JP2014096476A - Solid-state imaging element, and method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本発明は、固体撮像素子及びその製造方法に関し、特に、被写体からの画像光を受光部へ導く光導波部を備え、この光導波部を複数の光導波路(ライトパイプ)に分割した構造の固体撮像素子及びその製造方法、並びにこのような固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた、例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関するものである。 The present invention relates to a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same, and in particular, a solid-state structure including an optical waveguide unit that guides image light from a subject to a light-receiving unit and dividing the optical waveguide unit into a plurality of optical waveguides (light pipes). Image sensor and manufacturing method thereof, and image input camera such as digital video camera and digital still camera such as digital video camera and digital still camera and surveillance camera using such solid-state image sensor as an image input device in an imaging unit, scanner device, and facsimile The present invention relates to electronic information equipment such as a device, a television telephone device, and a camera-equipped mobile phone device.
従来、画像光を画像信号として電気信号に変換する固体撮像素子としては、CCD型イメージセンサやCMOS型イメージセンサなどが知られている。例えば、CCD型イメージセンサは、画像光の光電変換を行う受光領域と、光電変換により得られた信号電荷を転送する転送領域とを有し、これらの受光領域及び転送領域が共通基板上に設けられている。ここで、受光領域には、光照射により電荷を発生する複数の受光部としてのフォトダイオードが画素毎に設けられており、また、転送領域では、この受光領域の各受光部で発生した電荷が信号電荷として画素から読み出され、読み出された信号電荷の垂直転送動作が行われた後にこの信号電荷の水平転送動作が行われるようになっている。一方、CMOS型イメージセンサは、各画素の受光部で発生した信号電荷を画素内で電圧信号に変換し、この電圧信号を画素毎に信号配線を介して読み出すように構成されている。 Conventionally, CCD image sensors, CMOS image sensors, and the like are known as solid-state imaging devices that convert image light into electrical signals as image signals. For example, a CCD image sensor has a light receiving area for performing photoelectric conversion of image light and a transfer area for transferring signal charges obtained by photoelectric conversion, and these light receiving areas and transfer areas are provided on a common substrate. It has been. Here, in the light receiving region, a plurality of photodiodes as light receiving portions that generate charges by light irradiation are provided for each pixel, and in the transfer region, charges generated in each light receiving portion of the light receiving region are provided. The signal charges are read out from the pixel as a signal charge, and the horizontal transfer operation of the signal charge is performed after the vertical transfer operation of the read signal charge is performed. On the other hand, the CMOS type image sensor is configured to convert a signal charge generated in the light receiving portion of each pixel into a voltage signal in the pixel, and to read out the voltage signal for each pixel through a signal wiring.
このようなイメージセンサにおいては、近年の画素の縮小化に伴って、フォトダイオードの開口部(つまり、遮光膜の開口部)の面積が小さくなり、この開口部への入射光量の低下が顕著になっており、感度低下による画質の劣化を抑えることが重要になっている。 In such an image sensor, the area of the opening of the photodiode (that is, the opening of the light shielding film) is reduced with the recent reduction in pixels, and the amount of incident light to the opening is significantly reduced. Therefore, it is important to suppress degradation of image quality due to sensitivity reduction.
ここで、感度の低下については、感度低下を抑える構成として、フォトダイオードの開口部上に設けられた光導波部(ライトパイプ部)を有するものが増えてきており、例えば、特許文献1に記載されているように、一般的には、ライトパイプ部は、フォトダイオード部(基板上のフォトダイオードが配置されている部分)上に位置するように配置された高屈折率材料膜と、この高屈折率材料膜の周囲に設けられた低屈折率材料膜とを含み、高屈折率材料膜内を高屈折率材料膜と低屈折率材料膜との界面で光が反射しながらフォトダイオード部へ進むように構成されている。 Here, regarding the decrease in sensitivity, as a configuration for suppressing the decrease in sensitivity, there is an increasing number of optical waveguide portions (light pipe portions) provided on the opening of the photodiode. In general, the light pipe portion includes a high refractive index material film disposed on the photodiode portion (the portion where the photodiode on the substrate is disposed), and the high refractive index material film. A low refractive index material film provided around the refractive index material film, and the light is reflected in the high refractive index material film at the interface between the high refractive index material film and the low refractive index material film to the photodiode portion. It is configured to go forward.
ライトパイプ部の製造方法としては、特許文献1に記載されているように、フォトダイオード部上に形成された低屈折率材料膜に孔部を形成し、この孔部に低屈折率材料膜よりも屈折率の高い高屈折率材料膜を埋め込む方法が一般的である。 As described in Patent Document 1, as a method for manufacturing a light pipe portion, a hole is formed in a low refractive index material film formed on a photodiode portion, and a low refractive index material film is formed in the hole. A method of embedding a high refractive index material film having a high refractive index is also common.
ところで、高画素数の要求されるCCD型イメージセンサでは、画素の微細化に伴って、フォトダイオードの開口部上に位置する、低屈折率材料膜の高屈折率材料膜を埋め込むための孔部のサイズが小さくなってきているが、高感度の要求されるイメージセンサでは、フォトダイオード部を大面積とする必要があることから、ライトパイプ部を構成する低屈折率材料膜に形成する孔部のサイズがむしろ大きくなる場合もある。 By the way, in a CCD type image sensor which requires a high number of pixels, a hole for embedding a high refractive index material film of a low refractive index material film located on the opening of the photodiode as the pixels become finer. However, in an image sensor that requires high sensitivity, it is necessary to increase the area of the photodiode, so the hole formed in the low refractive index material film that forms the light pipe The size of the can be rather large.
このようにライトパイプ部を構成する低屈折率材料膜のサイズの大きい孔部に高屈折率材料膜を埋め込む場合、この孔部を完全に埋め込むためには、高屈折率材料膜をこの孔部の深さに相等する程度に厚く形成する必要があり、また、このように高屈折率材料膜を低屈折率材料膜に形成した孔部が完全に埋め込まれるように厚く形成した場合には、孔部底面側での成膜速度と表面側での成膜速度との違いによって高屈折率材料膜内にボイド(空洞)が形成されることもある。 When the high refractive index material film is embedded in the hole having a large size of the low refractive index material film constituting the light pipe portion as described above, in order to completely embed the hole portion, It is necessary to form a thick enough to be equivalent to the depth of, and when the high refractive index material film is formed thick so that the hole formed in the low refractive index material film is completely embedded, Voids (cavities) may be formed in the high refractive index material film depending on the difference between the film formation speed on the bottom surface side of the hole and the film formation speed on the surface side.
図11は、従来の固体撮像素子の画素部を構成するライトパイプ部の形成過程でボイドが形成された状態を示す断面図であり、図11(a)は、低屈折率材料膜の孔部に埋め込んだ高屈折率材料膜に空洞(ボイド)が形成された状態を示しており、図11(b)は、低屈折率材料膜の孔部の形状が、低屈折率材料膜上に形成した高屈折率材料膜の凹部(ボイド)として表れた状態を示している。 FIG. 11 is a cross-sectional view showing a state in which a void is formed in the process of forming a light pipe portion that constitutes a pixel portion of a conventional solid-state imaging device, and FIG. 11A is a hole portion of a low refractive index material film. FIG. 11B shows a state in which a void is formed in the high refractive index material film embedded in FIG. 11B, and the shape of the hole of the low refractive index material film is formed on the low refractive index material film. The state which appeared as a recessed part (void) of the high-refractive-index material film | membrane which showed was shown.
図11(a)に示す固体撮像素子では、半導体基板201の表面領域には受光部202としてフォトダイオード(PD)が形成されており、半導体基板201上にはゲート絶縁膜203を介して、受光部202を囲むように、電極や配線としての導電性層、遮光膜、これらを絶縁する絶縁性層などの素子構成部材204が形成されている。素子構成部材204の表面は低屈折率材料膜としての絶縁膜205に覆われており、受光部202上の部分には、この絶縁膜205の孔部(開口部)205Kが位置しており、この孔部205Kの底面にはゲート絶縁膜203が露出している。また、絶縁膜205上には、その孔部205kが完全に埋まるように高屈折率材料膜206が厚く形成されている。
In the solid-state imaging device shown in FIG. 11A, a photodiode (PD) is formed as a
この固体撮像素子では、この高屈折率材料膜206中に空洞(ボイド)216aが形成されており、また、高屈折率材料膜206の膜厚も厚くなっているため、ボイドで入射光が乱反射することや、この高屈折率材料膜216上のカラーフィルタやマイクロレンズと受光部との距離が大きいことなどによって、集光効率が低下してしまう。
In this solid-state imaging device, a cavity (void) 216a is formed in the high refractive
また、ライトパイプ部を構成する低屈折率材料膜のサイズの大きい孔部に高屈折率材料膜を埋め込む場合、高屈折率材料膜の膜厚が低屈折率材料膜の孔部の深さに比べて薄い場合、低屈折率材料膜205の孔部205Kでの段差が高屈折率材料膜206に反映されることとなり、図11(b)に示すように、高屈折率材料膜216に凹部(ボイド)216bが形成されてしまう。
In addition, when a high refractive index material film is embedded in a hole having a large size of the low refractive index material film constituting the light pipe portion, the film thickness of the high refractive index material film is set to the depth of the hole of the low refractive index material film. If it is thinner than that, the step in the
このような課題に対しては、孔部205Kを形成した低屈折率材料膜205上に高屈折率材料膜206を、その下地である低屈折率材料膜205の凹凸が反映されるように薄く形成した後、低屈折率材料膜205の孔部205Kに相等する、高屈折率材料膜206の孔部216bに樹脂層を埋め込んで平坦化することにより、光導波部を形成する方法が考えられる。この方法では、高屈折率材料膜206を低屈折率材料膜205の孔部205Kを完全に埋めるように厚く形成する必要がなく、図11(a)に示す空洞(ボイド)216aが形成される恐れはなく、また、図11(b)に示す凹部(ボイド)216bには樹脂が埋め込まれるため、高屈折率材料膜の表面は平坦になる。
For such a problem, the high refractive
ところが、このような光導波部の形成方法では、凹部を有する低屈折率材料膜上に高屈折率材料膜を形成した後に、この高屈折率材料膜に形成された凹部を樹脂層により埋めて平坦化する工程が必要となる。 However, in such a method of forming an optical waveguide portion, after forming a high refractive index material film on a low refractive index material film having a recess, the recess formed in the high refractive index material film is filled with a resin layer. A flattening step is required.
また、この光導波部では、その上に形成されているカラーフィルタを透過した光のうちの一部の光が、樹脂層を通過してから高屈折率材料膜に入射することになるため、樹脂層にて光吸収が起こり、集光効率が低下してしまう。 Further, in this optical waveguide portion, a part of the light transmitted through the color filter formed thereon enters the high refractive index material film after passing through the resin layer. Light absorption occurs in the resin layer, and the light collection efficiency decreases.
そこで、特許文献2には、上記樹脂層としてカラーフィルタを用いることで、平坦化工程の追加、集光効率の低下を回避したものが開示されている。
Therefore,
図12は、この特許文献2に開示の固体撮像素子の構造及び製造工程を説明する断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view illustrating the structure and manufacturing process of the solid-state imaging device disclosed in
図12に示す従来の固体撮像素子200は、図11で説明した固体撮像素子の画素部の構造と同様に、シリコン基板などの半導体基板201と、この半導体基板201上に被写体からの画像光を光電変換する、フォトダイオードPDを用いた受光部(光電変換部)202と、半導体基板201上にゲート絶縁膜203を介して受光部202の周囲に位置するように形成された構造物(素子構成部材)204とを有している。
A conventional solid-state imaging device 200 shown in FIG. 12 has a
ここで、構造物204及びゲート絶縁膜203上には、光導波部209を構成する、クラッド層として機能する絶縁膜(低屈折率材料膜)205が形成されており、この絶縁膜205の表面は、受光部202の周囲に位置する構造物204により段差が反映されて孔部(開口部)205Kが形成されている。また、絶縁膜205上には、その孔部205Kの形状が反映されるように高屈折率材料膜206が形成されており、高屈折率材料膜206上にはカラーフィルタ207が高屈折率材料膜206の凹部206Kを埋めるように形成されている。このカラーフィルタ207上には、受光部202上に位置するようにマイクロレンズ208が形成されている。
Here, an insulating film (low refractive index material film) 205 that functions as a clad layer and forms the
このような構造の固体撮像素子200では、図12に示すように、マイクロレンズ208によって集光された光は、カラーフィルタ207に入射し、ここを透過した光がカラーフィルタ207と高屈折率材料膜206との界面で屈折して高屈折率材料膜206内に進入する。高屈折率材料膜206内に進入した光は、絶縁膜205と高屈折率材料膜206との界面、高屈折率材料膜206とカラーフィルタ207との界面で全反射を繰り返しながら高屈折率材料膜206内を伝搬して受光部202へ入射する。
In the solid-state imaging device 200 having such a structure, as shown in FIG. 12, the light collected by the
以上説明したように、光導波部を有する固体撮像素子において、光導波部を構成する低屈折率材料膜のサイズの大きい孔部に高屈折率材料膜を埋め込む場合、この孔部を完全に埋め込むためには、高屈折率材料膜をこの孔部の深さに相等する程度に厚く形成する必要があり、また、このように高屈折率材料膜を低屈折率材料膜に形成した孔部を完全に埋め込むように厚く形成した場合には、孔部の上端側と下端側での成膜速度に違いにより高屈折率材料膜内にボイド(空洞)が形成されることもある。この場合、高屈折率材料膜のボイド(空洞)で光が乱反射することや、カラーフィルタやマイクロレンズから受光部までの距離が大きくなることが原因となって、画質の劣化を招くこととなる。 As described above, in a solid-state imaging device having an optical waveguide portion, when the high refractive index material film is embedded in a large-sized hole portion of the low refractive index material film constituting the optical waveguide portion, the hole portion is completely embedded. In order to achieve this, it is necessary to form a high refractive index material film thick enough to be equivalent to the depth of the hole, and to form a hole having a high refractive index material film formed in the low refractive index material film in this way. When it is formed thick so as to be completely embedded, voids (cavities) may be formed in the high refractive index material film due to the difference in film formation speed between the upper end side and the lower end side of the hole. In this case, the image quality is deteriorated because the light is irregularly reflected by the void (cavity) of the high refractive index material film and the distance from the color filter or microlens to the light receiving portion is increased. .
また、光導波部を構成する低屈折率材料膜のサイズの大きい孔部に高屈折率材料膜を埋め込む場合、高屈折率材料膜の膜厚が低屈折率材料膜の孔部の深さに比べて薄いと、低屈折率材料膜の孔部(開口部)205Kの形状が高屈折率材料膜206に反映されることとなり、図11(b)に示すように、高屈折率材料膜206にも凹部(ボイド)216bが形成されてしまい、この凹部216bを樹脂層などで埋め込む工程が必要となる。
In addition, when a high refractive index material film is embedded in a hole having a large size of the low refractive index material film constituting the optical waveguide portion, the film thickness of the high refractive index material film is set to the depth of the hole of the low refractive index material film. If the thickness is smaller, the shape of the hole (opening) 205K of the low refractive index material film is reflected in the high refractive
また、このような樹脂層などによる埋め込み工程を削減するため、特許文献2に開示のように、光導波部209を構成する高屈折率材料膜206上には、カラーフィルタ207を高屈折率材料膜206の凹部206Kを埋めるように形成すると(図12参照)、カラーフィルタ207の膜厚がばらつくという問題が生ずる。
In order to reduce the embedding process using such a resin layer, the
つまり、光導波部209を構成するクラッド層(低屈折率材料膜)である絶縁膜205のパターニングにより受光部202上に絶縁膜205の孔部205Kを形成する際には、フォトリソグラフィ工程での露光量やエッチング工程でのエッチング量が、固体撮像素子を構成する半導体チップ内でばらつき、このようなばらつきにより、絶縁膜205の孔部205Kの大きさが画素の間で異なることとなる。
That is, when the
この場合、カラーフィルタ207の、絶縁膜205の孔部205Kに高屈折率材料膜206を介して埋め込まれた部分の幅が画素の間でばらつき、これによって、カラーフィルタ207の受光部上での高さが画素の間でばらつくこととなる。
In this case, the width of the portion of the
このようにカラーフィルタの、絶縁膜205の孔部205K(つまり、高屈折率材料膜の孔部206K)に埋まる部分の幅や高さにばらつきが生じると、色毎の感度の違いである感度比、例えば、緑色画素(GREEN画素)に対する青色画素(BLUE画素)の感度出力比がばらつくことになり、ホワイトバランスによる画像調整においてバラツキが生じるという問題がある。
As described above, when variations occur in the width and height of the portion of the color filter embedded in the
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、低屈折率材料膜の開口部に高屈折率材料膜を埋め込んで光導波部を形成する際、低屈折率材料膜の開口部内で高屈折率材料膜中にボイドが発生するのを回避することができ、これにより、高屈折率材料膜のボイドを埋めるための平坦化工程を別途追加したり、カラーフィルタの形成工程でカラーフィルタの構成材料により高屈折率材料膜の平坦化を行ったりする必要がなくなり、引いては、異なる色の画素間での感度出力比のばらつきを招くことなく、簡単な工程で光導波部を形成することができる受光面積の広い高感度の固体撮像素子及びその製造方法、並びに、このような受光面積の広い高感度の固体撮像素子を用いた電子情報機器を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems. When forming an optical waveguide by embedding a high refractive index material film in an opening of a low refractive index material film, the low refractive index material is provided. It is possible to avoid the generation of voids in the high refractive index material film in the opening of the film, thereby adding an additional flattening step for filling the voids in the high refractive index material film, It is not necessary to flatten the high refractive index material film with the constituent material of the color filter in the forming process, and in turn, it is a simple process without incurring variations in the sensitivity output ratio between pixels of different colors. A high-sensitivity solid-state imaging device with a wide light-receiving area capable of forming an optical waveguide portion, a method for manufacturing the same, and an electronic information device using such a high-sensitivity solid-state imaging device with a wide light-receiving area And
本発明に係る固体撮像素子は、半導体基板と、該半導体基板上に形成された複数の受光部と、該受光部の上方に設けられ、入射光を集光するマイクロレンズとを有する固体撮像素子であって、該複数の受光部の各々に設けられ、該マイクロレンズからの集光光を該受光部に導く光導波部を備え、該光導波部は、低屈折率材料膜に形成した複数の開口部内に高屈折率材料膜を埋め込んで複数の光導波路を形成してなる光ガイド構造を有し、該低屈折率材料膜の個々の開口部の開口幅を、個々の受光部上での該開口部の個数により、該高屈折率材料膜の膜厚に適した開口幅に設定しており、そのことにより上記目的が達成される。 A solid-state imaging device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a plurality of light-receiving portions formed on the semiconductor substrate, and a microlens provided above the light-receiving portion and collecting incident light. A plurality of light guides provided in each of the plurality of light receiving parts, and provided with an optical waveguide part for guiding the condensed light from the microlens to the light receiving part. A light guide structure in which a plurality of optical waveguides are formed by embedding a high refractive index material film in the opening of each of the openings, and an opening width of each opening of the low refractive index material film is set on each light receiving portion. Depending on the number of the openings, the opening width is set to be suitable for the film thickness of the high refractive index material film, thereby achieving the above object.
本発明は、上記固体撮像素子において、前記高屈折率材料膜は、減圧CVD法により形成されたシリコン窒化膜であり、前記低屈折率材料膜はシリコン酸化膜であり、該低屈折率材料膜の開口部の開口幅は、該高屈折率材料膜の膜厚の2倍以下であることが好ましい。 According to the present invention, in the solid-state imaging device, the high refractive index material film is a silicon nitride film formed by a low pressure CVD method, the low refractive index material film is a silicon oxide film, and the low refractive index material film The opening width of the opening is preferably not more than twice the film thickness of the high refractive index material film.
本発明は、上記固体撮像素子において、前記高屈折率材料膜は、200nm〜400nmの範囲の膜厚を有し、前記低屈折率材料膜の開口部は、300nm〜600nmの範囲の開口幅を有し、前記光導波路は前記受光部上に行列をなすように配列されており、隣接する光導波路の行方向あるいは列方向の離間距離をC1とし、該受光部の行方向あるいは列方向の幅をAとし、該開口部の行方向あるいは列方向における開口幅をBとし、該光導波路の行方向あるいは列方向における配列個数をnとし、該受光部の周縁に沿って位置する光導波路から該受光部の周縁までの距離をC2としたとき、次式(1)
A=n×B+(n−1)×C1+2×C2 ・・・(1)
が成立することが好ましい。
According to the present invention, in the solid-state imaging device, the high refractive index material film has a thickness in a range of 200 nm to 400 nm, and an opening of the low refractive index material film has an opening width in a range of 300 nm to 600 nm. The optical waveguides are arranged in a matrix on the light receiving section, and a separation distance between adjacent optical waveguides in the row direction or the column direction is C1, and the width of the light receiving section in the row direction or the column direction is A is the opening width in the row direction or the column direction of the opening, and B is the number of arrays in the row direction or the column direction of the optical waveguide from the optical waveguide positioned along the periphery of the light receiving portion. When the distance to the periphery of the light receiving unit is C2, the following formula (1)
A = n × B + (n−1) × C1 + 2 × C2 (1)
Is preferably established.
本発明は、上記固体撮像素子において、前記受光部の平面パターンは長方形形状であり、前記低屈折率材料膜の開口部の開口パターンは正方形形状であり、該受光部の長辺に沿った前記光導波路の配置個数は、該受光部の長辺に沿った該光導波路の配置間隔とその短辺に沿った該光導波路の配置間隔とが同一の間隔となるように、該受光部の短辺に沿った該光導波路の配置個数より多くなっていることが好ましい。 According to the present invention, in the solid-state imaging device, the planar pattern of the light receiving portion is a rectangular shape, the opening pattern of the opening portion of the low refractive index material film is a square shape, and the long side of the light receiving portion is along the long side. The number of the optical waveguides arranged is such that the arrangement interval of the optical waveguides along the long side of the light receiving unit and the arrangement interval of the optical waveguides along the short side thereof are the same interval. It is preferable that the number is larger than the number of the optical waveguides arranged along the side.
本発明は、上記固体撮像素子において、前記受光部の平面パターンは長方形形状であり、前記低屈折率材料膜の開口部の開口パターンは、該受光部の平面パターンと相似形状であり、該受光部の長辺に沿った前記光導波路の配置個数は、該受光部の長辺に沿った該光導波路の配置間隔とその短辺に沿った該光導波路の配置間隔とが同一の間隔となるように、該受光部の短辺に沿った該光導波路の配置個数と同一個数としていることが好ましい。 In the solid-state imaging device according to the present invention, the planar pattern of the light receiving unit is a rectangular shape, and the opening pattern of the opening of the low refractive index material film is similar to the planar pattern of the light receiving unit. The number of the optical waveguides arranged along the long side of the portion is equal to the arrangement interval of the optical waveguides along the long side of the light receiving unit and the arrangement interval of the optical waveguides along the short side thereof. Thus, it is preferable that the number of the optical waveguides arranged along the short side of the light receiving portion is the same.
本発明は、上記固体撮像素子において、前記受光部上の周縁に沿って位置する光導波路と該受光部の周縁との間隔は、該受光部上で隣接する光導波路の離間間隔より小さいことが好ましい。 According to the present invention, in the solid-state imaging device, the distance between the optical waveguide located along the periphery on the light receiving unit and the periphery of the light receiving unit is smaller than the spacing between adjacent optical waveguides on the light receiving unit. preferable.
本発明は、上記固体撮像素子において、前記受光部上で隣接する光導波路の離間間隔は、写真製版によりフォトレジスト膜を露光現像可能な最小線幅より広いことが好ましい。 In the solid-state imaging device according to the aspect of the invention, it is preferable that an interval between adjacent optical waveguides on the light receiving portion is wider than a minimum line width capable of exposing and developing the photoresist film by photolithography.
本発明は、上記固体撮像素子において、前記光導波路の立体形状は、上面が底面より広い逆角錐台形状あるいは逆円錐台形状を有することが好ましい。 In the solid-state imaging device according to the aspect of the invention, it is preferable that the three-dimensional shape of the optical waveguide has an inverted truncated cone shape or an inverted truncated cone shape whose upper surface is wider than the bottom surface.
本発明は、上記固体撮像素子において、前記高屈折率材料膜の表面はパッシベーション膜により覆われており、該パッシベーション膜上には、前記受光部に対応するようにインナーレンズが形成されていることが好ましい。 According to the present invention, in the solid-state imaging device, a surface of the high refractive index material film is covered with a passivation film, and an inner lens is formed on the passivation film so as to correspond to the light receiving portion. Is preferred.
本発明は、上記固体撮像素子において、前記インナーレンズ上には、平坦化膜を介してカラーフィルタが前記複数の受光部の各々に対向するように形成されていることが好ましい。 In the solid-state imaging device according to the aspect of the invention, it is preferable that a color filter is formed on the inner lens so as to face each of the plurality of light receiving portions via a planarizing film.
本発明に係る固体撮像素子の製造方法は、半導体基板と、該半導体基板上に形成された複数の受光部と、該受光部の上方に設けられ、入射光を集光するマイクロレンズとを有する固体撮像素子を製造する方法であって、該複数の受光部の各々に該マイクロレンズからの集光光を該受光部に導く光導波部を形成する工程を含み、該光導波部の形成工程は、該半導体基板上に該受光部を覆うように低屈折率材料膜を形成する工程と、該低屈折率材料膜を選択的にエッチングして、該低屈折率材料膜に複数の開口部を1つの受光部上に2以上の開口部が位置するように形成する工程と、該低屈折率材料膜上に高屈折率材料膜を該低屈折率材料膜の開口部が該高屈折率材料膜により埋まるように形成する工程とを含み、該光導波部は、該低屈折率材料膜の開口部に該高屈折率材料膜を埋め込んで複数の光導波路を形成してなる光ガイド構造を有し、該低屈折率材料膜の各々の開口部の開口幅を、個々の受光部上での該開口部の個数により、該高屈折率材料膜の膜厚に適した開口幅に設定しており、そのことにより上記目的が達成される。 A method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention includes a semiconductor substrate, a plurality of light receiving portions formed on the semiconductor substrate, and a microlens provided above the light receiving portion and collecting incident light. A method of manufacturing a solid-state imaging device, comprising: forming an optical waveguide portion that guides condensed light from the microlens to the light receiving portion in each of the plurality of light receiving portions, and forming the optical waveguide portion Forming a low refractive index material film on the semiconductor substrate so as to cover the light receiving portion; and selectively etching the low refractive index material film to form a plurality of openings in the low refractive index material film. Forming a high-refractive-index material film on the low-refractive-index material film, and forming the high-refractive-index material film on the low-refractive-index material film. A step of forming the optical waveguide portion so as to be filled with a material film, and the optical waveguide portion includes the low refractive index material. A light guide structure in which a plurality of optical waveguides are formed by embedding the high-refractive-index material film in the openings, and the opening width of each opening of the low-refractive-index material film is set on each light-receiving part. The opening width suitable for the film thickness of the high-refractive index material film is set according to the number of the opening portions in FIG.
本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記低屈折率材料膜の開口部の開口幅は、前記高屈折率材料膜の膜厚の2倍以下であることが好ましい。 In the method for manufacturing a solid-state imaging element according to the present invention, it is preferable that the opening width of the opening portion of the low refractive index material film is not more than twice the film thickness of the high refractive index material film.
本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記低屈折率材料膜の形成工程では、該低屈折率材料膜として、ボロン及びリンをドープしたシリコン酸化膜をCVD法により形成し、該低屈折率材料膜のエッチング工程では、該低屈折率材料膜を、フォトレジスト膜をマスクとする反応性イオンエッチングにより選択的にエッチングして、前記複数の開口部として300〜600nmの開口幅を有する開口部を該受光部上に位置し、前記高屈折率材料膜の形成工程では、該高屈折率材料膜として第1のシリコン窒化膜を減圧CVD法により200nm〜400nmの膜厚に形成し、形成した第1のシリコン窒化膜のエッチバックによりその上面を平坦化して、前記複数の光導波路を形成することが好ましい。 According to the present invention, in the solid-state imaging device manufacturing method, in the low refractive index material film forming step, a silicon oxide film doped with boron and phosphorus is formed as the low refractive index material film by a CVD method. In the step of etching the refractive index material film, the low refractive index material film is selectively etched by reactive ion etching using a photoresist film as a mask to have an opening width of 300 to 600 nm as the plurality of openings. An opening is positioned on the light receiving portion, and in the step of forming the high refractive index material film, a first silicon nitride film is formed as the high refractive index material film to a thickness of 200 nm to 400 nm by a low pressure CVD method, Preferably, the plurality of optical waveguides are formed by flattening the upper surface of the formed first silicon nitride film by etch back.
本発明は、上記固体撮像素子の製造方法において、前記第1のシリコン窒化膜のエッチバックを行った後、該第1のシリコン窒化膜上に、プラズマCVD法により第2のシリコン窒化膜をパッシベーション膜として形成する工程と、該第2のシリコン窒化膜上に第3のシリコン窒化膜をプラズマCVD法により形成する工程と、該第3のシリコン窒化膜上に、グレートーンマスクを用いたフォトリソグラフィ処理によりレジストマスクを形成し、該レジストマスク及び該第3のシリコン窒化膜をエッチバックしてインナーレンズを形成する工程とを含むことが好ましい。 According to the present invention, in the method for manufacturing a solid-state imaging device, after the first silicon nitride film is etched back, the second silicon nitride film is passivated on the first silicon nitride film by a plasma CVD method. A step of forming a film, a step of forming a third silicon nitride film on the second silicon nitride film by a plasma CVD method, and photolithography using a gray-tone mask on the third silicon nitride film It is preferable to include a step of forming a resist mask by processing, and etching back the resist mask and the third silicon nitride film to form an inner lens.
本発明に係る電子情報機器は、被写体の撮像を行う撮像部を備えた電子情報機器であって、該撮像部は、上述した本発明に係る固体撮像素子であり、そのことにより上記目的が達成される。 An electronic information device according to the present invention is an electronic information device including an imaging unit that captures an image of a subject, and the imaging unit is the above-described solid-state imaging device according to the present invention, thereby achieving the above object. Is done.
以上のように、本発明によれば、低屈折率材料膜の開口部に高屈折率材料膜を埋め込んで光導波部を形成する際、低屈折率材料膜の開口部内で高屈折率材料膜中にボイドが発生するのを回避することができ、これにより、高屈折率材料膜のボイドを埋めるための平坦化工程を別途追加したり、カラーフィルタの形成工程でカラーフィルタの構成材料により高屈折率材料膜の平坦化を行ったりする必要がなくなり、引いては、異なる色の画素間での感度出力比のばらつきを招くことなく、簡単な工程で光導波部を形成することができる受光面積の広い高感度の固体撮像素子及びその製造方法、並びに、このような受光面積の広い高感度の固体撮像素子を用いた電子情報機器を実現することができる。 As described above, according to the present invention, when an optical waveguide is formed by embedding a high refractive index material film in the opening of the low refractive index material film, the high refractive index material film is formed in the opening of the low refractive index material film. It is possible to avoid the generation of voids in the interior, which makes it possible to add a separate flattening process for filling the voids in the high refractive index material film or to increase the color filter constituent material in the color filter forming process. It is not necessary to flatten the refractive index material film, and in turn, the light receiving portion can be formed in a simple process without causing variations in sensitivity output ratio between pixels of different colors. A high-sensitivity solid-state imaging device having a large area, a method for manufacturing the same, and an electronic information device using such a high-sensitivity solid-state imaging device having a large light receiving area can be realized.
まず、本発明の基本原理について図面(図1〜図3)を参照して説明する。 First, the basic principle of the present invention will be described with reference to the drawings (FIGS. 1 to 3).
本発明は、n型エピタキシャル基板2などの半導体基板と、該半導体基板上に形成された複数の受光部(フォトダイオードPD)101と、該受光部の上方に設けられ、入射光Lを集光するマイクロレンズ52とを有する固体撮像素子であって、該複数の受光部の各々に設けられ、該マイクロレンズからの集光光を該受光部に導く光導波部100aを備え、該光導波部100aは、低屈折率材料膜40に形成した複数の開口部40b内に高屈折率材料膜28を埋め込んで複数の光導波路(ライトパイプ)Lpを形成してなる光ガイド構造を有し、該低屈折率材料膜40の個々の開口部40bの開口幅Bを、個々の受光部上での該開口部の個数により、該高屈折率材料膜の膜厚に適した開口幅(例えば高屈折率材料膜28の膜厚Tの2倍)に設定していることを本質的特徴としている。
The present invention provides a semiconductor substrate such as an n-
このような構成の本発明では、受光部101上に設けられている1つの光導波部100aは、低屈折率材料膜40に形成した複数の開口部40b内に高屈折率材料膜28を埋め込んだ構造の複数の光導波路(ライトパイプ)Lpから構成されることとなり、1つのライトパイプLpに対応する低屈折率材料膜40の開口部40bの開口幅Bは、受光部101の短辺方向の幅A1あるいは長辺方向の幅A2に対して、開口部の個数分だけ縮小されることとなる。これにより、低屈折率材料膜40の開口部40bの開口幅Bは、1つの受光部に対応する開口部40bの個数を調節することにより、低屈折率材料膜40の開口部40bが一定膜厚Tの高屈折率材料膜28により埋まる最適な開口幅にすることができる。
In the present invention having such a configuration, one
このように1つの受光部101(つまり、n型電荷蓄積領域4)に対応する光導波部100aにおけるライトパイプLpの幅及び個数を適宜設定することにより、具体的には、高屈折率材料膜28の膜厚に応じたライトパイプ幅(低屈折率材料膜の開口部の開口幅)を設定し、フォトダイオード面積に応じたライトパイプ開口数(1つの受光部における低屈折率材料膜の開口部の個数)を設定することにより、低屈折率材料膜40の開口部40bの開口幅Bを、受光部101の占有面積、及び低屈折率材料膜40上に形成する高屈折率材料膜の膜厚Tに応じて、該開口部40bが高屈折率材料膜28により完全に埋まる開口幅に設定することができる。
In this way, by specifically setting the width and the number of the light pipes Lp in the
この結果、低屈折率材料膜の開口部に高屈折率材料膜を埋め込んで光導波部を形成する際、低屈折率材料膜の開口部内で高屈折率材料膜中にボイドが発生するのを回避することができる。 As a result, when forming the optical waveguide by embedding the high refractive index material film in the opening of the low refractive index material film, voids are generated in the high refractive index material film in the opening of the low refractive index material film. It can be avoided.
これにより、高屈折率材料膜のボイドを埋めるための平坦化工程を別途追加したり、カラーフィルタの形成工程でカラーフィルタの構成材料により高屈折率材料膜の平坦化を行ったりする必要がなくなり、引いては、異なる色の画素間での感度出力比のばらつきを招くことなく、簡単な工程で光導波部を形成することができる受光面積の広い高感度の固体撮像素子を提供することができる。 This eliminates the need for a separate flattening process for filling the voids of the high refractive index material film, or for flattening the high refractive index material film with the color filter constituent material in the color filter forming process. Therefore, it is possible to provide a high-sensitivity solid-state imaging device having a wide light receiving area that can form an optical waveguide portion with a simple process without causing variations in sensitivity output ratio among pixels of different colors. it can.
このように本発明の基本原理は、ライトパイプを埋込む高屈折率材膜の膜厚に応じたライトパイプ幅を設定し、フォトダイオード面積に応じたライトパイプ開口数を設定することによりボイドレスのライトパイプを形成することである。 As described above, the basic principle of the present invention is that the width of the light pipe is set according to the film thickness of the high refractive index material film in which the light pipe is embedded, and the numerical value of the light pipe is set according to the photodiode area. Forming a light pipe.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1による固体撮像素子としてCCD型イメージセンサを説明する図であり、このCCD型イメージセンサの全体構成を概略的に示している。また、図2は、本発明の実施形態1による固体撮像素子の一部を詳しく説明する図であり、図2(a)は、図1に示すCCD型イメージセンサの一部(A部分)における転送電極及びその転送配線とフォトダイオード部との位置関係を示し、図2(b)は、図2(a)のB3−B3線部分の断面構造を示している。なお、図3(a)は、図2(b)に相等する断面構造を入射光とともに示し、図3(b)は、この固体撮像素子の受光部上でのライトパイプの配置を示している。さらに、図4は、本発明の実施形態1による固体撮像素子を説明する断面図であり、図2のB1−B1線における断面構造(図4(a))、図2のB2−B2線における断面構造(図4(b))、及び図2のB3−B3線における断面構造(図4(c))を示している。なお、図2(a)、図4では、ライトパイプより上層側の構成要素については図示していないが、図2(b)、図3(a)では、受光部及び転送電極の上側の構造も含めて示している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a diagram for explaining a CCD image sensor as a solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention, and schematically shows the overall configuration of the CCD image sensor. 2 is a diagram for explaining in detail a part of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2A is a part (A part) of the CCD image sensor shown in FIG. The positional relationship between the transfer electrode and its transfer wiring and the photodiode portion is shown, and FIG. 2B shows the cross-sectional structure of the B3-B3 line portion of FIG. 3A shows a cross-sectional structure equivalent to that of FIG. 2B together with incident light, and FIG. 3B shows the arrangement of the light pipes on the light receiving portion of the solid-state imaging device. . 4 is a cross-sectional view illustrating the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. The cross-sectional structure taken along line B1-B1 in FIG. 2 (FIG. 4A) and the line B2-B2 in FIG. A cross-sectional structure (FIG. 4B) and a cross-sectional structure taken along line B3-B3 of FIG. 2 (FIG. 4C) are shown. In FIGS. 2A and 4, the components on the upper layer side of the light pipe are not shown, but in FIGS. 2B and 3A, the structure above the light receiving unit and the transfer electrode. Including.
この実施形態1による固体撮像素子100は、行列状に配列され、被写体からの画像光(入射光)の光電変換により信号電荷を生成する複数のセンサ部(以下、受光部という。)101と、複数の受光部101の列毎に設けられ、対応する列の受光部101から信号電荷を読み出して垂直方向に転送する垂直電荷転送部110と、垂直電荷転送部110から転送されてきた信号電荷を水平方向に転送する水平電荷転送部(HCCD)120と、水平電荷転送部120から転送されてきた信号電荷を電圧信号に変換し増幅して出力する出力部130とを有している。ここで、各受光部101と、垂直電荷転送部110における受光部101に対向する部分とにより画素Pxが構成されており、受光部101はフォトダイオードPDにより構成されている。
The solid-
また、この固体撮像素子100を構成する、例えばシリコンを構成材料とするn型エピタキシャル基板(半導体基板)2には、p−型ウェル部3が形成されている。このp−型ウェル部3には、フォトダイオードPDを構成するn型電荷蓄積領域4が形成されており、このn型電荷変換領域4の表面部分には表面p+層(表面高濃度領域)4aが形成されている。ここで、n型光電変換領域4は、受光時に入射光の光電変換を行い、この光電変換により発生した信号電荷を蓄積するための領域である。また、表面p+層4aは、受光部101を構成するn型電荷蓄積領域4の表面部分で結晶欠陥などに起因して熱的に発生したノイズ電荷(電子)と結合するホールの濃度を高めてノイズ電荷の寿命を短縮させることにより信号電荷以外のノイズ電荷による雑音を抑制する働きがある。さらに、受光部101を構成するフォトダイオードPDは、表面p+層(表面高濃度領域)4aの周囲を囲むように形成され、表面p+層4aよりも不純物濃度の低い表面p−層(表面低濃度領域)4bを含んでいる。このn型エピタキシャル基板2のフォトダイオードPDが形成された部分上には、シリコン酸化膜(SiO2膜)10とシリコン窒化膜(SiN膜)12とが順に積層されており、これらの絶縁膜により反射防止膜が構成されている。
In addition, a p −
また、垂直電荷転送部110は、n型エピタキシャル基板2のp−型ウェル部3内に転送方向に沿って形成されたn型転送チャネル領域5と、p−型ウェル部3上にゲート絶縁膜(熱酸化膜)8を介してn型転送チャネル領域5に沿って配列された複数の転送電極9とを有している。この転送電極9はポリシリコン膜の堆積及びそのパターニングにより形成したポリシリコン電極であり、その周囲は、受光部を構成するn型電荷蓄積領域4上のシリコン酸化膜10と同時に形成された絶縁膜(熱酸化膜)8aにより覆われている。ここで、垂直電荷転送部110のn型転送チャネル領域5とその一方側の受光部101のn型電荷蓄積領域4との間には、この一方側の受光部101から信号電荷を垂直電荷転送部110に読み出すp型電荷読出領域6が形成されており、垂直電荷転送部110のn型転送チャネル領域5とその他方側の受光部101のn型電荷蓄積領域4との間には、この垂直電荷転送部と他方側の受光部101との間での信号電荷の流れを阻止するp型チャネルストップ領域7が形成されている。
The vertical
さらに、転送方向と直交する行方向に沿って配列されている複数の転送電極9は、行毎に1つの転送配線に接続されている。具体的には、この固体撮像素子100では、転送配線は、図2及び図3(a)に示すように、第1層目の転送配線21と第2層目の転送配線22とからなる積層構造となっており、所定行(例えば奇数行)に沿って配列されている複数の転送電極9上には、第1層目の転送配線21と第2層目の転送配線22とが絶縁膜31により電気的に絶縁され、かつ所定行の転送電極9に第1層目の転送配線21が接触するように配置されており、所定行に隣接する行(例えば偶数行)に沿って配列されている複数の転送電極9は、所定行の第2層目の転送配線22の配線基幹部22aから延びる配線枝部22bにコンタクトホールCHを介して接続されている。ここでは、第1層目の転送配線21及び第2層目の転送配線22はともにタングステンからなるタングステン配線である。
Further, the plurality of
そして、n型エピタキシャル基板2上には、受光部以外の領域を覆うよう、このn型エピタキシャル基板2への外部からの光の入射を遮る遮光膜13が形成されており、つまり、遮光膜13の受光部101のn型電荷蓄積領域4に対向する部分には遮光膜開口13aが形成されており、受光部101を構成する表面p+層4aは、この遮光膜開口13aを有する遮光膜13をマスクとするイオン注入により形成されたものであり、複数の受光部101の各々に対応するよう形成された遮光膜開口13aにより自己整合的に位置決めされている。また、この遮光膜13と第2層目の転送配線22とは絶縁膜32により絶縁されており、第1層目の転送配線21と、n型エピタキシャル基板2の表面上のシリコン窒化膜(SiN膜)12との間には絶縁膜30が形成されている。
On the n-
また、この遮光膜13及び遮光膜開口13a内に露出するシリコン窒化膜12上には、マイクロレンズ52で集光された光(集光光)を受光部101に導く光導波部100aが形成されており、この光導波部100aは、低屈折率材料膜40に形成した複数の開口部40aに高屈折率材料膜28を埋め込んでなる光ガイド構造を有し、低屈折率材料膜40の個々の開口部40bの開口幅Bを、高屈折率材料膜28により開口部40bが埋まる、高屈折率材料膜28の膜厚Tに応じた開口幅にしている。
On the
ここでは、高屈折率材料膜28は、減圧CVD法(LPCVD法)により形成されたシリコン窒化膜であり、低屈折率材料膜40はCVD法により形成されたシリコン酸化膜であり、高屈折率材料膜28の膜厚Tにより決まる、低屈折率材料膜40の開口部40bの幅Bは、例えば高屈折率材料膜28の膜厚Tの2倍である。ただし、低屈折率材料膜40の開口部40bの幅Bは、高屈折率材料膜28の膜厚Tの2倍に限定されるものではなく、高屈折率材料膜28の膜厚Tの2倍以下であればよい。
Here, the high refractive
また、高屈折率材料膜28は、200nm〜400nmの範囲の膜厚を有し、低屈折率材料膜40の凹部40bは、300nm〜600nmの範囲の開口幅Bを有し、ライトパイプ部Lpは受光部101のn型電荷蓄積領域4上で行列をなすように配列されており、隣接するライトパイプ部Lpの行方向あるいは列方向の離間距離C1は、n型電荷蓄積領域4の行方向あるいは列方向の幅をAとし、開口部40bの行方向あるいは列方向における開口幅をBとし、ライトパイプ部Lpの行方向あるいは列方向における配列個数をnとしたとき、次式(1)及び(2)
A=n×B+(n−1)×C1+2C2・・・(1)
C1>C2 ・・・(2)
を満たすように設定されている。
The high refractive
A = n × B + (n−1) × C1 + 2C2 (1)
C1> C2 (2)
It is set to satisfy.
また、受光部101のn型電荷蓄積領域4の平面パターンは長方形形状であり、低屈折率材料膜40の開口部40bの開口パターンは正方形形状であり、受光部101の長辺に沿ったライトパイプ部Lpの配置個数は、受光部のn型電荷蓄積領域4の長辺に沿ったライトパイプ部Lpの配置間隔とその短辺に沿ったライトパイプ部Lpの配置間隔とが同一の間隔となるように、受光部のn型電荷蓄積領域4の短辺に沿ったライトパイプ部Lpの配置個数より多くなっている。
The planar pattern of the n-type
また、受光部101のn型電荷蓄積領域4上で隣接するライトパイプLpの離間間隔C1は、写真製版によりフォトレジスト膜を露光現像可能な最小線幅より広い。このライトパイプLpは、上面が底面より広い逆角錐台形状を有している。ただし、ライトパイプ部Lpの立体形状は逆円錐台形状であってもよい。
Further, the spacing C1 between the adjacent light pipes Lp on the n-type
さらに、図2(b)に示すように、高屈折率材料膜28上にはパッシベーション膜(SiN膜)50が形成され、このパッシベーション膜50上にはインナーレンズ51が各受光部101のn型電荷蓄積領域4に対向するように配置されている。
Further, as shown in FIG. 2B, a passivation film (SiN film) 50 is formed on the high refractive
そして、このインナーレンズ51上には、平坦化膜41を介してカラーフィルタ20aおよび20bが配置されており、このカラーフィルタ20a及び20b上には、平坦化膜42を介してマイクロレンズとしてオンチップレンズ52が形成されている。
On the
次に、この実施形態1の固体撮像素子の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the solid-state image sensor of Embodiment 1 will be described.
図5は、本発明の実施形態1による固体撮像素子の製造方法としてCCD型イメージセンサの製造方法を工程順に説明する縦断面図であり、図5(a)〜図5(d)は、種々の拡散領域の形成工程から反射防止膜の形成工程までの工程における要部構造(図2(a)のB2−B2線における断面構造)を模式的に示している。 FIG. 5 is a longitudinal sectional view for explaining the manufacturing method of the CCD type image sensor as the manufacturing method of the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention in the order of steps, and FIGS. 5A to 5D are various views. 3 schematically shows a main part structure (a cross-sectional structure taken along line B2-B2 in FIG. 2A) in a process from a diffusion region forming step to an antireflection film forming step.
まず、n型エピタキシャル基板2上に不純物のイオン注入によりp−型ウェル部3を形成する。このイオン注入は、例えば、不純物としてボロンを用い、不純物のドーズ量を1×1011〜1×1012/cm2として行う。さらに、p−型ウェル部3上には、受光部101を構成するn型電荷蓄積領域4をイオン注入により形成し、垂直電荷転送部110を構成するn型転送チャネル領域5、このn型転送チャネル領域5の一方側に位置するp型チャネルストップ領域7、及びn型転送チャネル領域5のもう一方側に位置するp型電荷読出領域6をイオン注入により形成する(図5(a))。これらの領域は、一般的なCCD型イメージセンサの製造プロセスにより形成する。ここで、n型電荷蓄積領域4を形成するためのイオン注入は、例えば、不純物としてヒ素を用い、350〜400keVのイオン注入エネルギーでイオンドーズ量を1×1012〜1×1013/cm2として行う。n型電荷読出領域6を形成するためのイオン注入は、例えば、不純物としてボロンを用い、20〜40keVのイオン注入エネルギーでイオンドーズ量を1×1012〜1×1013/cm2として行う。さらに、p型チャネルストップ領域7を形成するためのイオン注入は、例えば、不純物としてボロンを用い、20〜40keVのイオン注入エネルギーでイオンドーズ量を1×1012〜1×1013/cm2として行う。さらに、n型転送チャネル領域5を形成するためのイオン注入は、例えば、不純物としてヒ素を用い、100〜150keVのイオン注入エネルギーでイオンドーズ量を1×1012〜1×1013/cm2として行う。
First, the p −
次に、n型エピタキシャル基板2上に熱酸化によりゲート絶縁膜8を形成した後、このゲート絶縁膜8上にポリシリコン層を形成し、このポリシリコン層をフォトリソグラフィ技術及びエッチングプロセスによりパターニングして、転送電極9をn型転送チャネル領域5、p型電荷読出領域6及びp型チャネルストップ領域7上に位置するように形成する。続いて、n型電荷蓄積領域4上のゲート絶縁膜8を除去した後、n型電荷蓄積領域4及び転送電極9を取り囲むように熱酸化によるシリコン酸化膜10及び8aを形成する。このときのシリコン酸化膜10及び8aの膜厚は、例えば10〜20nmに設定することができる(図5(b))。
Next, after forming a
次に、選択的なイオン注入によりn型電荷蓄積領域4の直上に低濃度表面領域(表面p−層)4bを、転送電極9に対して自己整合的に形成する。このイオン注入では、パターニングしたフォトレジスト膜とともに転送電極9をイオン注入マスクとして用い、例えば、不純物としてボロンとし、イオン注入エネルギーを5〜15keVとし、ドーズ量を1×1012〜1×1013/cm2とする(図5(c))。
Next, a low concentration surface region (surface p − layer) 4 b is formed in a self-aligned manner with respect to the
その後、n型電荷蓄積領域4上にシリコン窒化膜12を選択的に形成する。このとき、シリコン窒化膜の成長にはLPCVD法を用い、このシリコン窒化膜12の膜厚は、このシリコン窒化膜12とその下側のシリコン酸化膜10とにより実質的に反射防止膜が形成されるように、例えば30〜60nmに設定する(図5(d))。
Thereafter, a
図6は、このCCD型イメージセンサの製造方法のその後の工程を説明する図であり、図6(a)及び図6(b)は、遮光膜の形成工程及び高濃度表面領域(表面p+層)の形成工程の工程における要部構造(図2のB2−B2線における断面構造)を模式的に示している。
FIGS. 6A and 6B are diagrams for explaining the subsequent steps of the manufacturing method of the CCD type image sensor. FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating a process of forming a light shielding film and a high-concentration surface region (
続いて、マトリクス状に配列されている複数の画素Pxにおける所定行(例えば奇数行)の画素に跨る第1層目の転送配線21を、これらの画素の転送電極9に接触するように形成し、さらに転送配線21を覆うように層間絶縁膜31を形成する(図2(a)及び図4(a)参照)。次に、この層間絶縁膜31の、所定行の画素(例えば奇数行の画素)に隣接する画素(偶数行の画素)の転送電極9上に位置する部分にコンタクトホールCH(図2(a)、図4(c)参照)を形成した後、第1層目の転送配線21上に層間絶縁膜31を介して第2層目の転送配線22を形成する。この第2層目の転送配線22は、第1層目の転送配線21上に重なる水平方向に延びる配線基幹部22aと、この配線基幹部22aから垂直方向に延びる配線枝部22bとからなり、この配線枝部22bは、偶数行の画素の転送電極9とコンタクトホールCHを介して電気的に接続される。さらに、この第2層目のタングステン配線22を覆うように層間絶縁膜32を形成する(図2(a)及び図4(a)参照)。
Subsequently, a first-
その後、全面にタングステン遮光膜13を、受光部101を構成するn型電荷蓄積領域4に対応する部分以外の領域が遮光されるように形成する。つまり、タングステン遮光膜13を形成する際には、n型電荷蓄積領域4に対応する部分に遮光膜開口13aを設ける。このタングステン遮光膜13を後工程のイオン注入処理でイオン注入マスクとして用いるため、このタングステン遮光膜13の膜厚は、遮光性能を満たし、且つ、イオン種の突き抜けが起こらないように、例えば80〜120nmに設定する(図6(a))。
Thereafter, a tungsten light-shielding
次に、タングステン遮光膜13をイオン注入マスクとして、n型電荷蓄積領域4におけるこのタングステン遮光膜13の遮光膜開口13a内に露出する部分に選択的にイオンを注入して高濃度表面領域(表面p+層)4aを形成する。このとき、表面p+層4aを形成するためのイオン注入は、シリコン窒化膜12及びシリコン酸化膜10を突き抜けるよう条件設定を行う。具体的には、注入種としてボロンを使用する場合、例えば注入エネルギーを20〜40keV、ドーズ量を1×1013〜1×1014/cm2と設定することができる。また注入種としてBF2を使用する場合もボロンの場合と同様に所望のプロファイルが得られるよう注入条件を設定することができる(図6(b))。
Next, using the tungsten light-shielding
ここでは、高濃度表面領域(表面p+層)4aを形成するためにタングステン遮光膜13をイオン注入マスクとして用いる方法を示しているが、高濃度表面領域(表面p+層)4aは、図5(c)に示す工程で低濃度表面領域(表面p−層)4bを形成した後、パターニングしたフォトレジスト膜をイオン注入マスクとして用いたイオン注入により形成してもよい。
Here, illustrates a method of using as an ion implantation mask tungsten
続いて、受光部上に光導波部(ライトパイプ部)を形成する工程について説明する。 Subsequently, a process of forming an optical waveguide part (light pipe part) on the light receiving part will be described.
図7及び図8は、本発明の実施形態1による固体撮像素子の製造方法を説明する縦断面図であり、図7(a)、図7(b)、図8(a)、及び図8(b)は、ライトパイプ部を形成する工程における要部構造(図2(a)のB2−B2線における断面構造)を模式的に示している。図7(a)は、図6(b)のイオン注入処理を行った状態を示している。 7 and 8 are longitudinal sectional views for explaining the method of manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 7 (a), FIG. 7 (b), FIG. 8 (a), and FIG. (B) has shown typically the principal part structure in the process of forming a light pipe part (cross-sectional structure in the B2-B2 line | wire of Fig.2 (a)). FIG. 7A shows a state in which the ion implantation process of FIG. 6B is performed.
図6(b)に示すように、遮光膜13をイオン注入マスクとして高濃度表面領域(表面p+層)4aを形成した後(図7(a))、遮光膜13及び遮光膜開口13a(受光部)を被覆するように絶縁膜、例えばBPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass)をCVD法によって堆積し、さらに熱リフロー処理により平坦化する。これにより低屈折率材料膜としてBPSG膜40cが形成される(図7(b))。
As shown in FIG. 6B, after the high concentration surface region (surface p + layer) 4a is formed using the
次に、BPSG膜40c上にフォトリソグラフィによりエッチングマスク(図示せず)を形成した後、BPSG膜40cにRIE(Reactive Ion Etching)によるエッチング処理を施して、BPSG膜40cの、遮光膜開口の内側の部分を選択的に除去して、複数の開口部(低屈折率材料膜の開口部)40bを有するBPSG膜40を形成する(図8(a))。このとき、エッチング処理の条件として、遮光膜開口内に露出するシリコン窒化膜12上でエッチングがストップする条件を選択する。
Next, after forming an etching mask (not shown) on the
また、BPSG膜40の開口部40bの開口幅Bは、BPSG膜40の開口部40bを高屈折率材料膜で埋込んだときに高屈折率材料膜にボイドが生じないようにするため、高屈折率材料膜厚Tに応じた幅とする必要がある。
Further, the opening width B of the
例えば、高屈折率材料膜28としてシリコン窒化膜を減圧CVD法(LP−CVD法)により形成する場合、その膜厚Tを200〜400nmに設定し、開口幅Bを300〜600nm程度に設定することができる。開口部数(開口部の配列個数)は受光部101のn型電荷蓄積領域4の幅Aに対して上記開口幅B及び開口部を設定しない部分40aの幅C1及びC2を設定する割合で決定されるので、例えばフォトダイオード部幅(受光部の短辺方向の幅)A1が1600nm、開口部幅Bを300nm、開口部の離間距離C1を200nmと設定し、周縁の開口部から受光部のn型電荷蓄積領域4の側辺までの距離C2を150とした場合、A1=3B+2C1+2C2(上記式(1))が成立し、開口部数(受光部の短辺方向のライトパイプの数)を3と設定することができる。なお、上記計算式で余りが生じる場合は幅C2を調整することにより余りがゼロとなるよう設定することができる。ただし、C1>C2の関係を満たすことが望ましい。なお、受光部の長辺方向の幅A2に対しても、上記式(1)が成立し、例えば、開口部数(受光部の短辺方向のライトパイプの数)を4と設定することができる(図3(b)参照)。
For example, when a silicon nitride film is formed as the high refractive
次に、BPSG膜(低屈折率材料膜)40上にその開口部40bが埋め込まれるようにシリコン窒化膜(高屈折率材料膜)28をLP−CVD法により成膜し、その上面が平坦化されるようにこのシリコン窒化膜をエッチバックして複数のライトパイプ部Lpを形成する(図8(b))。なお、LP−CVD法(減圧CVD法)では、下地の露出面上に均等な膜厚でシリコン窒化膜を形成することができる。
Next, a silicon nitride film (high refractive index material film) 28 is formed by LP-CVD so that the
このとき、BPSG膜の開口部40bに埋め込むシリコン窒化膜28は、BPSG膜40より屈折率の高い膜であり、つまり、高屈折率材料膜28としてのシリコン窒化膜の屈折率はn=2.0であり、低屈折率材料膜40としてのBPSG膜の屈折率はn=1.4〜1.5である。
At this time, the
従って、BPSG膜の、シリコン窒化膜28を埋め込んだ複数の開口部40bは、マイクロレンズ52で集光された集光光を受光部101に導くライトパイプLpとして機能することとなる。
Accordingly, the plurality of
図9は、本発明の実施形態1による固体撮像素子の製造方法を説明する図であり、図9(a)は、高屈折率材料膜上にパッシベーション膜及びインナーレンズを形成した状態を示し、図9(b)は、インナーレンズ上にカラーフィルタ及びマイクロレンズを形成した状態を示している。 FIG. 9 is a diagram for explaining a method of manufacturing a solid-state imaging device according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 9A shows a state in which a passivation film and an inner lens are formed on a high refractive index material film. FIG. 9B shows a state in which a color filter and a microlens are formed on the inner lens.
次に、高屈折率材料膜28上に複数のライトパイプLpを被覆するようにパッシベーション膜50として、例えばプラズマシリコン窒化膜を300nm成膜し、パッシベーション膜50上に遮光膜開口部(受光部)に重なるようにインナーレンズ51を形成する。
Next, for example, a plasma silicon nitride film is formed to a thickness of 300 nm as the
具体的には、インナーレンズ51の材料となるプラズマシリコン窒化膜上にレジスト膜を形成した後、このレジスト膜をグレイトーンマスク(図示せず)を使用して露光現像して、レンズ形状を有するレジストマスクを形成した後、このレジストマスクとともにプラズマシリコン窒化膜をエッチバック法によりエッチングしてインナーレンズ51を形成する(図9(a))。
Specifically, after forming a resist film on the plasma silicon nitride film that is the material of the
インナーレンズから上部の構造については、一般的な製造方法により、カラーフィルタ及びオンチップレンズを形成する。 For the structure above the inner lens, a color filter and an on-chip lens are formed by a general manufacturing method.
つまり、インナーレンズ51上に平坦化膜41を形成した後、カラーフィルタ20aおよび20bを形成する。さらにカラーフィルタ20aおよび20b上に平坦化膜42を形成した後、マイクロレンズとしてオンチップレンズ52を遮光膜開口上に位置するように形成する。これにより、CCD型イメージセンサを完成する(図9(b))。
That is, after the
以下、本実施形態の作用効果について説明する。 Hereinafter, the effect of this embodiment is demonstrated.
本実施形態1の固体撮像素子100では、例えば、低屈折率材料膜40の開口部40bに埋込む高屈折率材料膜の膜厚Tに応じて、低屈折率材料膜40の開口部40bの開口幅Bを、ボイドが形成されない開口幅(例えば、実施形態1では2T)に設定するので、フォトダイオード面積(受光部の占有面積)に応じたライトパイプ開口数(ライトパイプの個数)を設定することにより、ボイドレスのライトパイプを形成することができ、その結果、大面積フォトダイオードを有する固体撮像素子の集光効率を向上することができる。
In the solid-
また、本実施形態では、受光部101の周縁に沿って位置するライトパイプから受光部の周縁までの距離C2を、隣接するライトパイプLpの行方向あるいは列方向の離間距離C1より小さくすることで、受光部101の周縁部に入射するインナーレンズ51からの集光光を、受光部周縁近くまで配置されているライトパイプLpにより効率よく受光部101に取り込むことができる。
Further, in the present embodiment, the distance C2 from the light pipe positioned along the periphery of the
さらに、この実施形態1では以下の効果が得られる。 Furthermore, the following effects are obtained in the first embodiment.
本実施形態では、受光部101であるフォトダイオードPDを構成する表面p+層(表面高濃度領域)4aを、各受光部に対応するよう遮光膜開口13aを形成した遮光膜13をマスクとするイオン注入により遮光膜開口13aに対して自己整合的に形成するので、受光部101を構成する表面p+層4aは、受光部を構成するn型電荷蓄積領域4の内側に位置することとなる。つまり、表面p+層4aは、この表面p+層4aを転送電極に対して自己整合的に配置した場合に比べて、遮光膜13とn型電荷蓄積領域4とが重なる距離だけp型電荷読出領域6から離れて位置することとなる。
In the present embodiment, the surface p + layer (surface high concentration region) 4a constituting the photodiode PD which is the
この結果、例えば、遮光膜開口13aの位置がプロセスの変動(マスク合わせの誤差ななど)により多少ずれても、表面p+層4aの位置ずれは、p型電荷読出領域6から離れたところでの位置変動となり、この位置ずれがp型電荷読出領域6と表面p+層4aとの間の領域の濃度変動に及ぼす影響は小さいものとなる。
As a result, for example, even if the position of the light-shielding
また、この実施形態では、受光部を構成する表面p−層(表面低濃度領域)4bを、転送電極9をマスクとするイオン注入により自己整合的に形成し、表面p−層(表面低濃度領域)4bが表面p+層(表面高濃度領域)4aを囲むようにしているので、p型電荷読出領域6に近いところでは、受光部を構成するn型電荷蓄積領域4とは逆導電型の表面領域のp型不純物濃度を下げることができ、これにより表面準位起因の暗電流を低減させつつ、p型電荷読出領域6に対する空乏化電圧の増加を抑えて、受光部からn型電荷転送チャネル領域5への信号電荷の読出しが阻害されるのを抑制することができる。
Further, in this embodiment, the surface p constituting the light receiving section - a layer (surface low concentration region) 4b, a self-alignment manner is formed by ion implantation using as a mask the
さらに、この表面p−層(表面低濃度領域)4bは、プロセス変動による転送電極9の位置ずれが生ずると、表面p+層4aに比べてp型電荷読出領域6に近いところで位置変動するが、この表面p−層4bは表面p+層4aに比べて不純物濃度が低いので、この表面p−層4bの位置ずれの影響がp型電荷読出領域6と表面p+型領域4aとの間の領域の濃度変動に及ぼす影響は小さい。このため、表面p−層4bの位置ずれが生じても、表面p+層4aがp型電荷読出領域6の近傍で位置変動する場合とは異なり、p型電荷読出領域6での濃度増大に伴う残像成分の増大あるいはn型電荷蓄積領域4の表面領域での濃度低下に伴う表面準位起因の暗時白傷の増大はいずれも低く抑えられることとなる。
Further, the position of the surface p − layer (surface low concentration region) 4b is fluctuated nearer to the p-type
なお、上記実施形態1では、上記受光部の平面パターンは長方形形状とし、上記低屈折率材料膜の開口部の開口パターンは正方形形状とし、該受光部の長辺に沿ったライトパイプの配置個数は、該受光部の長辺に沿った該ライトパイプの配置間隔とその短辺に沿った該ライトパイプの配置間隔とが同一の間隔となるように、該受光部の短辺に沿った該ライトパイプの配置個数より多くしているが、上記受光部の平面パターンは長方形形状とし、上記低屈折率材料膜の開口部の開口パターンは、該受光部の平面パターンと相似形状とし、該受光部の長辺に沿ったライトパイプの配置個数は、該受光部の長辺に沿った該ライトパイプの配置間隔とその短辺に沿った該ライトパイプの配置間隔とが同一の間隔となるように、該受光部の短辺に沿った該ライトパイプの配置個数と同一個数としてもよい。 In the first embodiment, the planar pattern of the light receiving portion is rectangular, the opening pattern of the opening of the low refractive index material film is square, and the number of light pipes arranged along the long side of the light receiving portion. Are arranged along the short side of the light receiving unit so that the arrangement interval of the light pipes along the long side of the light receiving unit and the arrangement interval of the light pipes along the short side thereof are the same interval. Although the number of light pipes is larger than the number of light pipes, the planar pattern of the light receiving part is rectangular, the opening pattern of the opening of the low refractive index material film is similar to the planar pattern of the light receiving part, The number of light pipes arranged along the long side of the light receiving portion is such that the light pipe arranging interval along the long side of the light receiving unit is the same as the light pipe arranging interval along the short side. Along the short side of the light receiving part It may be disposed number and the same number of the light pipe.
また、上記実施形態1では、固体撮像素子としてCCDイメージセンサを挙げて説明したが、固体撮像素子はCMOSイメージセンサでもよい。 In the first embodiment, the CCD image sensor is described as the solid-state image sensor. However, the solid-state image sensor may be a CMOS image sensor.
さらに、上記実施形態1では、特に説明しなかったが、上記実施形態1の固体撮像素子を撮像部に用いた、例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、画像入力カメラ、スキャナ、ファクシミリ、カメラ付き携帯電話装置などの、画像入力デバイスを有した電子情報機器について以下簡単に説明する。 Furthermore, although not specifically described in the first embodiment, a digital camera such as a digital video camera or a digital still camera, an image input camera, a scanner, or the like using the solid-state imaging device of the first embodiment as an imaging unit. An electronic information device having an image input device such as a facsimile or a camera-equipped cellular phone will be briefly described below.
(実施形態2)
図10は、本発明の実施形態2として、実施形態1の固体撮像素子を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
(Embodiment 2)
FIG. 10 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of an electronic information device using the solid-state imaging device of Embodiment 1 as an imaging unit as
図10に示す本発明の実施形態2による電子情報機器90は、本発明の上記実施形態1の固体撮像素子100を、被写体の撮影を行う撮像部91として備えたものであり、このような撮像部による撮影により得られた高品位な画像データを記録用に所定の信号処理した後にデータ記録する記録メディアなどのメモリ部92と、この画像データを表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示する液晶表示装置などの表示部93と、この画像データを通信用に所定の信号処理をした後に通信処理する送受信装置などの通信部94と、この画像データを印刷(印字)して出力(プリントアウト)する画像出力部95とのうちの少なくともいずれかを有している。
The
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。 As mentioned above, although this invention has been illustrated using preferable embodiment of this invention, this invention should not be limited and limited to this embodiment. It is understood that the scope of the present invention should be construed only by the claims. It is understood that those skilled in the art can implement an equivalent range based on the description of the present invention and the common general technical knowledge from the description of specific preferred embodiments of the present invention. Patents, patent applications, and documents cited herein should be incorporated by reference in their entirety, as if the contents themselves were specifically described herein. Understood.
本発明は、固体撮像素子及びその製造方法の分野において、低屈折率材料膜の開口部に高屈折率材料膜を埋め込んで光導波部を形成する際、低屈折率材料膜の開口部内で高屈折率材料膜中にボイドが発生するのを回避することができ、これにより、高屈折率材料膜のボイドを埋めるための平坦化工程を別途追加したり、カラーフィルタの形成工程でカラーフィルタの構成材料により高屈折率材料膜の平坦化を行ったりする必要がなくなり、引いては、異なる色の画素間での感度出力比のばらつきを招くことなく、簡単な工程で光導波部を形成することができる受光面積の広い高感度の固体撮像素子及びその製造方法、並びに、このような受光面積の広い高感度の固体撮像素子を用いた電子情報機器を実現することができる。 In the field of a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same, the present invention provides a high refractive index material film embedded in an opening of a low refractive index material film to form an optical waveguide. It is possible to avoid the generation of voids in the refractive index material film. This makes it possible to add a separate flattening process for filling the voids in the high refractive index material film, or in the color filter forming process. There is no need to flatten the high refractive index material film by the constituent material, and in turn, the optical waveguide section is formed by a simple process without incurring variations in the sensitivity output ratio between pixels of different colors. It is possible to realize a high-sensitivity solid-state imaging device having a wide light-receiving area and a manufacturing method thereof, and an electronic information device using such a high-sensitivity solid-state imaging device having a wide light-receiving area.
2 N型エピタキシャル基板(半導体基板)
3 p−型ウェル部
4 n−型電荷蓄積領域
4a 表面p+層(高濃度表面領域)
4b 表面p−層(低濃度表面領域)
5 n型転送チャネル領域
6 p型電荷読出領域
7 p型チャネルストップ領域
8 ゲート絶縁膜
9 転送電極
8a、10 シリコン酸化膜
12 シリコン窒化膜
13 タングステン遮光膜
13a 遮光膜開口
20a、20b カラーフィルタ
21 第1層目の転送配線
22 第2層目の転送配線
22a 配線基幹部
22b 配線枝部
28 高屈折率材料膜(SiN膜)
30 絶縁膜
31、32 層間絶縁膜
40 低屈折率材料膜(SiO膜)
40a ライトパイプ分離壁
40b 低屈折率材料膜の開口部
40c BPSG膜
41、42 平坦化膜
51 インナーレンズ
52 オンチップレンズ(マイクロレンズ)
90 電子情報機器
91 撮像部
92 メモリ部
93 表示部
94 通信部
95 画像出力部
100 固体撮像素子
100a 光導波部
101 受光部
110 垂直電荷転送部
120 水平電荷転送部(HCCD)
130 出力部
CH コンタクトホール
L 入射光
Lp ライトパイプ(光導波路)
PD フォトダイオード
Px 画素
2 N-type epitaxial substrate (semiconductor substrate)
3 p − type well portion 4 n − type
4b surface p - layer (low concentration surface region)
5 n-type transfer channel region 6 p-type charge readout region 7 p-type
30 Insulating
40a Light
DESCRIPTION OF
130 Output part CH Contact hole L Incident light Lp Light pipe (optical waveguide)
PD photodiode Px pixel
Claims (5)
該複数の受光部の各々に設けられ、該マイクロレンズからの集光光を該受光部に導く光導波部を備え、
該光導波部は、低屈折率材料膜に形成した複数の開口部内に高屈折率材料膜を埋め込んで複数の光導波路を形成してなる光ガイド構造を有し、該低屈折率材料膜の個々の開口部の開口幅を、個々の受光部上での該開口部の個数により、該高屈折率材料膜の膜厚に適した開口幅に設定している、固体撮像素子。 A solid-state imaging device having a semiconductor substrate, a plurality of light receiving portions formed on the semiconductor substrate, and a microlens provided above the light receiving portion for collecting incident light,
An optical waveguide provided in each of the plurality of light receiving units, for guiding the condensed light from the microlens to the light receiving unit;
The optical waveguide section has a light guide structure in which a plurality of optical waveguides are formed by embedding a high refractive index material film in a plurality of openings formed in the low refractive index material film. A solid-state imaging device in which the opening width of each opening is set to an opening width suitable for the film thickness of the high refractive index material film, depending on the number of the openings on each light receiving portion.
前記低屈折率材料膜はシリコン酸化膜であり、
該低屈折率材料膜の開口部の開口幅は、該高屈折率材料膜の膜厚の2倍以下である、請求項1に記載の固体撮像素子。 The high refractive index material film is a silicon nitride film formed by a low pressure CVD method,
The low refractive index material film is a silicon oxide film,
2. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the opening width of the opening of the low refractive index material film is not more than twice the film thickness of the high refractive index material film.
前記低屈折率材料膜の開口部は、300nm〜600nmの範囲の開口幅を有し、
前記光導波路は前記受光部上に行列をなすように配列されており、
隣接する光導波路の行方向あるいは列方向の離間距離をC1とし、該受光部の行方向あるいは列方向の幅をAとし、該開口部の行方向あるいは列方向における開口幅をBとし、該光導波路の行方向あるいは列方向における配列個数をnとし、該受光部の周縁に沿って位置する光導波路から該受光部の周縁までの距離をC2としたとき、次式(1)
A=n×B+(n−1)×C1+2×C2 ・・・(1)
が成立する、請求項1または請求項2に記載の固体撮像素子。 The high refractive index material film has a thickness in the range of 200 nm to 400 nm,
The opening of the low refractive index material film has an opening width in the range of 300 nm to 600 nm,
The optical waveguides are arranged in a matrix on the light receiving unit,
The separation distance between adjacent optical waveguides in the row direction or the column direction is C1, the width of the light receiving portion in the row direction or the column direction is A, the opening width of the opening in the row direction or the column direction is B, and the optical waveguide When the number of waveguides arranged in the row or column direction is n, and the distance from the optical waveguide located along the periphery of the light receiving portion to the periphery of the light receiving portion is C2, the following equation (1)
A = n × B + (n−1) × C1 + 2 × C2 (1)
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein:
該複数の受光部の各々に該マイクロレンズからの集光光を該受光部に導く光導波部を形成する工程を含み、
該光導波部の形成工程は、
該半導体基板上に該受光部を覆うように低屈折率材料膜を形成する工程と、
該低屈折率材料膜を選択的にエッチングして、該低屈折率材料膜に複数の開口部を1つの受光部上に2以上の開口部が位置するように形成する工程と、
該低屈折率材料膜上に高屈折率材料膜を該低屈折率材料膜の開口部が該高屈折率材料膜により埋まるように形成する工程と
を含み、
該光導波部は、該低屈折率材料膜の開口部に該高屈折率材料膜を埋め込んで複数の光導波路を形成してなる光ガイド構造を有し、該低屈折率材料膜の各々の開口部の開口幅を、個々の受光部上での該開口部の個数により、該高屈折率材料膜の膜厚に適した開口幅に設定している、固体撮像素子の製造方法。 A method of manufacturing a solid-state imaging device having a semiconductor substrate, a plurality of light-receiving portions formed on the semiconductor substrate, and a microlens provided above the light-receiving portion and collecting incident light,
Forming each of the plurality of light receiving portions with an optical waveguide portion that guides the condensed light from the microlens to the light receiving portion;
The optical waveguide forming step includes:
Forming a low refractive index material film on the semiconductor substrate so as to cover the light receiving portion;
Selectively etching the low refractive index material film to form a plurality of openings in the low refractive index material film so that two or more openings are positioned on one light receiving portion;
Forming a high refractive index material film on the low refractive index material film so that an opening of the low refractive index material film is filled with the high refractive index material film,
The optical waveguide section has a light guide structure formed by embedding the high refractive index material film in an opening of the low refractive index material film to form a plurality of optical waveguides, and each of the low refractive index material films A method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the opening width of the opening is set to an opening width suitable for the film thickness of the high refractive index material film, depending on the number of the openings on each light receiving portion.
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