のフォトダイオードＰＤと、フォトダイオードＰＤの光入射側に設けられ、第１の屈折率を有する透光性を備えた第１の構造体１０１と、第１の構造体１０１における複数のフォトダイオードＰＤの境界位置に対応して設けられるエッチング溝と、エッチング溝に埋め込まれ、第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の構造体１０２とを備える固体撮像装置１である。
【選択図】図３

Description

本発明は、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法および電子機器に関する。詳しくは、光導波路を介して受光部まで光を導く固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法および電子機器に関する。

固体撮像素子は、高画素化の方向に向かって進歩しており、更なる微細化が求められている。そのために、個々の画素の感度向上をもたらす手法として、光導波路構造を備えたものが検討されている。この光導波路構造により、オンチップレンズによってとらえられた光を効率良く受光部に導き、受光部に集光させることができる。

ところで、上記の光導波路構造を形成するためには、導波路用に作製されたコア部内に高屈折率の透明材料を埋め込む必要がある。そして、このような光導波路構造を作るために、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−３２４２９３号公報

しかしながら、従来の技術では、光導波路内の中央部に、その材料が存在しない空隙（ボイド）が発生してしまうという問題がある。ここで、導波路コア部分（高屈折率部分）の形成をＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法および樹脂埋め込み法を行うという手法がある。しかし、ＡＬＤ法はプロセス上の制限が多く、屈折率などの自由度が極めて低いのが実状である。

本発明は、従来技術と比較して、コア部の屈折率を大幅に高くすることができ、さらに、より優れた導波路効果を有する固体撮像装置の提供を目的とする。

本発明は、画素ごとに形成される複数の受光部と、受光部の光入射側に設けられ、第１の屈折率を有する透光性を備えた第１の構造体と、第１の構造体における複数の受光部の境界位置に対応して設けられるエッチング溝と、エッチング溝に埋め込まれ、第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の構造体とを備える固体撮像装置である。

このような本発明では、第１の構造体がコア、第２の構造体がクラッドとなる導波路構造が構成される。この導波路構造において、第１の構造体を形成した後に受光部の境界位置に対応してエッチング溝を形成し、このエッチング溝に第２の構造体を埋め込んでいる。第１の構造体より屈折率が小さい第２の構造体は、エッチング溝へ良好に埋め込まれることになる。

ここで、第１の構造体としては、例えば、屈折率１．９〜２．０を有するＰ−ＳｉＮ（プラズマＣＶＤ法により生成された窒化シリコン）が用いられ、第２の構造体としては、例えば、屈折率１．４を有するフッ素含有系アクリル樹脂やフッ素含有系ポリシロキサンが用いられる。

また、本発明は、第２の構造体に気泡が混入しているものでもある。これにより、気泡が混入していない場合に比べて第２の構造体の屈折率を下げることができる。また、本発明は、第２の構造体として遮光機能を有するものでもある。これにより、導波路構造を伝搬する光を外部に漏らさず確実に受光部まで到達させることができる。

また、本発明は、画素ごとに形成された複数の受光部の上の全面に第１の屈折率を有する透光性を備えた第１の構造体を形成する工程と、第１の構造体における複数の受光部の境界位置に対応してエッチングを施し、エッチング溝を形成する工程と、エッチング溝に、第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の構造体を埋め込む工程とを有する固体撮像装置の製造方法である。

このような本発明では、第１の構造体を受光部の上の全面に形成した後、受光部の境界位置に対応してエッチングを施し、エッチング溝を形成している。その後、このエッチング溝に第２の構造体を埋め込むことで、第１の構造体がコア、第２の構造体がクラッドとなる導波路構造を構成する。この導波路構造の製造において、第１の構造体より屈折率が小さい第２の構造体は、エッチング溝へ良好に埋め込まれることになる。

また、本発明は、取り込んだ光を電気信号に変換する固体撮像装置と、固体撮像装置で得た電気信号を処理する信号処理部とを備え、この固体撮像装置として、画素ごとに形成される複数の受光部と、受光部の光入射側に設けられ、第１の屈折率を有する透光性を備えた第１の構造体と、第１の構造体における複数の受光部の境界位置に対応して設けられるエッチング溝と、エッチング溝に埋め込まれ、第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の構造体とを有する電子機器である。

このような本発明では、第１の構造体がコア、第２の構造体がクラッドとなる導波路構造を有する固体撮像装置を適用することから、高効率の受光特性を備えた電子機器を実現することができる。

本発明によれば、従来技術よりも、高屈折率なコア部を有する導波路構造を構成でき、より感度向上を達成できる固体撮像装置を提供することが可能となる。

本実施形態に係る固体撮像装置の全体構成の一例を説明する概略平面図である。 画素の回路構成の一例を示す回路図である。 比較例の構成を説明する模式断面図である。 比較例における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図である。 第１実施形態の構成を説明する模式断面図である。 第１実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図（その１）である。 第１実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図（その２）である。 第２実施形態の構成を説明する模式断面図である。 第２実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図（その１）である。 第２実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図（その２）である。 第３実施形態の構成を説明する模式断面図である。 第３実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図（その１）である。 第３実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図（その２）である。 第４実施形態の構成を説明する模式断面図である。 第４実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図（その１）である。 第４実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図（その２）である。 第５実施形態の構成を説明する模式断面図である。 第４実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図（その１）である。 第５実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図（その２）である。 導波路の平面構成を説明する図（その１）である。 導波路の平面構成を説明する図（その２）である。 本実施形態に係る電子機器の一例である撮像装置の構成例を示すブロック図である。

以下、本発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像装置の全体構成（全体構成の例、画素の回路構成例、比較例の構成、比較例の製造方法、本実施形態のポイント）
２．第１実施形態（断面構造の例、製造方法の例）
３．第２実施形態（断面構造の例、製造方法の例）
４．第３実施形態（断面構造の例、製造方法の例）
５．第４実施形態（断面構造の例、製造方法の例）
６．第５実施形態（断面構造の例、製造方法の例）
７．導波路の平面構成
８．撮像装置

＜１．固体撮像装置の全体構成＞
［全体構成］
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の全体構成の一例を説明する概略平面図である。固体撮像装置１は、複数の画素１０、垂直信号線ＶＤＬ、垂直選択回路１１、水平選択／信号処理回路１２、出力回路１３を備えている。

複数の画素１０は、半導体基板上にマトリクス状に配置されている。各画素１０は、受光光量に応じた電荷を生成する受光部（フォトダイオード）と各種トランジスタを含む周辺回路領域とを各々有している。

垂直信号線ＶＤＬは、各画素１０で取り込んだ電荷に応じた信号を水平選択／信号処理回路１２へ送る配線であり、画素１０の並びの垂直方向に沿って配線されている。垂直選択回路１１は、行単位で画素１０を選択し、垂直方向に沿って順次走査する回路である。

水平選択／信号処理回路１２は、列単位で画素１０を選択し、水平方向に沿って順次走査する回路および垂直信号線ＶＤＬを介して送られてきた信号を処理する回路である。水平選択／信号処理回路１２は、垂直選択回路１１による走査に同期して水平方向に沿った画素１０を順次選択する。選択の順に応じて画素１０の信号が垂直信号線ＶＤＬを介して順次水平選択／信号処理回路１２へ送られる。水平選択／信号処理回路１２は、順次送られてきた画素１０の信号を出力回路１３へ送る。

出力回路１３は、水平選択／信号処理回路１２から順に送られる画素１０の信号に対して種々の信号処理を施して出力する。

［画素の回路構成］
図２は、画素の回路構成の一例を示す回路図である。本回路例に係る画素１０は、受光部であるフォトダイオードＰＤ、転送トランジスタＴｒ−ｔｘ、リセットトランジスタＴｒ−ｒｓｔ、増幅トランジスタＴｒ−ａｍｐおよび選択トランジスタＴｒ−ｓｅｌの４つのトランジスタを有する構成となっている。各トランジスタは、例えばＮチャネルのＭＯＳトランジスタが用いられる。

画素１０には、転送線ＴＸ、リセット線ＲＳＴおよび選択線ＳＥＬの３本の駆動配線が同一画素行の各画素について共通に設けられている。これら転送線ＴＸ、リセット線ＲＳＴおよび選択線ＳＥＬの各一端は、垂直選択回路１１（図１参照）の各画素行に対応した出力端に、画素行単位で接続されている。

フォトダイオードＰＤは、アノードが負側電源、例えばグランドに接続されており、受光した光をその光量に応じた電荷量の光電荷（ここでは、光電子）に光電変換する。フォトダイオードＰＤのカソード電極は、転送トランジスタＴｒ−ｔｘを介して増幅トランジスタＴｒ−ａｍｐのゲート電極と電気的に接続されている。この増幅トランジスタＴｒ−ａｍｐのゲート電極と電気的に繋がった容量ＣFDとでフローティングディフュージョンが構成される。

転送トランジスタＴｒ−ｔｘは、フォトダイオードＰＤのカソード電極と容量ＣFDとの間に接続され、高レベル（例えば、Ｖｄｄレベル）がアクティブ（以下、「Ｈｉｇｈアクティブ」と記述する）の転送パルスが転送線ＴＸを介してゲート電極に与えられることによってオン状態となる。これにより、フォトダイオードＰＤで光電変換された光電荷を容量ＣFDに転送する。

リセットトランジスタＴｒ−ｒｓｔは、ドレイン電極が電源電位ＶＤＤに、ソース電極が容量ＣFDにそれぞれ接続され、Ｈｉｇｈアクティブのリセットパルスがリセット線ＲＳＴを介してゲート電極に与えられることによってオン状態となる。これにより、フォトダイオードＰＤから容量ＣFDへの信号電荷の転送に先立って、容量ＣFDの電荷を電源電位ＶＤＤに捨てることによって容量ＣFDをリセットする。

増幅トランジスタＴｒ−ａｍｐは、ゲート電極が容量ＣFDに、ドレイン電極が電源電位ＶＤＤにそれぞれ接続され、リセットトランジスタＴｒ−ｒｓｔによってリセットした後の容量ＣFDの電位をリセットレベルとして出力する。さらに、増幅トランジスタＴｒ−ａｍｐは、転送トランジスタＴｒ−ｔｘによって信号電荷を転送した後の容量ＣFDの電位を信号レベルとして出力する。

選択トランジスタＴｒ−ｓｅｌは、例えば、ドレイン電極が増幅トランジスタＴｒ−ａｍｐのソースに、ソース電極が垂直信号線ＶＤＬにそれぞれ接続され、Ｈｉｇｈアクティブの選択パルスが選択線ＳＥＬを介してゲートに与えられることによってオン状態となる。これにより、画素１０を選択状態として増幅トランジスタＴｒ−ａｍｐから出力される信号を垂直信号線ＶＤＬに中継する。

なお、画素１０としては、上記構成の４つのトランジスタからなる周辺回路の構成に限られるものではなく、増幅トランジスタＴｒ−ａｍｐと選択トランジスタＴｒ−ｓｅｌとを兼用した３つのトランジスタからなる画素構成のものなどであっても良く、その画素回路の構成は問わない。

［比較例の構成］
図３は、比較例の構成を説明する模式断面図である。この図では、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した３つの画素１０に対応した模式断面図となっている。比較例の固体撮像装置１’は、一つの画素１０について、受光部であるフォトダイオードＰＤ、フォトダイオードＰＤに対応して設けられる光導波路１００、光導波路１００上に設けられるカラーフィルタＣＦおよびマイクロレンズＭＬ、フォトダイオードＰＤの下側に設けられる配線層Ｈを備えている。

フォトダイオードＰＤは、Ｐ−ｗｅｌｌ（Ｐ型半導体領域）内において個々の画素１０に対応して設けられるＮ型半導体領域によって構成され、ＰＮ接合によって光電変換して得た電荷を所定のタイミングで配線層Ｈへ出力する。

光導波路１００は、フォトダイオードＰＤ上に設けられる平坦化膜２００の上に形成されている。光導波路１００は、各フォトダイオードＰＤに対応して設けられ、コアとなる第１の構造体１０１と、第１の構造体１０１の周辺に設けられるクラッドとなる第２の構造体１０２とから構成される。光導波路１００を構成するため、コアとなる第１の構造体１０１の光の屈折率は、クラッドとなる第２の構造体１０２の光の屈折率より大きくなっている。

カラーフィルタＣＦは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各画素１０の色に対応して光導波路１００の上に形成されている。また、マイクロレンズＭＬは、各画素１０に対応して光導波路１００の上に形成されている。

配線層Ｈは、フォトダイオードＰＤの下側に形成されている。配線層Ｈは、各種のトランジスタＴｒを含む電源線、信号線、選択線等によって構成される。この固体撮像装置１’では、いわゆる裏面照射型であることから、フォトダイオードＰＤの一方側（図中下側）に配線層Ｈが設けられ、フォトダイオードＰＤの他方側（図中上側）から光を受けることになる。

［比較例の製造方法］
図４は、比較例における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図である。なお、ここでは、フォトダイオードＰＤ上に平坦化膜を形成した後の工程から説明するものとする。先ず、図４（ａ）に示すように、平坦化膜２００上の全面にクラッドとなる第２の構造体の材料１０２ａを塗布する。その後、フォトレジストＲを塗布し、第２の構造体となる部分のみ残すよう露光、現像を行う。

次に、このフォトレジストＲを介して第２の構造体の材料１０２ａをエッチングする。これにより、図４（ｂ）に示すように、フォトダイオードＰＤと対応する位置に凹部１０２ｂが形成され、フォトダイオードＰＤの境界となる位置にクラッドとなる第２の構造体１０２が残る状態となる。

次に、第１の構造体１０１の材料を塗布する。これにより、第２の構造体１０２の間となる凹部に、第１の構造体１０１の材料が埋め込まれる。その後、図４（ｃ）に示すように、塗布した第１の構造体１０１の材料の表面を平坦化する。

ここで、固体撮像装置１’において画素数を向上させると、その結果として、画素１０の面積が相対的に小さくなり、コアとなる第１の構造体１０１の開口部も小さくなる。よって、開口の径に対する深さで示されるアスペクト比は、相対的に大きくなる。

そのため、一般的なＣＶＤ法による埋め込みが困難になってくる。具体的には、アスペクト比が大きい場合、図４（ｂ）に示す凹部１０２ａにコアとなる高屈折率材料を埋め込もうとすると、コアとなる光導波路内の中央部には、その材料が存在しない空隙（ボイド）が発生してしまう。すなわち、原料ガスは、コア部の内壁面に吸着され、化学分解されて高屈折率透明材料となるが、そのときに、成膜の進行とともに、次第にコアの内径が小さくなる。このため、コア部への原料ガスの進入が難しくなり、その結果、内部に空隙（ボイド）を残したまま、開口が閉じられてしまい、空隙（ボイド）が発生する。そして、光導波路部内に空隙（ボイド）が発生してしまうと、適切な導波路効果を得ることができず、受光部の感度向上などをもたらすことができないこととなる。

上記凹部１０２ａへのコア材料の埋め込み性を改善する手法として、特許文献１に示す技術がある。これは高真空状態と低真空状態とを繰り返すことにより、原料ガスおよび反応ガスを凹部１０２ａへ供給し、成膜させることで、ボイドを発生せずに、高屈折率透明膜を埋め込む手法である。具体的には、まず、凹部１０２ａを高真空状態として、原料ガスおよび反応ガスを凹部１０２ａに供給する。その際に、凹部１０２ａの内壁面付近において、原料ガスと反応ガスとが反応し、その結果、内壁面に高屈折率材料からなる膜が形成される。続いて、原料ガスおよび反応ガスの供給を止めて、凹部１０２ａを再び高真空状態とし、成膜を繰り返す。

この手法は一般的には、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法（薄膜の成長を１原子層または１分子層ずつ行なう方法）といわれている手法と類似しており、通常のＣＶＤ法と比較して、工程数が非常に多くなり、実用的ではない。また、成膜条件に大きな制限を設けるため、高屈折率透明材料としての特性の自由度（透過率・屈折率）も極めて低いのが実状である。

［本実施形態のポイント］
上記の比較例に対して、本実施形態のポイントは次のようになる。
（１）クラッド部が有機材料で構成された光導波路構造を有する固体撮像装置で、先に、ドライエッチングなどでＰ−ＳｉＮなどで構成されるコア部を形成した後に、クラッド部を有機材料で塗布・埋め込みすることにより、光導波路構造を形成する。
その際、有機材料は、屈折率が低く（約１．４２）、埋め込み性に優れ、耐熱性・耐光性などに優れるフッ素含有系アクリル樹脂、フッ素含有系ポリシロキサンであれば、適切な導波路効果を有することができ、固体撮像素子の集光特性向上（感度向上）をもたらすことができる。また、樹脂を塗布・埋め込みする際においても、コア部を埋め込む場合は、小さなホール状を埋め込む必要があるが、クラッド部であれば、スリット格子状に埋め込むため、コア部よりも著しく埋め込み性が向上する。
（２）カラーフィルタ部分や平坦膜部分にも上記構造を形成しても良い（それぞれの組み合わせも含む）。
（３）有機材料を塗布・埋め込み後に無機膜（例えば、Ｐ−ＳｉＯ）を成膜し、すなわち、キャップ層を形成し、その後、高温熱処理により、有機材料膜中を発泡させることで多孔質化し、更に屈折率を下げて、導波路効果も向上させることができる。
その際、有機材料に熱酸発生剤（例えばパラトルエンスルフォン酸）などを適切量添加することにより、均一性が良く多孔質化することができる。
（４）さらに、光導波路効果だけでなく、直接、クラッド層を通過する光線部分の混色も低減させるために、有機材料に色素（カーボンブラックなど）を内添し、吸収特性を有しても良い。

次に、本発明の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、いずれも受光部に対して配線層が設けられる側（表面側）とは反対側（裏面側）から光を入射する、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置を例とするが、いわゆる表面照射型の固体撮像装置であっても適用可能である。

＜２．第１実施形態＞
［断面構造］
図５は、第１実施形態の構成を説明する模式断面図である。この図では、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した３つの画素１０に対応した模式断面図となっている。第１実施形態に係る固体撮像装置１は、一つの画素１０について、受光部であるフォトダイオードＰＤ、フォトダイオードＰＤに対応して設けられる光導波路１００、光導波路１００上に設けられるカラーフィルタＣＦおよびマイクロレンズＭＬ、フォトダイオードＰＤの下側に設けられる配線層Ｈを備えている。

フォトダイオードＰＤは、Ｐ−ｗｅｌｌ（Ｐ型半導体領域）内において個々の画素１０に対応して設けられるＮ型半導体領域によって構成され、ＰＮ接合によって光電変換して得た電荷を所定のタイミングで配線層Ｈへ出力する。

光導波路１００は、フォトダイオードＰＤ上に設けられる平坦化膜２００の上に形成されている。光導波路１００は、各フォトダイオードＰＤに対応して設けられ、コアとなる透光性を備えた第１の構造体１０１と、第１の構造体１０１の周辺に設けられるクラッドとなる第２の構造体１０２とから構成される。光導波路１００を構成するため、コアとなる第１の構造体１０１の光の屈折率は、クラッドとなる第２の構造体１０２の光の屈折率より大きくなっている。ここで、第２の構造体１０２は、第１の構造体１０１におけるフォトダイオードＰＤの境界位置に対応して設けられるエッチング溝に埋め込まれたものである。

カラーフィルタＣＦは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各画素１０の色に対応して光導波路１００の上に形成されている。また、マイクロレンズＭＬは、各画素１０に対応して光導波路１００の上に形成されている。

配線層Ｈは、フォトダイオードＰＤの下側に形成されている。配線層Ｈは、各種のトランジスタＴｒを含む電源線、信号線、選択線等によって構成される。この固体撮像装置１では、いわゆる裏面照射型であることから、フォトダイオードＰＤの一方側（図中下側）に配線層Ｈが設けられ、フォトダイオードＰＤの他方側（図中上側）から光を受けることになる。

［製造方法］
図６〜図７は、第１実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図である。なお、ここでは、フォトダイオードＰＤ上に平坦化膜を形成した後の工程から説明するものとする。先ず、図６（ａ）に示すように、平坦化膜２００上の全面にコアとなる第１の構造体の材料１０１ａを塗布する。第１の構造体の材料１０１ａは、Ｐ−ＳｉＮ（プラズマＣＶＤ法により生成された窒化シリコン）を用いる。第１の構造体の材料１０１ａは、例えば、屈折率１．９〜２．０のＰ−ＳｉＮが用いられる。その後、フォトレジストＲを塗布し、第１の構造体となる部分のみ残すよう露光、現像を行う。

次に、このフォトレジストＲを介して第１の構造体の材料１０１ａをエッチングする。エッチングは、例えばドライエッチングによる。これにより、図６（ｂ）に示すように、フォトダイオードＰＤの境界となる位置にエッチング溝１０１ｂが形成され、フォトダイオードＰＤの位置と対応してコアとなる第１の構造体１０１が残る状態となる。

次に、図６（ｃ）に示すように、第２の構造体の材料１０２ａをスピンコーティングにより塗布する。第２の構造体の材料１０２ａは、第１の構造体の材料１０１ａより光の屈折率が小さいものを用いる。例えば、第２の構造体の材料１０２ａとして、屈折率１．４を有するフッ素含有系アクリル樹脂や、フッ素含有系ポリシリコサンが用いられる。この塗布によって、第１の構造体１０１の間となるエッチング溝１０１ｂ内に、第２の構造体の材料１０２ａが埋め込まれる。

ここで、エッチング溝１０１ｂは開口に対する深さが深いものであるが、低屈折率材料であるほど埋め込み性が高いことから、第２の構造体の材料１０２ａはエッチング溝１０１ｂ内に良好に埋め込まれる。第２の構造体の材料１０２ａを塗布した後は、熱処理を施して硬化させる。

次に、塗布した第２の構造体の材料１０２ａに対して全面エッチバックを行い、図７（ａ）に示すように平坦化する。なお、この平坦化は必要に応じて行えばよい。また、第２の構造体の材料１０２ａを第１の構造体１０１が表面に露出するまでエッチバックしても、また最表面全面に第２の構造体の材料１０２ａが残るようにエッチバックしてもよい。これにより、第１の構造体１０１をコア、第２の構造体１０２をクラッドとした光導波路１００の構造が各フォトダイオードＰＤ上に形成される。

次に、図７（ｂ）に示すように、各フォトダイオードＰＤの光導波路１００上に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応したカラーフィルタＣＦを形成する。その後、図７（ｃ）に示すように、各カラーフィルタＣＦ上にマイクロレンズＭＬを形成する。これにより、固体撮像装置が完成する。

このような製造方法では、光導波路１００の構造として、先にコアとなる第１の構造体１０１を形成し、間にエッチング溝１０１ｂを形成し、その後、エッチング溝１０１ｂ内にクラッドとなる第２の構造体１０２の材料を埋め込む点に特徴がある。これによって、コアとなる第１の構造体１０１の材料は全面塗布で形成でき、比較例のように凹部に第１の構造体１０１の材料を埋め込む際に生じるボイドの発生を防止できる。また、エッチング溝１０１ｂには、埋め込み性の高い第２の構造体の材料１０２ａを用いることができ、クラッドも良好に形成できるようになる。

＜３．第２実施形態＞
［断面構造］
図８は、第２実施形態の構成を説明する模式断面図である。この図では、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した３つの画素１０に対応した模式断面図となっている。第２実施形態に係る固体撮像装置１は、一つの画素１０について、受光部であるフォトダイオードＰＤ、フォトダイオードＰＤに対応して設けられる光導波路１００、光導波路１００上に設けられるカラーフィルタＣＦおよびマイクロレンズＭＬ、フォトダイオードＰＤの下側に設けられる配線層Ｈを備えている。

フォトダイオードＰＤは、Ｐ−ｗｅｌｌ（Ｐ型半導体領域）内において個々の画素１０に対応して設けられるＮ型半導体領域によって構成され、ＰＮ接合によって光電変換して得た電荷を所定のタイミングで配線層Ｈへ出力する。

光導波路１００は、フォトダイオードＰＤ上に設けられる平坦化膜２００の上に形成されている。光導波路１００は、各フォトダイオードＰＤに対応して設けられ、コアとなる透光性を備えた第１の構造体１０１と、第１の構造体１０１の周辺に設けられるクラッドとなる第２の構造体１０２とから構成される。光導波路１００を構成するため、コアとなる第１の構造体１０１の光の屈折率は、クラッドとなる第２の構造体１０２の光の屈折率より大きくなっている。ここで、第２の構造体１０２は、フォトダイオードＰＤの境界位置に対応する第１の構造体１０１からカラーフィルタＣＦまで設けられるエッチング溝に埋め込まれたものとなっている。

カラーフィルタＣＦは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各画素１０の色に対応して光導波路１００の上に形成されている。また、マイクロレンズＭＬは、各画素１０に対応して光導波路１００の上に形成されている。

配線層Ｈは、フォトダイオードＰＤの下側に形成されている。配線層Ｈは、各種のトランジスタＴｒを含む電源線、信号線、選択線等によって構成される。この固体撮像装置１では、いわゆる裏面照射型であることから、フォトダイオードＰＤの一方側（図中下側）に配線層Ｈが設けられ、フォトダイオードＰＤの他方側（図中上側）から光を受けることになる。

［製造方法］
図９〜図１０は、第２実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図である。なお、ここでは、フォトダイオードＰＤ上に平坦化膜を形成した後の工程から説明するものとする。先ず、図９（ａ）に示すように、平坦化膜２００上の全面にコアとなる第１の構造体の材料１０１ａを塗布する。第１の構造体の材料１０１ａは、Ｐ−ＳｉＮ（プラズマＣＶＤ法により生成された窒化シリコン）を用いる。第１の構造体の材料１０１ａは、例えば、屈折率１．９〜２．０のＰ−ＳｉＮが用いられる。

次に、第１の構造体の材料１０１ａの上に、各フォトダイオードＰＤの位置に対応してＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタＣＦを形成する。その後、フォトレジストＲを塗布し、第１の構造体となる部分のみ残すよう露光、現像を行う。

次に、このフォトレジストＲを介してカラーフィルタＣＦおよび第１の構造体の材料１０１ａをエッチングする。エッチングは、例えばドライエッチングによる。これにより、図９（ｂ）に示すように、フォトダイオードＰＤの境界となる位置に、カラーフィルタＣＦから第１の構造体の材料１０１ａにかけてエッチング溝１０１ｂが形成される。エッチング溝１０１ｂが形成されることで、フォトダイオードＰＤの位置と対応してコアとなる第１の構造体１０１およびその上のカラーフィルタＣＦが分離された状態で残ることになる。

次に、図９（ｃ）に示すように、第２の構造体の材料１０２ａをスピンコーティングにより塗布する。第２の構造体の材料１０２ａは、第１の構造体の材料１０１ａより光の屈折率が小さいものを用いる。例えば、第２の構造体の材料１０２ａとして、屈折率１．４を有するフッ素含有系アクリル樹脂や、フッ素含有系ポリシリコサンが用いられる。この塗布によって、カラーフィルタＣＦおよび第１の構造体１０１の間となるエッチング溝１０１ｂ内に、第２の構造体の材料１０２ａが埋め込まれる。

ここで、エッチング溝１０１ｂは開口に対する深さが深いものであるが、低屈折率材料であるほど埋め込み性が高いことから、第２の構造体の材料１０２ａはエッチング溝１０１ｂ内に良好に埋め込まれる。第２の構造体の材料１０２ａを塗布した後は、熱処理を施して硬化させる。

次に、塗布した第２の構造体の材料１０２ａに対して全面エッチバックを行い、図１０（ａ）に示すように平坦化する。なお、この平坦化は必要に応じて行えばよい。また、第２の構造体の材料１０２ａをカラーフィルタＣＦが表面に露出するまでエッチバックしても、また最表面全面に第２の構造体の材料１０２ａが残るようにエッチバックしてもよい。これにより、第１の構造体１０１をコア、第２の構造体１０２をクラッドとした光導波路１００の構造が各フォトダイオードＰＤ上に形成される。また、第２の構造体１０２がカラーフィルタＣＦの境界まで入り込んだ構造が形成される。

次に、図１０（ｂ）に示すように、各フォトダイオードＰＤの光導波路１００上に形成されたＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフィルタＣＦの上にマイクロレンズＭＬを形成する。これにより、固体撮像装置が完成する。

このような製造方法では、光導波路１００の構造として、先にコアとなる第１の構造体１０１を形成し、その上にカラーフィルタＣＦを形成する。そして、間にエッチング溝１０１ｂを形成し、その後、エッチング溝１０１ｂ内にクラッドとなる第２の構造体１０２の材料を埋め込む点に特徴がある。これによって、コアとなる第１の構造体１０１の材料は全面塗布で形成でき、比較例のように凹部に第１の構造体１０１の材料を埋め込む際に生じるボイドの発生を防止できる。また、エッチング溝１０１ｂには、埋め込み性の高い第２の構造体の材料１０２ａを用いることができ、クラッドも良好に形成できるようになる。さらに、第２の構造体１０２がカラーフィルタＣＦの間にまで入り込む構造のため、カラーフィルタＣＦの位置から光導波路効果によって効率良く光をフォトダイオードＰＤまで伝搬できるようになる。また、カラーフィルタＣＦが第２の構造体１０２で分離していることから、隣接画素からの光の混入を抑制する効果を高めることができる。

＜４．第３実施形態＞
［断面構造］
図１１は、第３実施形態の構成を説明する模式断面図である。この図では、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した３つの画素１０に対応した模式断面図となっている。第３実施形態に係る固体撮像装置１は、一つの画素１０について、受光部であるフォトダイオードＰＤ、フォトダイオードＰＤに対応して設けられる光導波路１００、光導波路１００上に設けられるカラーフィルタＣＦおよびマイクロレンズＭＬ、フォトダイオードＰＤの下側に設けられる配線層Ｈを備えている。

フォトダイオードＰＤは、Ｐ−ｗｅｌｌ（Ｐ型半導体領域）内において個々の画素１０に対応して設けられるＮ型半導体領域によって構成され、ＰＮ接合によって光電変換して得た電荷を所定のタイミングで配線層Ｈへ出力する。

光導波路１００は、フォトダイオードＰＤ上に設けられる平坦化膜２００の上に形成されている。光導波路１００は、各フォトダイオードＰＤに対応して設けられ、コアとなる透光性を備えた第１の構造体１０１と、第１の構造体１０１の周辺に設けられるクラッドとなる第２の構造体１０２とから構成される。光導波路１００を構成するため、コアとなる第１の構造体１０１の光の屈折率は、クラッドとなる第２の構造体１０２の光の屈折率より大きくなっている。ここで、第２の構造体１０２は、フォトダイオードＰＤの境界位置に対応して第１の構造体１０１から平坦化膜２００まで延設しているエッチング溝に埋め込まれたものとなっている。

カラーフィルタＣＦは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各画素１０の色に対応して光導波路１００の上に形成されている。また、マイクロレンズＭＬは、各画素１０に対応して光導波路１００の上に形成されている。

配線層Ｈは、フォトダイオードＰＤの下側に形成されている。配線層Ｈは、各種のトランジスタＴｒを含む電源線、信号線、選択線等によって構成される。この固体撮像装置１では、いわゆる裏面照射型であることから、フォトダイオードＰＤの一方側（図中下側）に配線層Ｈが設けられ、フォトダイオードＰＤの他方側（図中上側）から光を受けることになる。

［製造方法］
図１２〜図１３は、第３実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図である。なお、ここでは、フォトダイオードＰＤ上に平坦化膜を形成した後の工程から説明するものとする。先ず、図１２（ａ）に示すように、平坦化膜２００上の全面にコアとなる第１の構造体の材料１０１ａを塗布する。第１の構造体の材料１０１ａは、Ｐ−ＳｉＮ（プラズマＣＶＤ法により生成された窒化シリコン）を用いる。第１の構造体の材料１０１ａは、例えば、屈折率１．９〜２．０のＰ−ＳｉＮが用いられる。その後、フォトレジストＲを塗布し、第１の構造体となる部分のみ残すよう露光、現像を行う。

次に、このフォトレジストＲを介して第１の構造体の材料１０１ａおよび平坦化膜２００をエッチングする。エッチングは、例えばドライエッチングによる。これにより、図１２（ｂ）に示すように、フォトダイオードＰＤの境界となる位置にエッチング溝１０１ｂが形成され、フォトダイオードＰＤの位置と対応してコアとなる第１の構造体１０１および分割された平坦化膜２００が残る状態となる。

次に、図１２（ｃ）に示すように、第２の構造体の材料１０２ａをスピンコーティングにより塗布する。第２の構造体の材料１０２ａは、第１の構造体の材料１０１ａより光の屈折率が小さいものを用いる。例えば、第２の構造体の材料１０２ａとして、屈折率１．４を有するフッ素含有系アクリル樹脂や、フッ素含有系ポリシリコサンが用いられる。この塗布によって、第１の構造体１０１および平坦化膜２００の間となるエッチング溝１０１ｂ内に、第２の構造体の材料１０２ａが埋め込まれる。

ここで、エッチング溝１０１ｂは開口に対する深さが深いものであるが、低屈折率材料であるほど埋め込み性が高いことから、第２の構造体の材料１０２ａはエッチング溝１０１ｂ内に良好に埋め込まれる。第２の構造体の材料１０２ａを塗布した後は、熱処理を施して硬化させる。

次に、塗布した第２の構造体の材料１０２ａに対して全面エッチバックを行い、図１３（ａ）に示すように平坦化する。なお、この平坦化は必要に応じて行えばよい。また、第２の構造体の材料１０２ａを第１の構造体１０１が表面に露出するまでエッチバックしても、また最表面全面に第２の構造体の材料１０２ａが残るようにエッチバックしてもよい。これにより、第１の構造体１０１をコア、第２の構造体１０２をクラッドとした光導波路１００の構造が各フォトダイオードＰＤ上に形成される。また、第２の構造体１０２が平坦化膜２００まで入り込んだ構造が形成される。

次に、図１３（ｂ）に示すように、各フォトダイオードＰＤの光導波路１００上に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応したカラーフィルタＣＦを形成する。その後、図１３（ｃ）に示すように、各カラーフィルタＣＦ上にマイクロレンズＭＬを形成する。これにより、固体撮像装置が完成する。

このような製造方法では、光導波路１００の構造として、先にコアとなる第１の構造体１０１を形成し、間にエッチング溝１０１ｂを形成し、その後、エッチング溝１０１ｂ内にクラッドとなる第２の構造体１０２の材料を埋め込む点に特徴がある。これによって、コアとなる第１の構造体１０１の材料は全面塗布で形成でき、比較例のように凹部に第１の構造体１０１の材料を埋め込む際に生じるボイドの発生を防止できる。また、エッチング溝１０１ｂには、埋め込み性の高い第２の構造体の材料１０２ａを用いることができ、クラッドも良好に形成できるようになる。さらに、第２の構造体１０２が第１の構造体１０１の下にある平坦化膜２００まで入り込む構造のため、第１の構造体１０１からフォトダイオードＰＤの上の近傍まで光導波路効果によって効率良く光を伝搬できるようになる。また、平坦化膜２００が第２の構造体１０２で分離していることから、隣接画素からの光の混入を抑制する効果を高めることができる。

＜５．第４実施形態＞
［断面構造］
図１４は、第４実施形態の構成を説明する模式断面図である。この図では、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した３つの画素１０に対応した模式断面図となっている。第４実施形態に係る固体撮像装置１は、一つの画素１０について、受光部であるフォトダイオードＰＤ、フォトダイオードＰＤに対応して設けられる光導波路１００、光導波路１００上に設けられるカラーフィルタＣＦおよびマイクロレンズＭＬ、フォトダイオードＰＤの下側に設けられる配線層Ｈを備えている。

フォトダイオードＰＤは、Ｐ−ｗｅｌｌ（Ｐ型半導体領域）内において個々の画素１０に対応して設けられるＮ型半導体領域によって構成され、ＰＮ接合によって光電変換して得た電荷を所定のタイミングで配線層Ｈへ出力する。

光導波路１００は、フォトダイオードＰＤ上に設けられる平坦化膜２００の上に形成されている。光導波路１００は、各フォトダイオードＰＤに対応して設けられ、コアとなる透光性を備えた第１の構造体１０１と、第１の構造体１０１の周辺に設けられるクラッドとなる第２の構造体１０２とから構成される。光導波路１００を構成するため、コアとなる第１の構造体１０１の光の屈折率は、クラッドとなる第２の構造体１０２の光の屈折率より大きくなっている。ここで、第２の構造体１０２は、フォトダイオードＰＤの境界位置に対応して第１の構造体１０１から平坦化膜２００まで延設しているエッチング溝に埋め込まれたものとなっている。また、第２の構造体１０２には、気泡１０３が混入している。

カラーフィルタＣＦは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各画素１０の色に対応して光導波路１００の上に形成されている。また、マイクロレンズＭＬは、各画素１０に対応して光導波路１００の上に形成されている。

配線層Ｈは、フォトダイオードＰＤの下側に形成されている。配線層Ｈは、各種のトランジスタＴｒを含む電源線、信号線、選択線等によって構成される。この固体撮像装置１では、いわゆる裏面照射型であることから、フォトダイオードＰＤの一方側（図中下側）に配線層Ｈが設けられ、フォトダイオードＰＤの他方側（図中上側）から光を受けることになる。

［製造方法］
図１５〜図１６は、第４実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図である。なお、ここでは、フォトダイオードＰＤ上に平坦化膜を形成した後の工程から説明するものとする。先ず、図１５（ａ）に示すように、平坦化膜２００上の全面にコアとなる第１の構造体の材料１０１ａを塗布する。第１の構造体の材料１０１ａは、Ｐ−ＳｉＮ（プラズマＣＶＤ法により生成された窒化シリコン）を用いる。第１の構造体の材料１０１ａは、例えば、屈折率１．９〜２．０のＰ−ＳｉＮが用いられる。その後、フォトレジストＲを塗布し、第１の構造体となる部分のみ残すよう露光、現像を行う。

次に、このフォトレジストＲを介して第１の構造体の材料１０１ａおよび平坦化膜２００をエッチングする。エッチングは、例えばドライエッチングによる。これにより、図１５（ｂ）に示すように、フォトダイオードＰＤの境界となる位置にエッチング溝１０１ｂが形成され、フォトダイオードＰＤの位置と対応してコアとなる第１の構造体１０１および分割された平坦化膜２００が残る状態となる。

次に、図１５（ｃ）に示すように、第２の構造体の材料１０２ａをスピンコーティングにより塗布する。第２の構造体の材料１０２ａは、第１の構造体の材料１０１ａより光の屈折率が小さいものを用いる。例えば、第２の構造体の材料１０２ａとして、屈折率１．４を有するフッ素含有系アクリル樹脂や、フッ素含有系ポリシリコサンが用いられる。この塗布によって、第１の構造体１０１および平坦化膜２００の間となるエッチング溝１０１ｂ内に、第２の構造体の材料１０２ａが埋め込まれる。

ここで、エッチング溝１０１ｂは開口に対する深さが深いものであるが、低屈折率材料であるほど埋め込み性が高いことから、第２の構造体の材料１０２ａはエッチング溝１０１ｂ内に良好に埋め込まれる。また、第２の構造体の材料１０２ａとしては、後の処理で多孔質化するため、第２の構造体の材料１０２ａに対して重量比約５％の熱酸発生剤（パラトルエンスルフォン酸）を添加しておく。第２の構造体の材料１０２ａを塗布した後は、熱処理を施して硬化させる。

次に、塗布した第２の構造体の材料１０２ａに対して全面エッチバックを行い、図１６（ａ）に示すように平坦化する。なお、この平坦化は必要に応じて行えばよい。また、第２の構造体の材料１０２ａを第１の構造体１０１が表面に露出するまでエッチバックしても、また最表面全面に第２の構造体の材料１０２ａが残るようにエッチバックしてもよい。これにより、第１の構造体１０１をコア、第２の構造体１０２をクラッドとした光導波路１００の構造が各フォトダイオードＰＤ上に形成される。また、第２の構造体１０２が平坦化膜２００まで入り込んだ構造が形成される。

次に、図１６（ｂ）に示すように、キャップ層３００を表面の全面に塗布する。キャップ層３００は、Ｐ−ＳｉＯ膜を通常のＣＶＤ法により約５０ｎｍ厚で成膜する。その後、加熱処理（約２３０℃）を施し、第２の構造体１０２の材料に添加した熱酸発生剤を発泡させ、気泡１０３を形成する。

次に、図１６（ｃ）に示すように、各フォトダイオードＰＤの光導波路１００上に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応したカラーフィルタＣＦを形成する。その後、図１６（ｃ）に示すように、各カラーフィルタＣＦ上にマイクロレンズＭＬを形成する。これにより、固体撮像装置が完成する。

このような製造方法では、光導波路１００の構造として、先にコアとなる第１の構造体１０１を形成し、間にエッチング溝１０１ｂを形成し、その後、エッチング溝１０１ｂ内にクラッドとなる第２の構造体１０２の材料を埋め込む点に特徴がある。これによって、コアとなる第１の構造体１０１の材料は全面塗布で形成でき、比較例のように凹部に第１の構造体１０１の材料を埋め込む際に生じるボイドの発生を防止できる。また、エッチング溝１０１ｂには、埋め込み性の高い第２の構造体の材料１０２ａを用いることができ、クラッドも良好に形成できるようになる。さらに、第２の構造体１０２に気泡１０３が混入しているため、第２の構造体１０２の屈折率を気泡１０３が無い場合に比べて小さくすることができ、光導波路１００の光の伝搬効率をより高めることができるようになる。また、平坦化膜２００が第２の構造体１０２で分離していることから、隣接画素からの光の混入を抑制する効果を高めることができる。

＜６．第５実施形態＞
［断面構造］
図１７は、第５実施形態の構成を説明する模式断面図である。この図では、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応した３つの画素１０に対応した模式断面図となっている。第４実施形態に係る固体撮像装置１は、一つの画素１０について、受光部であるフォトダイオードＰＤ、フォトダイオードＰＤに対応して設けられる光導波路１００、光導波路１００上に設けられるカラーフィルタＣＦおよびマイクロレンズＭＬ、フォトダイオードＰＤの下側に設けられる配線層Ｈを備えている。

フォトダイオードＰＤは、Ｐ−ｗｅｌｌ（Ｐ型半導体領域）内において個々の画素１０に対応して設けられるＮ型半導体領域によって構成され、ＰＮ接合によって光電変換して得た電荷を所定のタイミングで配線層Ｈへ出力する。

光導波路１００は、フォトダイオードＰＤ上に設けられる平坦化膜２００の上に形成されている。光導波路１００は、各フォトダイオードＰＤに対応して設けられ、コアとなる透光性を備えた第１の構造体１０１と、第１の構造体１０１の周辺に設けられるクラッドとなる第２の構造体１０２とから構成される。光導波路１００を構成するため、コアとなる第１の構造体１０１の光の屈折率は、クラッドとなる第２の構造体１０２の光の屈折率より大きくなっている。ここで、第２の構造体１０２は、フォトダイオードＰＤの境界位置に対応して第１の構造体１０１から平坦化膜２００まで延設しているエッチング溝に埋め込まれたものとなっている。また、第２の構造体１０２は、遮光機能を有している。さらに、第２の構造体１０２には、必要に応じて気泡１０３が混入している。

カラーフィルタＣＦは、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各画素１０の色に対応して光導波路１００の上に形成されている。また、マイクロレンズＭＬは、各画素１０に対応して光導波路１００の上に形成されている。

配線層Ｈは、フォトダイオードＰＤの下側に形成されている。配線層Ｈは、各種のトランジスタＴｒを含む電源線、信号線、選択線等によって構成される。この固体撮像装置１では、いわゆる裏面照射型であることから、フォトダイオードＰＤの一方側（図中下側）に配線層Ｈが設けられ、フォトダイオードＰＤの他方側（図中上側）から光を受けることになる。

［製造方法］
図１８〜図１９は、第５実施形態における固体撮像装置の光導波路の製造方法を説明する模式断面図である。なお、ここでは、フォトダイオードＰＤ上に平坦化膜を形成した後の工程から説明するものとする。先ず、図１８（ａ）に示すように、平坦化膜２００上の全面にコアとなる第１の構造体の材料１０１ａを塗布する。第１の構造体の材料１０１ａは、Ｐ−ＳｉＮ（プラズマＣＶＤ法により生成された窒化シリコン）を用いる。第１の構造体の材料１０１ａは、例えば、屈折率１．９〜２．０のＰ−ＳｉＮが用いられる。その後、フォトレジストＲを塗布し、第１の構造体となる部分のみ残すよう露光、現像を行う。

次に、このフォトレジストＲを介して第１の構造体の材料１０１ａおよび平坦化膜２００をエッチングする。エッチングは、例えばドライエッチングによる。これにより、図１８（ｂ）に示すように、フォトダイオードＰＤの境界となる位置にエッチング溝１０１ｂが形成され、フォトダイオードＰＤの位置と対応してコアとなる第１の構造体１０１および分割された平坦化膜２００が残る状態となる。

次に、図１８（ｃ）に示すように、第２の構造体の材料１０２ａをスピンコーティングにより塗布する。第２の構造体の材料１０２ａは、第１の構造体の材料１０１ａより光の屈折率が小さいものを用いる。例えば、第２の構造体の材料１０２ａとして、屈折率１．４を有するフッ素含有系アクリル樹脂や、フッ素含有系ポリシリコサンが用いられる。この塗布によって、第１の構造体１０１および平坦化膜２００の間となるエッチング溝１０１ｂ内に、第２の構造体の材料１０２ａが埋め込まれる。

ここで、エッチング溝１０１ｂは開口に対する深さが深いものであるが、低屈折率材料であるほど埋め込み性が高いことから、第２の構造体の材料１０２ａはエッチング溝１０１ｂ内に良好に埋め込まれる。また、第２の構造体の材料１０２には、遮光機能を持たせるため、例えばカーボンブラック等の遮光剤を添加しておく。さらに、必要に応じて、第２の構造体の材料１０２ａには、後の処理で多孔質化するため、第２の構造体の材料１０２ａに対して重量比約５％の熱酸発生剤（パラトルエンスルフォン酸）を添加しておく。第２の構造体の材料１０２ａを塗布した後は、熱処理を施して硬化させる。

次に、塗布した第２の構造体の材料１０２ａに対して全面エッチバックを行い、図１９（ａ）に示すように平坦化する。なお、この平坦化は必要に応じて行えばよい。また、第２の構造体の材料１０２ａを第１の構造体１０１が表面に露出するまでエッチバックしても、また最表面全面に第２の構造体の材料１０２ａが残るようにエッチバックしてもよい。これにより、第１の構造体１０１をコア、第２の構造体１０２をクラッドとした光導波路１００の構造が各フォトダイオードＰＤ上に形成される。また、第２の構造体１０２が平坦化膜２００まで入り込んだ構造が形成される。

次に、第２の構造体の材料１０２ａに熱酸発生剤を添加した場合には、図１９（ｂ）に示すように、キャップ層３００を表面の全面に塗布する。キャップ層３００は、Ｐ−ＳｉＯ膜を通常のＣＶＤ法により約５０ｎｍ厚で成膜する。その後、加熱処理（約２３０℃）を施し、第２の構造体１０２の材料に添加した熱酸発生剤を発泡させ、気泡１０３を形成する。

次に、図１９（ｃ）に示すように、各フォトダイオードＰＤの光導波路１００上に、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）に対応したカラーフィルタＣＦを形成する。その後、図１９（ｃ）に示すように、各カラーフィルタＣＦ上にマイクロレンズＭＬを形成する。これにより、固体撮像装置が完成する。

このような製造方法では、光導波路１００の構造として、先にコアとなる第１の構造体１０１を形成し、間にエッチング溝１０１ｂを形成し、その後、エッチング溝１０１ｂ内にクラッドとなる第２の構造体１０２の材料を埋め込む点に特徴がある。これによって、コアとなる第１の構造体１０１の材料は全面塗布で形成でき、比較例のように凹部に第１の構造体１０１の材料を埋め込む際に生じるボイドの発生を防止できる。また、エッチング溝１０１ｂには、埋め込み性の高い第２の構造体の材料１０２ａを用いることができ、クラッドも良好に形成できるようになる。また、第２の構造体１０２に遮光材料が混入していることで、画素間のブラックマトリクスとしての役目とともに、隣接画素からの光の混入を抑制する効果を高めることができる。さらに、第２の構造体１０２に気泡１０３が混入している構造の場合には、第２の構造体１０２の屈折率を気泡１０３が無い場合に比べて小さくすることができ、光導波路１００の光の伝搬効率をより高めることができるようになる。

＜７．導波路の平面構成＞
図２０は、導波路の平面構成を説明する図（その１）であり、（ａ）は模式断面図、（ｂ）は模式平面図である。図２０（ａ）では、３つの画素に対応した模式断面図となっており、光導波路１００から上の構造のみ示している。また、図２０（ｂ）では、縦×横、３×３の画素に対応した光導波路の平面構成を示している。この例では、光導波路１００の平面構成は矩形を成している。

図２１は、導波路の平面構成を説明する図（その２）であり、（ａ）は模式断面図、（ｂ）は模式平面図である。図２１（ａ）では、３つの画素に対応した模式断面図となっており、光導波路１００から上の構造のみ示している。また、図２１（ｂ）では、縦×横、３×３の画素に対応した光導波路の平面構成を示している。この例では、光導波路１００の平面構成は円形を成している。

上記図２０、図２１に示す光導波路１００の平面構成は一例であり、この他の形状（例えば、５角形や６角形、８角形等の多角形）であってもよい。いずれの例でも、第１の構造体１０１をコアとして、その周辺を第２の構造体１０２で囲むことで光導波路１００が構成される。

＜８．撮像装置＞
図２２は、本実施形態に係る電子機器の一例である撮像装置の構成例を示すブロック図である。図２２に示すように、撮像装置９０は、レンズ群９１を含む光学系、固体撮像装置９２、カメラ信号処理回路であるＤＳＰ（Digital Signal Processor）回路９３、フレームメモリ９４、表示装置９５、記録装置９６、操作系９７および電源系９８等を有している。これらのうち、ＤＳＰ回路９３、フレームメモリ９４、表示装置９５、記録装置９６、操作系９７および電源系９８がバスライン９９を介して相互に接続された構成となっている。

レンズ群９１は、被写体からの入射光（像光）を取り込んで固体撮像装置９２の撮像面上に結像する。固体撮像装置９２は、レンズ群９１によって撮像面上に結像された入射光の光量を画素単位で電気信号に変換して画素信号として出力する。この固体撮像装置９２として、先述した本実施形態の固体撮像装置が用いられる。

表示装置９５は、液晶表示装置や有機ＥＬ(electro luminescence)表示装置等のパネル型表示装置からなり、固体撮像装置９２で撮像された動画または静止画を表示する。記録装置９６は、固体撮像装置９２で撮像された動画または静止画を、不揮発性メモリやビデオテープ、ＤＶＤ(Digital Versatile Disk)等の記録媒体に記録する。

操作系９７は、ユーザによる操作の下に、本撮像装置が持つ様々な機能について操作指令を発する。電源系９８は、ＤＳＰ回路９３、フレームメモリ９４、表示装置９５、記録装置９６および操作系９７の動作電源となる各種の電源を、これら供給対象に対して適宜供給する。

このような撮像装置９０は、ビデオカメラやデジタルスチルカメラ、さらには携帯電話機等のモバイル機器向けカメラモジュールに適用される。この固体撮像装置９２として先述した本実施形態に係る固体撮像装置を用いることで、集光効率の高い撮像装置を提供できることになる。

１…固体撮像装置、１０…画素、１１…垂直選択回路、１２…水平選択／信号処理回路、１３…出力回路、１００…光導波路、１０１…第１の構造体、１０２…第２の構造体、１０３…気泡

Claims (10)

1. 画素ごとに形成される複数の受光部と、
   前記受光部の光入射側に設けられ、第１の屈折率を有する透光性を備えた第１の構造体と、
   前記第１の構造体における前記複数の受光部の境界位置に対応して設けられるエッチング溝と、
   前記エッチング溝に埋め込まれ、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の構造体と
   を備える固体撮像装置。
2. 前記第２の構造体には気泡が混入している
   請求項１記載の固体撮像装置。
3. 前記第２の構造体は遮光機能を有する
   請求項１記載の固体撮像装置。
4. 前記第１の構造体における光入射側にはカラーフィルタおよびマイクロレンズが設けられている
   請求項１から３のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
5. 前記エッチング溝が前記複数の受光部に対応して設けられる複数のカラーフィルタの間まで設けられ、当該エッチング溝に前記第２の構造体が埋め込まれている
   請求項１から４のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
6. 前記エッチング溝が前記第１の構造体と前記受光部との間の絶縁膜まで設けられ、当該エッチング溝に前記第２の構造体が埋め込まれている
   請求項１から５のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
7. 画素ごとに形成された複数の受光部の上の全面に第１の屈折率を有する透光性を備えた第１の構造体を形成する工程と、
   前記第１の構造体における前記複数の受光部の境界位置に対応してエッチングを施し、エッチング溝を形成する工程と、
   前記エッチング溝に、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の構造体を埋め込む工程と
   を有する固体撮像装置の製造方法。
8. 前記第２の構造体に発泡剤を混入しておき、前記エッチング溝に埋め込んだ後に加熱して気泡を生成する
   請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
9. 前記第２の構造体に遮光材料を混入しておく
   請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
10. 取り込んだ光を電気信号に変換する固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置で得た電気信号を処理する信号処理部とを備え、
    前記固体撮像装置として、
    画素ごとに形成される複数の受光部と、
    前記受光部の光入射側に設けられ、第１の屈折率を有する透光性を備えた第１の構造体と、
    前記第１の構造体における前記複数の受光部の境界位置に対応して設けられるエッチング溝と、
    前記エッチング溝に埋め込まれ、前記第１の屈折率より小さい第２の屈折率を有する第２の構造体と
    を有する電子機器。

Images