JP2012146797A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程数の増大、ボイドによる感度低下、及び光利用効率の低下を防ぐことが可能な固体撮像素子の製造方法を提供する。
【解決手段】シリコン基板１内に形成された光電変換部（ＰＤ）２と、ＰＤ２の上方に形成されたカラーフィルタ７と、カラーフィルタ７上方に形成されたマイクロレンズ８と、マイクロレンズ８とＰＤ２との間に形成され、マイクロレンズ８で集光された光をＰＤ２に導く光導波部９とを有する画素部を複数有する固体撮像素子の製造方法であって、光導波部９を形成する工程は、基板１上方に、ＰＤ２上方に凹部５Ｋを有する絶縁膜５を形成する第一の工程と、絶縁膜５上に、絶縁膜５よりも屈折率が高くかつＰＤ２上方に凹部５Ｋ内にまで達する凹部６Ｋを有する高屈折率材料膜６を形成する第二の工程と、高屈折率材料膜６上に、高屈折率材料膜６よりも屈折率が低くかつ凹部６Ｋを埋めるカラーフィルタ７を形成する第三の工程とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に関する。

近年、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）型イメージセンサ、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄａｃｔｏｒ）型イメージセンサ等の固体撮像素子において、感度を向上させるために、受光部上方に光導波部を有するものが増えてきている。

光導波部は、一般的には、高屈折率材料層と、この高屈折率材料層の周囲に設けられる低屈折率材料層とで構成され、高屈折率材料層内を高屈折率材料層と低屈折率材料層との界面で光が反射しながら受光部側へと進むようになっている（特許文献１，２参照）。

光導波部の製造方法としては、例えば特許文献１に記載されているように、受光部上に形成された低屈折率材料層に孔部を形成し、この孔部に当該低屈折率材料層よりも屈折率の高い高屈折率材料層を埋め込むことで形成する方法が一般的である。

しかし、固体撮像素子の微細化に伴い、受光部上の低屈折率材料層に形成される孔部を大きくすることができなくなってきており、上述した方法では、当該孔部に高屈折率材料層を綺麗に埋め込むことが難しい。この結果、高屈折率材料層内にボイド（固体材料が存在しない空洞）が生じやすくなっており、このボイドに起因する感度低下が懸念されている。

特許文献３には、受光部上の絶縁膜と、当該絶縁膜に形成された孔部の側壁及び底面に形成されたプラズマ窒化シリコン膜と、当該プラズマ窒化シリコン膜の間に埋め込まれたポリイミド系樹脂層とから構成される光導波部が記載されている。

この光導波部は、プラズマ窒化シリコン膜の屈折率が、その外側にある絶縁膜及びポリイミド樹脂層の屈折率よりも高くなっており、プラズマ窒化シリコン膜内を光が反射しながら受光部まで到達するようになっている。

特許文献３では、受光部上の絶縁膜に孔部を形成した後、その孔部にプラズマ窒化シリコン膜を成膜し、このプラズマ窒化シリコン膜の間にポリイミド系樹脂層を埋めて平坦化することで光導波部を形成している。そして、ポリイミド系樹脂層を平坦化した後、ポリイミド系樹脂層上にパッシベーション膜、平坦化膜、カラーフィルタ、マイクロレンズを順に形成して、固体撮像素子を完成させている。

特許文献３に記載の光導波部によれば、高屈折率材料であるプラズマ窒化シリコン膜を、孔部を完全に埋めるように形成する必要がない。このため、上述したボイドの発生の心配がなく、感度低下を防ぐことが可能になる。

特開２００２−１１８２４５号公報 特開２０１０−０６７９２６号公報 特開２００８−１０９１５３号公報

しかし、特許文献３に記載の光導波部の製造方法は、プラズマ窒化シリコン膜の間にポリイミド系樹脂層を埋めてこの層を平坦化する工程が必要であるため、上述した一般的な製造方法と比べて製造工程数が増加してしまう。

また、特許文献３に記載の光導波部では、カラーフィルタを透過した光のうちの一部の光が、ポリイミド系樹脂層（クラッド）を通過してからプラズマ窒化シリコン膜（コア）に入射することになる。この結果、ポリイミド系樹脂層にて光吸収が起こるため、光利用効率が低下してしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、製造工程数の増大、ボイドによる感度低下、及び光利用効率の低下を防ぐことが可能な固体撮像素子の製造方法及び固体撮像素子を提供することを目的とする。

本発明の固体撮像素子の製造方法は、開示された固体撮像素子の製造方法は、半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部の上方に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上方に形成されたマイクロレンズと、前記マイクロレンズと前記光電変換部との間に形成され、前記マイクロレンズで集光された光を前記光電変換部に導く光導波部とを有する画素部を複数有する固体撮像素子の製造方法であって、前記光導波部を形成する工程が、前記半導体基板上方に、前記光電変換部上方に第一の凹部を有する絶縁膜を形成する第一の工程と、前記絶縁膜上に、前記絶縁膜よりも屈折率が高くかつ前記光電変換部上方に前記第一の凹部内にまで達する第二の凹部を有する高屈折率材料膜を形成する第二の工程と、前記高屈折率材料膜上に、前記高屈折率材料膜よりも屈折率が低くかつ前記第二の凹部を埋める前記カラーフィルタを形成する第三の工程とを含むものである。

この方法によれば、高屈折率材料膜がそれよりも屈折率の低い絶縁膜とカラーフィルタによって挟まれるため、マイクロレンズにより集光されてカラーフィルタを透過した光は高屈折率材料膜にダイレクトに入射し、高屈折率材料膜内を通って光電変換部まで到達することができる。この結果、カラーフィルタを透過した光を効率よく光電変換部まで導くことができ、光利用効率を向上させることができる。また、この方法によれば、光導波部とカラーフィルタとを同時に形成することができるため、製造コストの増大を防ぐことができる。また、この方法によれば、高屈折率材料膜を第一の凹部を埋めることなく形成するため、高屈折率材料膜内にボイドが生じることがなく、ボイドによる感度低下を防ぐことができる。

本発明の固体撮像素子は、半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部上方に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上方に形成されたマイクロレンズと、前記マイクロレンズと前記光電変換部との間に形成され、前記マイクロレンズで集光された光を前記光電変換部に導く光導波部とを有する固体撮像素子であって、前記光導波部は、前記半導体基板上方に形成され、前記光電変換部上方に第一の凹部を有する絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され、前記絶縁膜よりも屈折率が高くかつ前記第一の凹部内に達する第二の凹部を有する高屈折率材料膜と、前記高屈折率材料膜上に形成され、前記高屈折率材料膜よりも屈折率が低くかつ前記第二の凹部を埋める前記カラーフィルタとにより構成されるものである。

この構成により、高屈折率材料膜がそれよりも屈折率の低い絶縁膜とカラーフィルタによって挟まれるため、マイクロレンズにより集光されてカラーフィルタを透過した光は高屈折率材料膜にダイレクトに入射し、この高屈折率材料膜内を通って光電変換部まで到達することができる。この結果、カラーフィルタを透過した光を効率よく光電変換部まで導くことができ、光利用効率を向上させることができる。また、この構成によれば、光導波部の一部をカラーフィルタと兼用しているため、光導波部とカラーフィルタとを同時に形成することができ、製造工程数を減らすことができる。また、この構成によれば、高屈折率材料膜が第一の凹部を埋める平坦な形状ではないため、高屈折率材料膜を形成する際に高屈折率材料膜内にボイドが発生するのを防ぐことができ、ボイドによる感度低下を防ぐことができる。

本発明によれば、製造工程数の増大、ボイドによる感度低下、及び光利用効率の低下を防ぐことが可能な固体撮像素子の製造方法及び固体撮像素子を提供することができる。

本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の１画素部の断面構成を示す模式図 図１に示した固体撮像素子の製造方法の一例を説明するための図 図１に示した固体撮像素子の製造方法の一例を説明するための図 図１に示した固体撮像素子の製造工程の別の例を示す図 図１に示した固体撮像素子の製造工程の別の例を示す図 図１に示した固体撮像素子の変形例を示す断面模式図 図６に示した固体撮像素子の製造工程の一例を示す図 図６に示した固体撮像素子の製造工程の一例を示す図 図１に示した固体撮像素子において凹部６Ｋ内が全て高屈折率材料膜６であると仮定したときの感度を基準（１００％）として、図１に示した固体撮像素子の凹部６Ｋ内がカラーフィルタで埋まっているものと、ボイド（空気）で埋まっているものとの感度をシミュレーションにより求めた結果を示す図 図１に示した固体撮像素子の全体構成を示す平面模式図 図１１に示す固体撮像素子におけるカラーフィルタ材料の残渣を防ぐための製造方法を説明するための図 図１１に示す固体撮像素子の製造工程を説明する図 図１１に示す固体撮像素子の製造工程を説明する図 図１１に示す固体撮像素子の製造工程を説明する図 図１１に示す固体撮像素子の製造工程を説明する図

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の１画素部の断面構成を示す模式図である。この固体撮像素子は、図１に示す画素部を複数有し、この複数の画素部が二次元状に配置された構成になっている。

図１に示す画素部は、半導体基板としてのシリコン基板１内に形成された光電変換部（フォトダイオード：ＰＤ）２と、光電変換部２上方に形成された分光を行うためのカラーフィルタ７と、カラーフィルタ７上方に形成されたマイクロレンズ８と、マイクロレンズ８と光電変換部２との間に形成され、マイクロレンズ８で集光された光を光電変換部２に効率的に導くための光導波部９とを備える。

シリコン基板１上には酸化シリコン膜又はＯＮＯ膜等のゲート絶縁膜３が形成されている。

ゲート絶縁膜３上には、平面視において光電変換部２を囲うように構造物４が配置されている。

構造物４は、固体撮像素子がＣＣＤ型であれば、ＣＣＤを構成する電荷転送電極とそれを遮光する遮光膜、絶縁のための膜等を含む層であり、固体撮像素子がＭＯＳ型であれば、ＭＯＳ回路の配線、ＭＯＳ回路を遮光する遮光膜、絶縁のための膜等を含む層である。

構造物４及びゲート絶縁膜３上には、光導波部９のクラッドとして機能する絶縁膜５が形成されている。

絶縁膜５は、構造物４の周囲に沿って形成されており、光電変換部２上方においてゲート絶縁膜３まで達する凹部５Ｋを有する形状となっている。絶縁膜５は、例えばプラズマＣＶＤによって形成されたプラズマ酸化シリコン（Ｐ−ＳｉＯ）で形成されている。

絶縁膜５及びゲート絶縁膜３上には、光導波部９のコア（光導波路）として機能する高屈折率材料膜６が形成されている。

高屈折率材料膜６は、凹部５Ｋを完全に埋める形で形成されているのではなく、光電変換部２上方において凹部５Ｋ内にまで達する凹部６Ｋを有する形で形成されている。

高屈折率材料膜６は、絶縁膜５よりも屈折率の高い材料で形成されており、例えばプラズマＣＶＤによって形成されたプラズマ窒化シリコン（Ｐ−ＳｉＮ）で形成されている。

高屈折率材料膜６上には屈折率が高屈折率材料膜６よりも低い材料で構成される、上面が平坦なカラーフィルタ７が形成されている。

カラーフィルタ７は、高屈折率材料膜６の凹部６Ｋを埋めて形成されているため、光電変換部２上方において絶縁膜５の凹部５Ｋ内にまで達する凸部を有する形状となっている。

また、カラーフィルタ７は、高屈折率材料膜６よりも屈折率が低くなっているため、高屈折率材料膜６で構成される光導波部９のコアに対してクラッドとして機能する。

このように、光導波部９は、シリコン基板１上方に形成された凹部５Ｋを有する絶縁膜５と、絶縁膜５上に形成され、光電変換部２上方において凹部５Ｋ内にまで達する凹部６Ｋを有する高屈折率材料膜６と、高屈折率材料膜６上に凹部６Ｋを埋めて形成されたカラーフィルタ７とにより構成されている。

マイクロレンズ８によって集光された光はカラーフィルタ７に入射し、ここを透過した光がカラーフィルタ７と高屈折率材料膜６の界面で屈折して高屈折率材料膜６内に進入する。高屈折率材料膜６内に進入した光は、絶縁膜５と高屈折率材料膜６との界面、高屈折率材料膜６とカラーフィルタ７との界面で全反射を繰り返しながら光電変換部２へと到達する。

なお、高屈折率材料膜６（光導波路）からの光の染み出しを抑制するため、高屈折率材料膜６の膜厚（導波路径）は、最も小さいところで２００ｎｍ程度としておくことが好ましい。

高屈折率材料膜６の厚みは、凹部５Ｋのシリコン基板１表面に平行な方向の幅が大きいほど大きくすることができる。このため、絶縁膜５の厚みはできるだけ小さくすることが好ましい。しかし、絶縁膜５の厚みが小さすぎると、絶縁膜５と高屈折率材料膜６との界面で全反射が起こりにくくなるため、絶縁膜５の厚みは１００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲にするのが好ましい。

また、光導波部９において効率的に光を導くためには、（絶縁膜５の屈折率）＜（カラーフィルタ７の屈折率）＜（高屈折率材料膜６の屈折率）の関係を満たしていることが好ましい。具体的には、絶縁膜５の屈折率をｎ＝１．４〜１．５とし、高屈折率材料膜６の屈折率をｎ＝１．９〜２．０とし、カラーフィルタ７の屈折率をｎ＝１．６〜１．７とすることが好ましい。

以上のように、図１に示す固体撮像素子によれば、コアとなる高屈折率材料膜６がそれよりも屈折率の低い絶縁膜５及びカラーフィルタ７によって挟まれるため、マイクロレンズ８により集光されてカラーフィルタ７を透過した光は高屈折率材料膜６にダイレクトに入射し、この高屈折率材料膜６内を通って光電変換部２まで到達することができる。この結果、カラーフィルタ７を透過した光を効率よく光電変換部２まで導くことができ、光利用効率を向上させることができる。

また、この固体撮像素子によれば、光導波部９の一部をカラーフィルタ７と兼用しているため、後述の製造工程で説明するように、光導波部９とカラーフィルタ７とを同時に形成することができ、製造工程数を減らすことができる。

また、この固体撮像素子によれば、高屈折率材料膜６が凹部５Ｋを埋める平坦な形状ではないため、後述の製造方法で説明するように、高屈折率材料膜６内にボイドが発生しないように高屈折率材料膜６を形成することができ、ボイドによる感度低下を防ぐことができる。

また、この固体撮像素子によれば、カラーフィルタ７が高屈折率材料膜６の凹部６Ｋ内にまで埋まっているため、カラーフィルタ７の上面の位置を、シリコン基板１側に下げることができる。つまり、カラーフィルタ７の薄型化が可能となり、固体撮像素子の低背化が可能となる。また、この固体撮像素子によれば、高屈折率材料膜６を窒化シリコンで形成しているため、高屈折率材料膜６をパッシベーション膜としても機能させることができ、パッシベーション膜を別途設ける場合と比較して、固体撮像素子の厚みを小さくすることができる。

次に、図１に示した固体撮像素子の製造方法について説明する。

図２及び図３は、図１に示した固体撮像素子の製造方法の一例を説明するための図である。

シリコン基板１内の光電変換部２等の構成要素及びシリコン基板１上方の構造物４を周知の方法によって形成した後、構造物４及びゲート絶縁膜３上に、絶縁膜５の材料として例えばＢＰＳＧ（Boron Phosphorus Silicon Glass)をＣＶＤによって成膜してＢＰＳＧ膜５ａを形成し、これをリフローして平坦化する（図２（ａ））。

次に、ＢＰＳＧ膜５ａ上にフォトリソグラフィによりハードマスクを形成し、このハードマスクを介してＲＩＥ（Reactive Ion Etching）を行い、光電変換部２の一部領域の上方にあるＢＰＳＧ膜５ａを全て除去して、光電変換部２上方に凹部５Ｋを有する絶縁膜５を形成する（図２（ｂ））。

次に、絶縁膜５及びゲート絶縁膜３上にプラズマＣＶＤにより高屈折率材料膜６の材料となる窒化シリコンを成膜して、窒化シリコン膜６ａを形成する（図２（ｃ））。窒化シリコン膜６ａは、構造物４及び絶縁膜５によってゲート絶縁膜３上に形成される凹凸の形状を反映する形で形成され、光電変換部２上方において絶縁膜５の凹部５Ｋ内にまで達する凹部６Ｋを有するものとなる。

次に、レジストエッチバックを行って窒化シリコン膜６ａの表面を削り、その後、プラズマＣＶＤによって窒化シリコンを再び成膜する。

この工程を繰り返すことにより、窒化シリコン膜６ａのシリコン基板１表面からの高さを一定にしながら、凹部５Ｋ内における窒化シリコン膜６ａの厚みだけを調整することができる。なお、この厚みを調整する工程は省略することも可能である。

窒化シリコン膜６ａの厚みの調整を終了した後は、アルゴンスパッタエッチングを行って、窒化シリコン膜６ａの凹部６Ｋを広げる加工を行う。この加工により高屈折率材料膜６が完成する（図３（ｄ））。なお、この凹部６Ｋを広げる加工は省略してもよい。

次に、カラーフィルタ材料を例えばスピンコートにより高屈折率材料膜６上に成膜し、露光、現像、ベーク等を行ってカラーフィルタ７を形成する（図３（ｅ））。

なお、カラーフィルタ材料は、凹部６Ｋへの埋め込み性とカラーフィルタ７上面の平坦性改善とを考慮して、その粘度を６ｃＰ以下とすることが好ましい。

また、カラーフィルタ７上面の平坦性を更に上げるために、カラーフィルタ７を形成した後、ＣＭＰ又はエッチバック等によってカラーフィルタ７上面を平坦化する工程を追加してもよい。

これにより、マイクロレンズ８の形成がよりしやすくなり、集光効率を上げることができる。カラーフィルタ７上面を平坦化する工程を追加する場合は、カラーフィルタ材料を成膜するときの厚みを、カラーフィルタ７の所望の厚みよりも大きくしておけばよい。

次に、カラーフィルタ７上にマイクロレンズ８を周知の方法によって形成し（図３（ｆ））、図１に示した構造を得る。

以上のように、図２，３に示した製造方法によれば、高屈折率材料膜６を、凹部５Ｋ内に達する凹部６Ｋができるように形成している。このため、高屈折率材料膜６内にボイドが発生するのを防止することができる。

また、この製造方法によれば、高屈折率材料膜６上にカラーフィルタ７を直接形成して、凹部６Ｋをカラーフィルタ７で埋め込んでいるため、凹部６Ｋにカラーフィルタ７とは別の材料を埋め込んでからその上にカラーフィルタ７を形成する場合と比較して、製造工程数の増加を防ぐことができる。

また、この製造方法によれば、絶縁膜５の上面は平坦化されているため、その上に形成される高屈折率材料膜６の上面も平坦になり、その結果、高屈折率材料膜６上に平坦化膜を形成することなく、平坦性の高いカラーフィルタ７を形成することができる。したがって、平坦化膜を形成する工程を省略することができ、製造工程数を削減することができる。

また、この製造方法によれば、高屈折率材料膜６を窒化シリコン膜で形成しているため、絶縁機能、パッシベーション膜としての機能、平坦化膜としての機能も得ることができる。このため、パッシベーション膜及び平坦化膜等を別途形成する工程を省略することができ、製造工程数を削減することができる。

また、この製造方法によれば、窒化シリコン膜６ａを形成した後、アルゴンスパッタエッチングを行って、窒化シリコン膜６ａの凹部６Ｋを広げる加工を行っているため、後のカラーフィルタ材料の成膜時に、当該カラーフィルタ材料を凹部６Ｋに埋めやすくすることができる。

図４、５は、図１に示した固体撮像素子の製造工程の別の例を示す図である。図４，５に示す製造方法は、絶縁膜５の形成方法が異なる点を除いては図２，３で説明したものと同じである。

シリコン基板１内の光電変換部２等の構成要素及びシリコン基板１上方の構造物４を周知の方法によって形成した後、構造物４及びゲート絶縁膜３上に絶縁膜５の材料として例えば酸化シリコンをプラズマＣＶＤによって成膜して酸化シリコン膜５ａ’を形成する（図４（ａ））。

酸化シリコン膜５ａ’は、構造物４によってゲート絶縁膜３上に形成される凹凸の形状を反映する形で形成される。

次に、酸化シリコン膜５ａ’上にフォトリソグラフィによりハードマスクを形成し、このハードマスクを介してＲＩＥを行い、光電変換部２の一部領域の上方にある酸化シリコン膜５ａ’を全て除去して、光電変換部２上方に凹部５Ｋを有する絶縁膜５を形成する（図４（ｂ））。

次に、絶縁膜５及びゲート絶縁膜３上に、プラズマＣＶＤにより窒化シリコン膜６ａを形成する（図４（ｃ））。

窒化シリコン膜６ａは、構造物４及び絶縁膜５によってゲート絶縁膜３上に形成される凹凸の形状を反映する形で形成され、光電変換部２上方において絶縁膜５の凹部５Ｋ内にまで達する凹部６Ｋを有するものとなる。

以降は、図３（ｄ）と同様に、窒化シリコン膜６ａの厚み調整及び凹部６Ｋを広げる加工を行って高屈折率材料膜６を形成する（図５（ｄ））。

次に、図３（ｅ）と同様に、高屈折率材料膜６上にカラーフィルタ材料を例えばスピンコートにより成膜し、露光、現像、ベーク等を行ってカラーフィルタ７を形成する（図５（ｅ））。

最後に、カラーフィルタ７上にマイクロレンズ８を周知の方法によって形成し（図５（ｆ））、図１に示した構造を得る。

図４，５に示す製造方法によれば、図２，３に示す製造方法と比較して、絶縁膜５を形成する際のリフロー工程を省略することができ、工程数を少なくすることができる。

なお、図４（ａ）において酸化シリコン膜５ａ’を形成する前に、光電変換部２上方のゲート絶縁膜３上に、高屈折率材料膜６を構成する材料と同じ材料（ここでは窒化シリコン）をプラズマＣＶＤにより形成しておくことが好ましい。

この窒化シリコン膜を形成しておくことで、この窒化シリコン膜が酸化シリコン膜５ａ’をエッチングする際のストッパとして機能するため、酸化シリコン膜５ａ’のパターニングが容易になる。また、この窒化シリコン膜は高屈折率材料膜６と同じ材料であるため、この窒化シリコン膜も導波路として機能させることができる。

図６は、図１に示した固体撮像素子の変形例を示す断面模式図である。

図１に示した固体撮像素子は、絶縁膜５の凹部５Ｋが絶縁膜５の上面からゲート絶縁膜３まで達する構成（凹部５Ｋ内における高屈折率材料膜６とシリコン基板１との間に絶縁膜５が存在しない部分がある構成）であるが、図６に示した固体撮像素子は、絶縁膜５の凹部５Ｋが絶縁膜５の上面からゲート絶縁膜３まで達しておらず、構造物４の間のゲート絶縁膜３上に絶縁膜５が存在している構成である。

図６に示した構成であっても、絶縁膜５の厚みを光が透過できる程度に薄くしておことで、高屈折率材料膜６に進入した光を、光電変換部２上方の絶縁膜５を透過させて光電変換部２に入射させることができる。

図７，８は、図６に示した固体撮像素子の製造工程の一例を示す図である。

シリコン基板１内の光電変換部２等の構成要素及びシリコン基板１上方の構造物４を周知の方法によって形成した後、構造物４及びゲート絶縁膜３上に、例えば酸化シリコンをプラズマＣＶＤによって成膜して絶縁膜５を形成する（図７（ａ））。

絶縁膜５は、構造物４によってゲート絶縁膜３上に形成される凹凸の形状を反映する形で形成され、光電変換部２上方において凹部５Ｋを有するものとなる。

次に、絶縁膜５上にプラズマＣＶＤにより窒化シリコン膜６ａを形成する（図７（ｂ））。

窒化シリコン膜６ａは、絶縁膜５の凹凸の形状を反映する形で形成され、光電変換部２上方において絶縁膜５の凹部５Ｋ内にまで達する凹部６Ｋを有するものとなる。

以降は、図３（ｄ）と同様に、窒化シリコン膜６ａの厚み調整及び凹部６Ｋを広げる加工を行って高屈折率材料膜６を形成する（図７（ｃ））。

次に、図３（ｅ）と同様に、高屈折率材料膜６上にカラーフィルタ材料を例えばスピンコートにより成膜し、露光、現像、ベーク等を行ってカラーフィルタ７を形成する（図８（ｄ））。

最後に、カラーフィルタ７上にマイクロレンズ８を周知の方法によって形成し（図８（ｅ））、図６に示した構造を得る。

図７，８に示した製造方法によれば、絶縁膜５をパターニングなしに形成することができるため、図２，３に示した製造方法、図４，５に示した製造方法よりも工程数を削減することができる。

次に、図１に示した固体撮像素子の感度と、図１に示した固体撮像素子において高屈折率材料膜６の凹部６Ｋ内に、カラーフィルタ７とは別の低屈折率材料が埋められていると仮定したときの感度と、図１に示した固体撮像素子において、高屈折率材料膜６が凹部５Ｋをボイドなく完全に埋めた平坦な膜であると仮定したときの感度とをシミュレーションした結果を説明する。

図９は、図１に示した固体撮像素子において凹部６Ｋ内が全て高屈折率材料膜６で埋まっている（ボイドレス品）と仮定したときの感度を基準（１００％）として、図１に示した固体撮像素子の感度と、図１に示した固体撮像素子において凹部６Ｋ内にボイド（空気）が埋まっているものの感度とをシミュレーションにより求めた結果を示す図である。図９において、“ＣＦ”と記載したものが図１に示した固体撮像素子の感度を示し、“Ａｉｒ”と記載したものが図１に示した固体撮像素子において凹部６Ｋ内に空気があるものの感度を示している。

図１０に示すように、Ｆ値５．６、Ｆ値２．８のいずれの場合でも、高屈折率材料膜６内にボイド（空気）がある場合と比較すると、図１に示した固体撮像素子の感度は２０％近く向上することがわかった。

また、Ｆ値５．６、Ｆ値２．８のいずれの場合でも、図１に示す固体撮像素子において高屈折率材料膜６に凹部６Ｋもボイドも存在しない固体撮像素子（ボイドレス品）と比較すると、図１に示した固体撮像素子の感度は１０％程度しか低下しないことがわかった。

図９の結果から分かるように、高屈折率材料膜６をボイドなく平坦に形成した固体撮像素子の感度が最も高い。しかし、前述したように、微細化が進んだ固体撮像素子においては、ボイドを形成することなく平坦な高屈折率材料膜６を形成することが難しい。

これに対し、図１に示した固体撮像素子によれば、ボイドの発生を防止しながら、図１に示す固体撮像素子において高屈折率材料膜６に凹部６Ｋもボイドも存在しないと仮定した固体撮像素子と同等の感度を得ることができる。したがって、微細化された素子であっても、製造コストを増大させることなく、感度の低下を防いだ高品質の固体撮像素子を製造することができる。

図１、６に示した固体撮像素子は、カラーフィルタ７が、高屈折率材料膜６の凹部６Ｋ内にまで埋め込まれた構成である。このため、カラーフィルタ材料としてポジ型レジストを用いた場合には、以下で説明する理由により、カラーフィルタ材料の残渣が発生しやすい。

例えば、固体撮像素子が、カラーフィルタ７として赤色の波長域の光を透過する赤色カラーフィルタを有するＲ画素部と、カラーフィルタ７として緑色の波長域の光を透過する緑色カラーフィルタを有するＧ画素部と、カラーフィルタ７として青色の波長域の光を透過する青色カラーフィルタを有するＢ画素部との３種類の画素部を有する場合について説明する。

このような固体撮像素子は、カラーフィルタ７が３色あるため、図３（ｄ）に示す状態まで素子を製造した後、カラーフィルタ７の色毎に、カラーフィルタ７の形成工程を分けて行う必要がある。

例えば、最初にＲ画素部に赤色カラーフィルタを形成する場合、図３（ｄ）に示す状態にある全ての画素部の高屈折率材料膜６上に、ポジ型レジストからなる赤色カラーフィルタ材料を成膜する。このとき、Ｒ画素部以外のＧ画素部とＢ画素部にも、Ｒ画素部と同様に赤色カラーフィルタ材料が高屈折率材料膜６上に成膜される。

次に、Ｒ画素部にのみ赤色カラーフィルタ材料を残すために、Ｒ画素部のみをマスクするレチクル（フォトマスク）を用意し、このレチクル（フォトマスク）を介してＢ画素部とＧ画素部に成膜された赤色カラーフィルタ材料を露光する。

露光終了後、現像を行ってＧ画素部とＢ画素部に成膜された赤色カラーフィルタ材料を除去する。しかし、図１に示す固体撮像素子は従来の固体撮像素子と違い、赤色カラーフィルタ材料がシリコン基板１側に近い位置にも存在するため、従来の露光だけではＧ画素部とＢ画素部の凹部６Ｋ内に埋められた赤色カラーフィルタ材料を除去しきれない。

この結果、Ｇ画素部とＢ画素部の凹部６Ｋ内には赤色カラーフィルタ材料の残渣が発生し、この残渣が、Ｂ画素部とＧ画素部に後に形成するカラーフィルタの品質を低下させてしまう。このような残渣は、最後にカラーフィルタを形成する画素部を除く画素部においてカラーフィルタを形成するときに発生する。

以下では、このような残渣が発生するのを防ぐための製造方法について説明する。

図１０は、本発明の一実施形態を説明するための固体撮像素子の全体構成を示す平面模式図である。図１０に示す固体撮像素子は、Ｒ画素部１０ｒとＧ画素部１０ｇとＢ画素部１０ｂの３種類の画素部を含み、これらの画素部がベイヤー状に配列された構成である。各画素部の構成は図１又は図６に示した構成となっており、画素部の種類毎に、カラーフィルタの透過波長が異なっている。

図１０に示す固体撮像素子において、例えば、最初にＢ画素部に青色のカラーフィルタ７を形成する場合を説明する。

図１１は、図１０に示す固体撮像素子におけるカラーフィルタ材料の残渣を防ぐための製造方法を説明するための図であり、各工程における図１０に示すａ−ａ線断面を示す図である。図１１では、高屈折率材料膜６、絶縁膜５、及び構造物４において、画素部同士の境界を示すために境界線を記してあるが、実際にはこのような境界線はない。以降の図においても同様である。

まず、図３（ｄ）に示す状態にある全ての画素部の高屈折率材料膜６上に、ポジ型レジストからなる青色カラーフィルタ材料７ｂを成膜する。このとき、Ｂ画素部以外のＲ画素部とＧ画素部にも、Ｂ画素部と同様に青色カラーフィルタ材料７ｂが高屈折率材料膜６上に成膜される（図１１（ａ））。

次に、Ｂ画素部にのみ青色カラーフィルタ材料７ｂを残すために、Ｂ画素部のみをマスクするレチクル（フォトマスク）Ｍ１を用意し、このレチクル（フォトマスク）Ｍ１を介してＲ画素部とＧ画素部に成膜された青色カラーフィルタ材料７ｂを露光する（図１１（ｂ））。

露光終了後、Ｒ画素部とＧ画素部の各々の露光範囲がレチクル（フォトマスク）Ｍ１よりも狭いレチクル（フォトマスク）Ｍ２を用意し、このレチクル（フォトマスク）Ｍ２を介してＲ画素部とＧ画素部に成膜された青色カラーフィルタ材料７ｂをもう１度露光する（図１１（ｃ））。

この２回目の露光では、Ｒ画素部とＧ画素部の各々の凹部６Ｋ内にある青色カラーフィルタ材料７ｂを少なくとも露光できればよく、そのようなレチクル（フォトマスク）Ｍ２を用いる。

２回目の露光では、Ｒ画素部とＧ画素部の各々の凹部６Ｋ内にある青色カラーフィルタ材料７ｂを確実に露光するために、露光エネルギー（例えば露光時間）を適度に調整すると良い。

２回目の露光終了後は、現像を行ってＲ画素部とＧ画素部に成膜された青色カラーフィルタ材料７ｂを除去する。Ｒ画素部とＧ画素部の凹部６Ｋ内に成膜された青色カラーフィルタ材料７ｂは、２回の露光によって十分に露光されているため、この現像工程により、Ｒ画素部とＧ画素部に成膜された青色カラーフィルタ材料７ｂは全て除去される。

現像後は、ベーク工程等の周知の工程を行って、Ｂ画素部に成膜されている青色カラーフィルタ材料７ｂからカラーフィルタ７を形成する（図１１（ｄ））。

次にカラーフィルタを形成する画素部（例えばＲ画素部とする）についても、Ｂ画素部とほぼ同様の方法でカラーフィルタ７を形成する。ただし、このＲ画素部のカラーフィルタ形成工程においては、Ｒ画素部以外の画素部に成膜されたカラーフィルタ材料を露光する際に、既にカラーフィルタが形成されているＢ画素部以外の画素部については、Ｂ画素部のときと同じような２回露光を行い、既にカラーフィルタが形成されているＢ画素部については、当該２回露光のうち、少なくとも１回の露光（Ｂ画素部全体を露光範囲とする露光）を行う。このようにするのは、既にカラーフィルタが形成されている画素部では、残渣の心配がないため、２回露光を行う必要がないためである。

最後にカラーフィルタを形成する画素部（例えばＧ画素部とする）については、他の全ての画素部にカラーフィルタが既に形成されており、残渣の心配はないため、２回露光を行う必要はない。したがって、Ｒ画素部とＢ画素部各々に成膜されたカラーフィルタ材料の全範囲を露光する通常の１回露光だけを行えばよい。

全ての画素部にカラーフィルタ７を形成した後は、カラーフィルタ７をＣＭＰ又はレジストエッチバックによって平坦化し、その後、マイクロレンズ８を形成する。このようにすることで、マイクロレンズ８の形成がしやすくなる。

以上のように、図１１に示す製造方法によれば、カラーフィルタ材料を残しておきたい画素部以外の画素部のうち、カラーフィルタがまだ形成されていない画素部に成膜されたカラーフィルタ材料を２回露光するため、カラーフィルタがまだ形成されていない画素部に成膜されたカラーフィルタ材料全体を十分に露光することができ、この画素部における残渣の発生を防ぐことができる。また、２回目の露光では、露光エネルギー（例えば露光時間）を１回目よりも大きくすることもできるため、カラーフィルタ材料を残しておきたい画素部以外の画素部に成膜されたカラーフィルタ材料全体を十分に露光することが可能となり、残渣の発生を確実に防ぐことができる。

また、図１１に示す製造方法によれば、２回目の露光では、露光範囲を１回目の露光のときよりも狭くしているため、２回目の露光時に、カラーフィルタ材料を残しておきたい画素部に光が入射してしまうのを防ぐことができる。この結果、カラーフィルタ材料を残しておきたい画素部のカラーフィルタ７の形状や寸法に影響を与えることなく、残渣を防ぐことができる。

なお、カラーフィルタ材料を残しておきたい画素部のカラーフィルタ７の形状や寸法に影響を与えることなく残渣を防ぐためには、２回目の露光時における、カラーフィルタ材料を残しておきたい画素部以外の画素部の露光範囲を、当該画素部の隣の画素部の端部から０．１μｍ以上内側の範囲に設定することが好ましい。

また、以上の説明では、固体撮像素子が３種類の画素部を有する構成を例示したが、残渣の課題は固体撮像素子が２種類の画素部を有する構成であれば発生するため、このような構成であっても、上述した２回露光工程を採用することで、残渣を防ぐことができる。

また、以上の説明では１回目の露光の露光範囲を画素部の平面視サイズとし、２回目の露光の露光範囲を１回目の露光範囲よりも狭くしているが、これは逆にしてもよい。つまり、１回目の露光で狭い範囲で露光を行い、２回目の露光で画素部全体を露光してから現像を行ってもよい。

また、以上の説明では露光を２回しか行っていないが、３回以上行うようにしてもよい。

また、カラーフィルタ材料を残しておきたい画素部にカラーフィルタ材料を残す方法としては、上述したように露光を２回行ってから現像を行う方法の他に、以下のような方法を採用してもよい。

・ １回目の露光→２回目の露光→ＰＥＢ（Ｐｏｓｔ Ｅｘｐｏｓｕｒｅ Ｂａｋｅ）→現像
・ １回目の露光→ＰＥＢ→２回目の露光→ＰＥＢ→現像
・ １回目の露光→ＰＥＢ→現像→２回目の露光→ＰＥＢ→現像

図１、６に示した固体撮像素子が、３種類以上の画素部を有する場合は、カラーフィルタ７を形成する順序によっても残渣の発生度合が変化する。

図１２〜図１５は、図１０に示す固体撮像素子の製造工程を説明する図であり、（ａ）は各工程における図１０のｂ−ｂ線断面を示した図であり、（ｂ）は各工程における図１０のｃ−ｃ線断面を示した図である。

まず、図１１に示したような方法で、Ｇ画素部に緑色光を透過するカラーフィルタ７を形成する。このときの状態を示したのが図１２である。

次に、シリコン基板１全体にポジ型レジストからなる青色カラーフィルタ材料７ｂを成膜する。このときの状態を示したのが図１３である。図１３に示すように、Ｂ画素部以外のＲ画素部にも、Ｂ画素部と同様に青色カラーフィルタ材料７ｂが高屈折率材料膜６上に成膜され、Ｇ画素部にはカラーフィルタ７上に青色カラーフィルタ材料７ｂが成膜される。

次に、Ｂ画素部にのみ青色カラーフィルタ材料７ｂを残すために、Ｂ画素部のみをマスクするレチクル（フォトマスク）Ｍ３を用意し、このレチクル（フォトマスク）Ｍ３を介してＲ画素部とＧ画素部に成膜された青色カラーフィルタ材料７ｂを露光する。このときの状態を示したのが図１４である。

図１４（ｂ）に示すように、Ｒ画素部の隣のＧ画素部には、Ｒ画素部の青色カラーフィルタ材料７ｂよりも高い位置に青色カラーフィルタ材料７ｂが存在している。このため、露光中、Ｒ画素部の青色カラーフィルタ７ｂは、Ｇ画素部の青色カラーフィルタ７ｂによって光がけられてしまう。特に、Ｒ画素部の高屈折率材料膜６の凹部６Ｋ内にある青色カラーフィルタ材料７ｂには光が入射しにくくなる。

この結果、露光終了後に現像を行うと、図１５（ｂ）に示すように、Ｒ画素部の高屈折率材料膜６の凹部６Ｋ内にある青色カラーフィルタ材料７ｂが残渣として残ってしまう。

なお、図１０に示す固体撮像素子では、Ｒ画素部のためのカラーフィルタ形成工程、Ｇ画素部のためのカラーフィルタ形成工程、Ｂ画素部のためのカラーフィルタ形成工程の３回のカラーフィルタ形成工程が必要になるが、この３回のカラーフィルタ形成工程のうち、最初と最後のカラーフィルタ形成工程においては、上述したような光のけられによる残渣は発生しない。

これは、１回目のカラーフィルタ形成工程では、露光すべき全ての画素部が、同じ高さにカラーフィルタ材料が成膜された状態になるため、どの画素部でも露光を均等に行うことができるからである。また、３回目のカラーフィルタ工程では、露光すべき全ての画素部が、カラーフィルタ７の上にカラーフィルタ材料が成膜された状態になるため、どの画素部でも露光を均等に行うことができるからである。

３回のカラーフィルタ形成工程のうち、最初と最後のカラーフィルタ形成工程を除くカラーフィルタ工程において発生する残渣は、そのカラーフィルタ形成工程において成膜するカラーフィルタ材料が、短波長の光を透過する材料である場合に顕著となる。

つまり、図１０に示した固体撮像素子では、青色カラーフィルタを形成する工程を２回目に行った場合に、３回目にカラーフィルタを形成すべき画素部に残渣が多く発生し、カラーフィルタの品質が劣化する。

青色カラーフィルタ材料は、一般的なカラーフィルタの形成工程で用いられる露光条件においては光を透過しやすく、残渣が発生しやすいという特徴がある。このような特徴に加えて、隣の画素部のカラーフィルタ上にあるカラーフィルタ材料によって光がけられるという現象が加わる。このため、青色カラーフィルタ材料については２回目に成膜を行った場合に残渣が発生しやすくなるのである。

したがって、図１０に示した固体撮像素子においては、Ｂ画素部のカラーフィルタ７を形成する工程を、３回のカラーフィルタ形成工程のうちの１回目又は３回目に行うことが好ましい。このようにすることで、残渣を抑制して高品質のカラーフィルタを形成することができる。

なお、固体撮像素子が４種類以上の画素部を有する場合は、４種類以上の画素部のうち、最も短波長の光を透過するカラーフィルタを含む画素部のカラーフィルタ形成工程を、実施すべき全てのカラーフィルタ工程のうちの最初又は最後に実施すればよい。

また、図１２〜図１５で説明したような、露光時の光のケラレによる製造方法への影響は、カラーフィルタ材料がネガ型の場合でも同様に発生する。カラーフィルタ材料がネガ型の場合は、図１４の状態で、レチクルＭ３で覆っている部分だけを露光することになるが、この部分の隣にはＧ画素部のカラーフィルタ７上に形成されたカラーフィルタ材料膜が存在するため、このカラーフィルタ材料膜によって光がケラレてしまい、Ｂ画素部の深い位置においてカラーフィルタ材料が露光されにくくなる。この結果、Ｂ画素部の深い位置に形成されるカラーフィルタの特性が不安定になりやすい。したがって、Ｂ画素部のカラーフィルタ７を形成する工程を、３回のカラーフィルタ形成工程のうちの１回目又は３回目に行うことで、Ｂ画素部のカラーフィルタ７の特性が不安定になるのを防ぐことができる。

以上説明してきたように、本明細書には以下の事項が開示されている。

開示された固体撮像素子の製造方法は、半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部の上方に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上方に形成されたマイクロレンズと、前記マイクロレンズと前記光電変換部との間に形成され、前記マイクロレンズで集光された光を前記光電変換部に導く光導波部とを有する画素部を複数有する固体撮像素子の製造方法であって、前記光導波部を形成する工程が、前記半導体基板上方に、前記光電変換部上方に第一の凹部を有する絶縁膜を形成する第一の工程と、前記絶縁膜上に、前記絶縁膜よりも屈折率が高くかつ前記光電変換部上方に前記第一の凹部内にまで達する第二の凹部を有する高屈折率材料膜を形成する第二の工程と、前記高屈折率材料膜上に、前記高屈折率材料膜よりも屈折率が低くかつ前記第二の凹部を埋める前記カラーフィルタを形成する第三の工程とを含むものである。

この方法によれば、高屈折率材料膜がそれよりも屈折率の低い絶縁膜とカラーフィルタによって挟まれるため、マイクロレンズにより集光されてカラーフィルタを透過した光は高屈折率材料膜にダイレクトに入射し、高屈折率材料膜内を通って光電変換部まで到達することができる。この結果、カラーフィルタを透過した光を効率よく光電変換部まで導くことができ、光利用効率を向上させることができる。また、この方法によれば、光導波部とカラーフィルタとを同時に形成することができるため、製造コストの増大を防ぐことができる。また、この方法によれば、高屈折率材料膜を第一の凹部を埋めることなく形成するため、高屈折率材料膜内にボイドが生じることがなく、ボイドによる感度低下を防ぐことができる。

開示された固体撮像素子の製造方法は、 前記複数の画素部は、透過波長範囲が異なる複数種類のカラーフィルタをそれぞれ有する画素部を含み、前記第三の工程を前記複数種類の画素部毎に分けて行い、前記複数種類の画素部のうち最後に前記第三の工程を行う画素部を除く画素部のうちの任意の種類の前記画素部における前記第三の工程は、全ての前記画素部上にポジ型レジスト材料を成膜する工程と、前記任意の種類以外の種類の前記画素部上に成膜された前記ポジ型レジスト材料の膜を露光して現像する工程とを含み、前記露光して現像する工程では、前記任意の種類以外の種類のうち、前記カラーフィルタがまだ形成されていない種類の前記画素部については、当該画素部の前記高屈折率材料膜上に成膜された前記ポジ型レジスト材料の膜に対し、その全ての範囲を露光する第一の露光と、前記第一の露光よりも露光範囲を狭めた第二の露光とを行い、前記第二の露光では、少なくとも前記第二の凹部に埋まっている部分を含む範囲を露光するものである。

この方法により、カラーフィルタ材料の残渣の発生を防止することができる。

開示された固体撮像素子の製造方法は、前記複数の画素部は、前記カラーフィルタの透過波長範囲が異なる３種類以上の画素部を含み、前記第三の工程を前記３種類以上の画素部毎に分けて行い、前記カラーフィルタの透過波長が最も短い種類の前記画素部における前記第三の工程を最初又は最後に行うものである。

この方法により、カラーフィルタ材料の残渣の発生を防止することができる。

開示された固体撮像素子の製造方法は、前記透過波長が最も短いカラーフィルタが青色光を透過するカラーフィルタであるものである。

この方法により、カラーフィルタ材料の残渣の発生を防止することができる。

開示された固体撮像素子の製造方法は、全ての種類の前記画素部における前記第三の工程を終了した後、全ての前記画素部の前記カラーフィルタ表面を平坦化する工程を含むものである。

この方法により、カラーフィルタ表面の平坦性が向上するため、その上に形成するマイクロレンズの形成精度を向上させることができる。

開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第一の工程は、前記半導体基板上方に平坦な絶縁材料膜を形成する工程と、当該絶縁材料膜のうち前記光電変換部の一部領域の上方の部分を全て削って前記第一の凹部を形成する前記絶縁膜を形成する工程とを含むものである。

この方法により、高屈折率材料膜と光電変換部との位置あわせの精度、高屈折率材料膜の厚みの寸法精度を向上させることができる。また、高屈折率材料膜を光電変換部に近づけることができるため、集光効率を向上させることができる。

開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第一の工程は、前記半導体基板上のゲート絶縁膜上に形成される構造物による凹凸形状を反映させて前記構造物及び前記ゲート絶縁膜上に絶縁材料膜を形成する工程と、前記絶縁材料膜のうち前記光電変換部の一部領域上方の部分を全て削って前記第一の凹部を形成する前記絶縁膜を形成する工程とを含むものである。

この方法により、また、高屈折率材料膜を光電変換部に近づけることができるため、集光効率を向上させることができる。

開示された固体撮像素子の製造方法は、前記第二の工程で形成する前記高屈折率材料膜がパッシベーション膜であるものである。

この方法により、パッシベーション膜と高屈折率材料膜を同時に形成することができるため、製造工程数の増加を防ぐことができる。

開示された固体撮像素子は、半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部上方に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上方に形成されたマイクロレンズと、前記マイクロレンズと前記光電変換部との間に形成され、前記マイクロレンズで集光された光を前記光電変換部に導く光導波部とを有する固体撮像素子であって、前記光導波部は、前記半導体基板上方に形成され、前記光電変換部上方に第一の凹部を有する絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され、前記絶縁膜よりも屈折率が高くかつ前記第一の凹部内に達する第二の凹部を有する高屈折率材料膜と、前記高屈折率材料膜上に形成され、前記高屈折率材料膜よりも屈折率が低くかつ前記第二の凹部を埋める前記カラーフィルタとにより構成されるものである。

この構成により、高屈折率材料膜がそれよりも屈折率の低い絶縁膜とカラーフィルタによって挟まれるため、マイクロレンズにより集光されてカラーフィルタを透過した光は高屈折率材料膜にダイレクトに入射し、この高屈折率材料膜内を通って光電変換部まで到達することができる。この結果、カラーフィルタを透過した光を効率よく光電変換部まで導くことができ、光利用効率を向上させることができる。また、この構成によれば、光導波部の一部をカラーフィルタと兼用しているため、光導波部とカラーフィルタとを同時に形成することができ、製造工程数を減らすことができる。また、この構成によれば、高屈折率材料膜が第一の凹部を埋める平坦な形状ではないため、高屈折率材料膜を形成する際に高屈折率材料膜内にボイドが発生するのを防ぐことができ、ボイドによる感度低下を防ぐことができる。

開示された固体撮像素子は、前記第一の凹部内における前記高屈折率材料膜と前記半導体基板との間に前記絶縁膜が存在しない部分があるものである。

この構成により、絶縁膜が存在しない部分において高屈折率材料膜を半導体基板に近づけることができるため、より効率よく光電変換部に光を導くことができる。

開示された固体撮像素子は、前記高屈折率材料膜がパッシベーション膜であるものである。

この構成により、工程数の追加なしに光導波部を形成することができる。

開示された固体撮像素子は、（前記絶縁膜の屈折率）＜（前記カラーフィルタの屈折率）＜（前記高屈折率材料膜の屈折率）の条件を満たすものである。

この構成により、光を効率よく光電変換部まで導くことができる。

１ 半導体基板
２ 光電変換部
４ 構造物
５ 絶縁膜５（クラッド）
５Ｋ 凹部
６ 高屈折率材料膜（コア）
６Ｋ 凹部
７ カラーフィルタ（クラッド）
８ マイクロレンズ

Claims (12)

1. 半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部の上方に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上方に形成されたマイクロレンズと、前記マイクロレンズと前記光電変換部との間に形成され、前記マイクロレンズで集光された光を前記光電変換部に導く光導波部とを有する画素部を複数有する固体撮像素子の製造方法であって、
   前記光導波部を形成する工程は、
   前記半導体基板上方に、前記光電変換部上方に第一の凹部を有する絶縁膜を形成する第一の工程と、
   前記絶縁膜上に、前記絶縁膜よりも屈折率が高くかつ前記光電変換部上方に前記第一の凹部内にまで達する第二の凹部を有する高屈折率材料膜を形成する第二の工程と、
   前記高屈折率材料膜上に、前記高屈折率材料膜よりも屈折率が低くかつ前記第二の凹部を埋める前記カラーフィルタを形成する第三の工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
2. 請求項１記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記複数の画素部は、透過波長範囲が異なる複数種類のカラーフィルタをそれぞれ有する画素部を含み、
   前記第三の工程を前記複数種類の画素部毎に分けて行い、
   前記複数種類の画素部のうち最後に前記第三の工程を行う画素部を除く画素部のうちの任意の種類の前記画素部における前記第三の工程は、全ての前記画素部上にポジ型レジスト材料を成膜する工程と、前記任意の種類以外の種類の前記画素部上に成膜された前記ポジ型レジスト材料の膜を露光して現像する工程とを含み、
   前記露光して現像する工程では、前記任意の種類以外の種類のうち、前記カラーフィルタがまだ形成されていない種類の前記画素部については、当該画素部の前記高屈折率材料膜上に成膜された前記ポジ型レジスト材料の膜に対し、その全ての範囲を露光する第一の露光と、前記第一の露光よりも露光範囲を狭めた第二の露光とを行い、前記第二の露光では、少なくとも前記第二の凹部に埋まっている部分を含む範囲を露光する固体撮像素子の製造方法。
3. 請求項１又は２記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記複数の画素部は、前記カラーフィルタの透過波長範囲が異なる３種類以上の画素部を含み、
   前記第三の工程を前記３種類以上の画素部毎に分けて行い、前記カラーフィルタの透過波長が最も短い種類の前記画素部における前記第三の工程を最初又は最後に行う固体撮像素子の製造方法。
4. 請求項３記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記透過波長が最も短いカラーフィルタが青色光を透過するカラーフィルタである固体撮像素子の製造方法。
5. 請求項２〜４のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   全ての種類の前記画素部における前記第三の工程を終了した後、全ての前記画素部の前記カラーフィルタ表面を平坦化する工程を含む固体撮像素子の製造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記第一の工程は、前記半導体基板上方に平坦な絶縁材料膜を形成する工程と、当該絶縁材料膜のうち前記光電変換部の一部領域の上方の部分を全て削って前記第一の凹部を有する前記絶縁膜を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
7. 請求項１〜５のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記第一の工程は、前記半導体基板上のゲート絶縁膜上に形成される構造物による凹凸形状を反映させて前記構造物及び前記ゲート絶縁膜上に絶縁材料膜を形成する工程と、前記絶縁材料膜のうち前記光電変換部の一部領域上方の部分を全て削って前記第一の凹部を有する前記絶縁膜を形成する工程とを含む固体撮像素子の製造方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記第二の工程で形成する前記高屈折率材料膜がパッシベーション膜である固体撮像素子の製造方法。
9. 半導体基板内に形成された光電変換部と、前記光電変換部上方に形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタ上方に形成されたマイクロレンズと、前記マイクロレンズと前記光電変換部との間に形成され、前記マイクロレンズで集光された光を前記光電変換部に導く光導波部とを有する固体撮像素子であって、
   前記光導波部は、前記半導体基板上方に形成され、前記光電変換部上方に第一の凹部を有する絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成され、前記絶縁膜よりも屈折率が高くかつ前記第一の凹部内に達する第二の凹部を有する高屈折率材料膜と、前記高屈折率材料膜上に形成され、前記高屈折率材料膜よりも屈折率が低くかつ前記第二の凹部を埋める前記カラーフィルタとにより構成される固体撮像素子。
10. 請求項９記載の固体撮像素子であって、
    前記第一の凹部内における前記高屈折率材料膜と前記半導体基板との間に前記絶縁膜が存在しない部分がある固体撮像素子。
11. 請求項９又は１０記載の固体撮像素子であって、
    前記高屈折率材料膜がパッシベーション膜である固体撮像素子。
12. 請求項９〜１１のいずれか１項記載の固体撮像素子であって、
    （前記絶縁膜の屈折率）＜（前記カラーフィルタの屈折率）＜（前記高屈折率材料膜の屈折率）の条件を満たす固体撮像素子。

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