JP5364989B2 - Solid-state imaging device and camera - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To advance characteristics in sensitivity of a solid-state imaging device, and to improve its characteristics in color mixture. <P>SOLUTION: The device has a plurality of pixels 4, and a waveguide 18 for introducing an incident light L into the photoelectric converter 11 of the pixel. The waveguide 18 is structured with each of color-filter components 8R, 8G, 8B in a color filter 8 as a core, and with a hollow portion 15 formed by a self-alignment between the adjoining color-filter components as a clad portion. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、CMOSイメージセンサ、あるいはCCDイメージセンサ等の固体撮像装置及びその製造方法、並びにこの固体撮像装置を備えたカメラに関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device such as a CMOS image sensor or a CCD image sensor, a manufacturing method thereof, and a camera including the solid-state imaging device.

近年、固体撮像装置における画素の微細化、多画素化に伴い、固体撮像装置の重要特性である感度特性の確保、及び向上化の技術開発が盛んに行われている。   In recent years, with the miniaturization of pixels and the increase in the number of pixels in a solid-state imaging device, technological development for securing and improving sensitivity characteristics, which are important characteristics of the solid-state imaging device, has been actively performed.

デジタルスチルカメラの小型化、カメラ付き携帯電話に代表されるモバイル用途に使用される固体撮像装置においては、カメラ、あるいはカメラモジュールのレンズから固体撮像装置までの距離が短い。このため、固体撮像装置の受光領域の特に外周に向って入射する光の角度が急峻となり、感度特性、輝度シェーディング等を劣化させ、更には混色の要因となっていた。従って、これらの改善技術の確立が望まれている。   In a solid-state imaging device used for mobile applications typified by downsizing of a digital still camera and a mobile phone with a camera, the distance from the lens of the camera or camera module to the solid-state imaging device is short. For this reason, the angle of light incident particularly toward the outer periphery of the light receiving region of the solid-state imaging device becomes steep, which deteriorates sensitivity characteristics, luminance shading, and the like, and further causes color mixing. Therefore, establishment of these improvement techniques is desired.

固体撮像装置の感度向上化技術の一方法として、裏面照射型のCMOS固体撮像装置が開発されている。裏面照射型の固体撮像装置では、光電変換部の面積、体積が大きく形成できるので、固体撮像装置の重要特性である感度特性の向上が図れる。   As a method for improving the sensitivity of a solid-state image pickup device, a back-illuminated CMOS solid-state image pickup device has been developed. In the back-illuminated solid-state imaging device, the area and volume of the photoelectric conversion unit can be formed large, so that the sensitivity characteristics that are important characteristics of the solid-state imaging device can be improved.

図22に、従来の裏面照射型のCMOSイメージセンサを示す。このCMOSイメージセンサ120は、シリコン半導体層121の撮像領域122に複数の画素123が2次元配列され、半導体層121の表面側に層間絶縁膜124を介して多層の配線125を積層した多層配線層126が形成され、半導体層121の裏面側に平坦化膜127を介してカラーフィルタ128及びオンチップマイクロレンズ129形成されて成る。さらに、多層配線層126の表面には、接着剤層130を介して指示基板131が接合される。   FIG. 22 shows a conventional backside illumination type CMOS image sensor. This CMOS image sensor 120 has a multilayer wiring layer in which a plurality of pixels 123 are two-dimensionally arranged in an imaging region 122 of a silicon semiconductor layer 121 and a multilayer wiring 125 is stacked on the surface side of the semiconductor layer 121 via an interlayer insulating film 124. 126 is formed, and the color filter 128 and the on-chip microlens 129 are formed on the back surface side of the semiconductor layer 121 through the planarization film 127. Further, the instruction board 131 is bonded to the surface of the multilayer wiring layer 126 via the adhesive layer 130.

画素123は、光電変換部133となる例えばフォトダイオード(PD)と、複数の画素トランジスタとで構成される。図22では、複数の画素トランジスタのうち、転送ゲート電極135を有する転送トランジスタを代表して示している。符号136は、各画素123を分離する画素分離領域を示す。カラーフィルタ128は、赤フィルタ成分128R、緑フィルタ成分128G及び青フィルタ成分128Bを有して形成される。   The pixel 123 includes, for example, a photodiode (PD) serving as the photoelectric conversion unit 133 and a plurality of pixel transistors. FIG. 22 representatively shows a transfer transistor having a transfer gate electrode 135 among a plurality of pixel transistors. Reference numeral 136 denotes a pixel separation region that separates the pixels 123. The color filter 128 includes a red filter component 128R, a green filter component 128G, and a blue filter component 128B.

ところで、このような裏面照射型のCMOSイメージセンサ120においては、オンチップマイクロレンズ129に斜めに入射した光Lは、隣接する画素に漏れ込む虞れがある。このため、カラーフィルタにおける隣接する色フィルタ成分同士の混色問題の解決にはならない。混色改善技術としては、公知の層内レンズや遮光膜の設置等が考えられるが、製造工程では、支持基板と配線層を含むシリコン層を接着する際に用いる接着剤の耐熱性以下で行う必要があり、プロセス条件の制約を受けてしまう。   Incidentally, in such a back-illuminated CMOS image sensor 120, the light L incident obliquely on the on-chip microlens 129 may leak into adjacent pixels. For this reason, it does not solve the color mixing problem between adjacent color filter components in the color filter. As a technique for improving color mixing, it is possible to install a known in-layer lens or a light shielding film. However, in the manufacturing process, it is necessary to perform the heat treatment below the heat resistance of the adhesive used when bonding the support substrate and the silicon layer including the wiring layer. There are restrictions on process conditions.

一方、微細セル(画素)における固体撮像装置の感度向上技術の他の方法として、層内に光ケーブルに代表される光全反射を利用した導波路構造が提案さている。例えば、特許文献1では、クラッド部にシリコン酸化膜(SiO2膜:屈折率n≒1.45)等の絶縁膜を用い、コア部にシリコン窒化膜(SiN膜:屈折率n≒2.0)を用いた導波路を備えた固体撮像装置が提案されている。特許文献2では、クラッド部に空気層を用い、コア部に所要の絶縁膜を用いて成る導波路を備えた固体撮像装置も提案されている。しかしながら、大きな角度を持った入射光を光電変換部であるフォトダイオードに集光させることには限界があった。   On the other hand, as another method for improving the sensitivity of a solid-state imaging device in a fine cell (pixel), a waveguide structure using total light reflection represented by an optical cable in a layer has been proposed. For example, in Patent Document 1, an insulating film such as a silicon oxide film (SiO2 film: refractive index n≈1.45) is used for the cladding part, and a silicon nitride film (SiN film: refractive index n≈2.0) is used for the core part. There has been proposed a solid-state image pickup device provided with a waveguide using the. Patent Document 2 also proposes a solid-state imaging device including a waveguide formed by using an air layer for a clad part and a required insulating film for a core part. However, there is a limit to condensing incident light having a large angle on a photodiode that is a photoelectric conversion unit.

特許文献2には、カラーフィルタにおいて、各色フィルタ成分を色フィルタ成分より屈折率の小さい枡型の区画体で取り囲むようにして導波路に類似した構造を備えた固体撮像装置も提案されている。   Patent Document 2 also proposes a solid-state imaging device having a structure similar to a waveguide so that each color filter component is surrounded by a bowl-shaped partition having a refractive index smaller than that of the color filter component.

特開2004−221532号公報JP 2004-221532 A 特開2006−128433号公報JP 2006-128433 A

本発明は、上述の点に鑑み、導波路構造における全反射条件をさらに改善して感度特性の向上を図ると共に、混色特性を改善した固体撮像装置及びその製造方法を提供するものである。
さらに、本発明は、上記固体撮像装置を備えたカメラを提供するものである。
In view of the above-described points, the present invention provides a solid-state imaging device and a method for manufacturing the same, in which the total reflection conditions in the waveguide structure are further improved to improve the sensitivity characteristics and the color mixing characteristics are improved.
Furthermore, this invention provides the camera provided with the said solid-state imaging device.

本発明に係る固体撮像装置は、複数の画素と、画素の光電変換部に入射光を導く導波路を有する。導波路は、カラーフィルタの各色フィルタ成分をコア部とし、隣合う色フィルタ成分間のセルファラインで形成された中空部をクラッド部として構成された第1導波路部と、前記光電変換部と前記カラーフィルタとの間にあって、第1の層をコア部とし、前記第1の層の外側に形成した中空部をクラッド部として構成された第2導波路部とを有し、前記第2導波路部間には、少なくとも表面に反射膜が形成された支持体が設けられ、前記第2導波路部を構成する前記コア部と前記支持体との間に、前記第2導波路部を構成する前記中空部が設けられている。 The solid-state imaging device according to the present invention includes a plurality of pixels and a waveguide that guides incident light to the photoelectric conversion unit of the pixels. The waveguide has a first waveguide portion configured with each color filter component of the color filter as a core portion and a hollow portion formed by a self-aligned line between adjacent color filter components as a cladding portion, the photoelectric conversion portion, A second waveguide section between the color filter and having a first layer as a core section and a hollow section formed outside the first layer as a cladding section, and the second waveguide between parts, supports reflective film on at least the surface is formed is provided between the core portion constituting the second waveguide portion and the support member, constituting the second waveguide section The hollow portion is provided.

本発明の固体撮像装置では、カラーフィルタにクラッド部を中空部とした全反射型の導波路機能を持たせるので、光電部への集光効率が向上し、混色が低減する。導波路において、セルファラインで形成された中空部を有するので、中空部に入射した光が隣接する色フィルタ成分に入り難くなり、分光特性が改善される。これにより、カラーフィルタの膜厚を薄くでき、カラーフィルタと光電変換部間の距離を短くすることができ、集光特性が向上する。必要に応じて、オンチップレンズの省略も可能になる。   In the solid-state imaging device of the present invention, since the color filter has a total reflection type waveguide function in which the cladding portion is a hollow portion, the light collection efficiency to the photoelectric portion is improved and color mixing is reduced. Since the waveguide has a hollow portion formed of self-aligned lines, light incident on the hollow portion hardly enters the adjacent color filter component, and the spectral characteristics are improved. Thereby, the film thickness of a color filter can be made thin, the distance between a color filter and a photoelectric conversion part can be shortened, and a condensing characteristic improves. If necessary, it is possible to omit the on-chip lens.

本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、第1の色フィルタ成分の側壁にのみ選択的に犠牲膜を形成し、第1の色フィルタ成分の側壁に犠牲膜を介して他の色フィルタ成分を形成した後、犠牲膜をエッチング除去して、セルファラインにより中空部を形成する。本発明は、このようにして中空部をクラッド部とし、色フィルタ成分をコア部とした導波路機能を有するカラーフィルタの形成工程を有することを特徴とする。   In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, a sacrificial film is selectively formed only on the side wall of the first color filter component, and another color filter component is formed on the side wall of the first color filter component via the sacrificial film. After forming the sacrificial film, the sacrificial film is removed by etching, and a hollow portion is formed by self-alignment. In this way, the present invention is characterized by the step of forming a color filter having a waveguide function with the hollow portion as a cladding portion and the color filter component as a core portion.

本発明の固体撮像装置の製造方法では、第1の色フィルタ成分の側壁のみに犠牲膜を形成した後、他の色フィルタ成分を形成し、犠牲膜を除去して各色フィルタ成分間に中空部を形成している。すなわち、この中空部は、いわゆるセルファラインで形成されるので、微細幅の中空部を形成することができる。この中空部と色フィルタ成分とで導波路が構成され、全反射型の導波路機能を有するカラーフィルタが形成される。   In the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, after forming a sacrificial film only on the side wall of the first color filter component, another color filter component is formed, the sacrificial film is removed, and a hollow portion is formed between the color filter components. Is forming. That is, since this hollow part is formed by what is called self-aligned, a hollow part with a fine width can be formed. The hollow portion and the color filter component constitute a waveguide, and a color filter having a total reflection type waveguide function is formed.

本発明に係るカメラは、固体撮像装置と光学レンズ系と信号処理手段を備える。この固体撮像装置は、複数の画素と、前記画素の光電変換部に入射光を導く導波路を有し、導波路が、カラーフィルタの各色フィルタ成分をコア部とし、隣合う色フィルタ成分間のセルファラインで形成された中空部をクラッド部として構成された第1導波路部と、前記光電変換部と前記カラーフィルタとの間にあって、第1の層をコア部とし、前記第1の層の外側に形成した中空部をクラッド部として構成された第2導波路部とを有し、前記第2導波路部間には、少なくとも表面に反射膜が形成された支持体が設けられ、前記第2導波路部を構成する前記コア部と前記支持体との間に、前記第2導波路部を構成する前記中空部が設けられている。 The camera according to the present invention includes a solid-state imaging device, an optical lens system, and signal processing means. This solid-state imaging device has a plurality of pixels and a waveguide that guides incident light to the photoelectric conversion unit of the pixel, and the waveguide uses each color filter component of the color filter as a core portion, and between adjacent color filter components. Between the first waveguide part configured as a cladding part with a hollow part formed of self-aligned lines, the photoelectric conversion part and the color filter, the first layer as a core part, and the first layer A second waveguide portion configured as a clad portion with a hollow portion formed on the outer side, and a support having at least a reflective film formed on the surface is provided between the second waveguide portions . The hollow portion constituting the second waveguide portion is provided between the core portion constituting the two waveguide portions and the support.

本発明に係る固体撮像装置によれば、感度特性を向上し、混色特性を改善することができる。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、感度特性が向上し、混色特性を改善した固体撮像装置を製造することができる。
本発明に係るカメラによれば、感度特性が向上し、混色特性が改善された信頼性の高いカメラを提供できる。
With the solid-state imaging device according to the present invention, it is possible to improve sensitivity characteristics and improve color mixing characteristics.
According to the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, it is possible to manufacture a solid-state imaging device with improved sensitivity characteristics and improved color mixing characteristics.
The camera according to the present invention can provide a highly reliable camera with improved sensitivity characteristics and improved color mixing characteristics.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1に、本発明に係る固体撮像装置の第1実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、裏面照射型のCMOSイメージセンサに適用した場合である。本実施の形態に係る固体撮像装置1は、半導体層(例えばシリコン層)2の撮像領域3に複数の画素4が2次元配列され、半導体層2の表面側に層間絶縁膜5を介して多層の配線6を積層した多層配線層7が形成され、半導体層2の裏面側に導波路構造を有するカラーフィルタ8が配置されて成る。さらに、多層配線層7の表面には、接着剤層9を介して例えばシリコン基板による支持基板10が接合される。   FIG. 1 shows a first embodiment of a solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device according to the present embodiment is applied to a backside illumination type CMOS image sensor. In the solid-state imaging device 1 according to the present embodiment, a plurality of pixels 4 are two-dimensionally arranged in an imaging region 3 of a semiconductor layer (for example, a silicon layer) 2, and a multilayer is formed on the surface side of the semiconductor layer 2 via an interlayer insulating film 5. A multilayer wiring layer 7 in which the wirings 6 are laminated is formed, and a color filter 8 having a waveguide structure is disposed on the back side of the semiconductor layer 2. Further, a support substrate 10 made of, for example, a silicon substrate is bonded to the surface of the multilayer wiring layer 7 via an adhesive layer 9.

画素4は、光電変換部11となる例えばフォトダイオード(PD)と、複数のMOSトランジスタによる画素トランジスタで構成される。画素トランジスタは、例えば転送トランジスタと、リセットトランジスタと、増幅トランジスタと、選択トランジスタの4つのトランジスタで構成することができる。或いは、画素トランジスタは、転送トランジスタと、リセットトランジスタと、増幅トランジスタの3つのトランジスタで構成することができる。その他のトランジスタ数で画素トランジスタを構成することもできる。図1では、複数の画素トランジスタのうち、転送ゲート電極13を有する転送トランジスタを代表として示している。符号19は、隣り合う画素間を分離する画素分離領域を示す。   The pixel 4 is composed of, for example, a photodiode (PD) serving as the photoelectric conversion unit 11 and a pixel transistor including a plurality of MOS transistors. The pixel transistor can be constituted by four transistors, for example, a transfer transistor, a reset transistor, an amplification transistor, and a selection transistor. Alternatively, the pixel transistor can be composed of three transistors: a transfer transistor, a reset transistor, and an amplification transistor. The pixel transistor can also be configured with other numbers of transistors. In FIG. 1, a transfer transistor having a transfer gate electrode 13 among a plurality of pixel transistors is shown as a representative. Reference numeral 19 denotes a pixel separation region that separates adjacent pixels.

そして、本実施の形態においては、特にカラーフィルタ8に導波路機能を持たせた構成としている。すなわち、1色目の例えば緑(G)フィルタ成分8Gと、2色目の例えば赤(R)フィルタ成分8Rと、3色目の例えば青(B)フィルタ成分8Bとの境界にセルファラインで形成した中空部15が形成される。ここで、中空部15の屈折率は、例えば空気であれば1.0であり、各色フィルタ成分8G,8R,8Bの屈折率は、1.6〜1.7程度である。なお、中空部15は、空気でなく、後述するキャッピング膜17の成膜時の反応ガスなどで満たされた場合でも、1.0に近い屈折率を有する。   In the present embodiment, the color filter 8 has a waveguide function. That is, a hollow portion formed by self-alignment at the boundary between the first color, for example, the green (G) filter component 8G, the second color, for example, the red (R) filter component 8R, and the third color, for example, the blue (B) filter component 8B. 15 is formed. Here, the refractive index of the hollow portion 15 is 1.0, for example, in the case of air, and the refractive indexes of the color filter components 8G, 8R, 8B are about 1.6 to 1.7. Note that the hollow portion 15 has a refractive index close to 1.0 even when it is filled with a reaction gas or the like when forming a capping film 17 to be described later, instead of air.

従って、各色フィルタ成分8G,8R,8Bでは、フィルタ成分8G,8R,8Bをそれぞれコア部とし、その外周の中空部15をクラッド部とした全反射型の導波路18が形成される。中空部15は、後述するように、セルファラインで形成されるため、その幅d1が150nm以下、すなわち150nm〜10nm程度の微細幅として形成される。   Accordingly, in each of the color filter components 8G, 8R, and 8B, a total reflection type waveguide 18 is formed in which the filter components 8G, 8R, and 8B are the core portions and the outer peripheral hollow portion 15 is the cladding portion. As will be described later, the hollow portion 15 is formed of self-aligned lines, and thus has a width d1 of 150 nm or less, that is, a fine width of about 150 nm to 10 nm.

上記カラーフィルタ8は、半導体層2の裏面上に絶縁膜あるいはパシベーション膜による平坦膜16を介して形成される。また、カラーフィルタ8の面上には、中空部15を封止する中空部キャップ膜17が形成される。」   The color filter 8 is formed on the back surface of the semiconductor layer 2 via a flat film 16 made of an insulating film or a passivation film. On the surface of the color filter 8, a hollow portion cap film 17 that seals the hollow portion 15 is formed. "

なお、このキャップ層17は、工程簡略化などの理由で省略しても構わない。例えば、カラーフィルタ8上にマイクロレンズ等を設置する場合には、中空部15に有機膜が進入し不具合が生じる懼れがあるためにキャップ層17を必要とする。しかし、マイクロレンズ等を設置しない場合は、必ずしもキャップ層17を必要としない。   The cap layer 17 may be omitted for reasons such as process simplification. For example, when a microlens or the like is installed on the color filter 8, the cap layer 17 is necessary because an organic film may enter the hollow portion 15 and cause defects. However, the cap layer 17 is not necessarily required when a microlens or the like is not installed.

カラーフィルタ8の一例を図2に示す。このカラーフィルタ8は、いわゆるベイヤー配列と呼ばれるカラーフィルタである。ベイヤー配列では、水平方向に緑(G)フィルタ成文8Gと赤(R)フィルタ成分8Rが交互に配列された緑−赤列と、水平方向に緑(G)フィルタ成分8Gと青(B)フィルタ成分8Bが交互に配列された青−赤列とが、垂直方向に交互に配列されてなる。
図1のカラーフィルタ8は、説明の便宜上、赤(R)、緑(G)及び青(B)のフィルタ成分8R,8G及び8Bが横方向に配列されている。
An example of the color filter 8 is shown in FIG. The color filter 8 is a so-called Bayer array color filter. In the Bayer array, a green-red column in which green (G) filter components 8G and red (R) filter components 8R are alternately arranged in the horizontal direction, and a green (G) filter component 8G and a blue (B) filter in the horizontal direction. Blue-red columns in which the components 8B are alternately arranged are alternately arranged in the vertical direction.
In the color filter 8 of FIG. 1, filter components 8R, 8G, and 8B of red (R), green (G), and blue (B) are arranged in the horizontal direction for convenience of explanation.

第1実施の形態に係る固体撮像装置1は、図1に示すように、カラーフィルタ8上のオンチップマイクロレンズを省略して完成される。   As shown in FIG. 1, the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment is completed by omitting the on-chip microlens on the color filter 8.

次に、図3〜図5を用いて、上述の固体撮像装置1の製造方法、特に導波路構造のカラーフィルタ8の製法について説明する。
先ず、図3Aに示すように、光電変換部11及び画素トランジスタからなる複数の画素4が形成された半導体層2の裏面側に、絶縁膜あるいはパシベーション膜による平坦膜16を成膜する。この平坦膜16は、プラズマ窒化膜、あるいは高密度プラズマ酸化膜(HDP―SiO2膜)等で形成することができる。
Next, a method for manufacturing the above-described solid-state imaging device 1, particularly a method for manufacturing the color filter 8 having a waveguide structure, will be described with reference to FIGS.
First, as shown in FIG. 3A, a flat film 16 made of an insulating film or a passivation film is formed on the back surface side of the semiconductor layer 2 on which the plurality of pixels 4 including the photoelectric conversion unit 11 and the pixel transistors are formed. The flat film 16 can be formed of a plasma nitride film, a high-density plasma oxide film (HDP-SiO 2 film), or the like.

次に、図3Bに示すように、平坦膜16上の全面に1色目の例えば緑フィルタ材料層8G′を形成する。   Next, as shown in FIG. 3B, for example, a green filter material layer 8G ′ of the first color is formed on the entire surface of the flat film 16.

次に、緑フィルタ材料層8G′上にフォトレジスト層を形成し、光学マスクを介して露光、現像して、図3Cに示すように、緑フィルタ材料層8G′上の緑画素に対応する位置に、レジストマスク18を形成する。   Next, a photoresist layer is formed on the green filter material layer 8G ′, exposed and developed through an optical mask, and as shown in FIG. 3C, positions corresponding to green pixels on the green filter material layer 8G ′. Next, a resist mask 18 is formed.

次に、図4Dに示すように、レジストマスク18を耐エッチングマスクとして、緑フィルタ材料層8G′をドライエッチング法により選択的に除去し、緑(G)画素に対応する位置に緑フィルタ成分8Gを形成する。ドライエッチング後、不要となったレジストマスク18を、有機溶剤等を用いて剥離除去する。なお、緑フィルタ成分8Gのパターニング法としては、一般的に使用されているカラーフィルタ自体が感光性を有するフォトレジストであるので、その感光性の緑フィルタ材料層(フォトレジスト層)をそのまま使用し、光学マスクを介して露光、現像する公知のフォトレジスト法で形成することもできる。   Next, as shown in FIG. 4D, the green filter material layer 8G ′ is selectively removed by a dry etching method using the resist mask 18 as an etching resistant mask, and a green filter component 8G is formed at a position corresponding to a green (G) pixel. Form. After the dry etching, the resist mask 18 that is no longer needed is peeled off using an organic solvent or the like. As a patterning method for the green filter component 8G, since the generally used color filter itself is a photosensitive photoresist, the photosensitive green filter material layer (photoresist layer) is used as it is. It can also be formed by a known photoresist method in which exposure and development are performed through an optical mask.

次に、図4Eに示すように、緑フィルタ成分8Gの表面を含む全面に薄膜状の犠牲膜19を成膜する。この犠牲膜19は、本例ではプラズマ・シリコン窒化膜(P−SiN膜)を用いる。この犠牲膜19は、後述の本発明における導波路構造の中空部を形成するためのものである。犠牲膜19としては、その他、非晶質シリコン膜、多結晶シリコン膜等、色フィルタ成分と異なるエッチングレートを有する材料膜を用いることができる。犠牲膜19の膜厚d1は、150nm以下、本例では80nmとした。犠牲膜19の成膜温度は、前述の接着剤層9(図1参照)と、色フィルタ成分、本例では緑フィルタ成分8Gの耐熱温度以下とし、280℃以下、好ましくは260℃以下とする。下限は80℃程度である。80℃より低温であるGと、成膜に支障を」来す。   Next, as shown in FIG. 4E, a thin sacrificial film 19 is formed on the entire surface including the surface of the green filter component 8G. The sacrificial film 19 is a plasma silicon nitride film (P-SiN film) in this example. This sacrificial film 19 is for forming a hollow portion of a waveguide structure in the present invention described later. As the sacrificial film 19, a material film having an etching rate different from that of the color filter component, such as an amorphous silicon film or a polycrystalline silicon film, can be used. The thickness d1 of the sacrificial film 19 is set to 150 nm or less, and in this example, 80 nm. The film-forming temperature of the sacrificial film 19 is set to be equal to or lower than the heat resistance temperature of the adhesive layer 9 (see FIG. 1) and the color filter component, in this example, the green filter component 8G. . The lower limit is about 80 ° C. G, which is lower than 80 ° C., hinders film formation.

次に、図4Fに示すように、犠牲膜19に対して、異方性ドライエッチング法を用いてエッチバックし、犠牲膜19を緑フィルタ成分8Gの周囲側壁のみ残し、他を全て除去する。   Next, as shown in FIG. 4F, the sacrificial film 19 is etched back by using an anisotropic dry etching method, leaving only the peripheral side wall of the green filter component 8G and removing everything else.

次に、図4Gに示すように、上記の緑フィルタ成分8Gの形成法と同様にして、緑フィルタ成分8Gの一方の側に犠牲膜19を介して隣接するように、赤(R)画素に対応するように赤フィルタ成分8Rを形成する。ここで、赤フィルタ成分8Rのパターニング法としては、前述の緑フィルタ成分8Gのパターニング法で説明したと同様に、フォトレジストマスクを介してドライエッチングしてパターニングする方法の他、感光性の赤フィルタ材料層(フォトレジスト層)を使用した公知のフォトレジスト法を用いることもできる。   Next, as shown in FIG. 4G, in the same manner as the green filter component 8G, the red (R) pixel is adjacent to one side of the green filter component 8G via the sacrificial film 19. The red filter component 8R is formed so as to correspond. Here, as the patterning method of the red filter component 8R, as described in the patterning method of the green filter component 8G, a method of patterning by dry etching through a photoresist mask, as well as a photosensitive red filter, are used. A known photoresist method using a material layer (photoresist layer) can also be used.

次に、図5Hに示すように、上記の緑フィルタ成分8Gの形成法と同様にして、緑フィルタ成分8Gの他方の側に犠牲膜19を介して隣接するように、青(B)画素に対応するように青フィルタ成分8Bを形成する。ここで、青フィルタ成分8Bパターニング法としては、前述の緑フィルタ成分8Gのパターニング法で説明したと同様に、フォトレジストマスクを介してドライエッチングしてパターニングする方法の他、感光性の青フィルタ材料層(フォトレジスト層)を使用した公知のフォトレジスト法を用いることもできる。   Next, as shown in FIG. 5H, in the same manner as the green filter component 8G, the blue (B) pixel is adjacent to the other side of the green filter component 8G via the sacrificial film 19. The blue filter component 8B is formed so as to correspond. Here, as the blue filter component 8B patterning method, as described in the above-described patterning method of the green filter component 8G, in addition to a method of patterning by dry etching through a photoresist mask, a photosensitive blue filter material is used. A known photoresist method using a layer (photoresist layer) can also be used.

次に、図5Iに示すように、犠牲膜19を等方性ドライエッチ法によりドライエッチングして選択的に除去し、各隣合う色フィルタ成分8G,8R,8Bの相互間に中空部15を形成する。等方性ドライエッチは、例えばケミカルドライエッチングを用いることができる。この中空部15は、上述の工程で明らかなように、セルファライで形成される。したがって、中空部15は、150nm以下の微細幅での形成が可能となる。   Next, as shown in FIG. 5I, the sacrificial film 19 is selectively removed by dry etching using an isotropic dry etching method, and a hollow portion 15 is formed between the adjacent color filter components 8G, 8R, and 8B. Form. For example, chemical dry etching can be used as the isotropic dry etching. The hollow portion 15 is formed of self-alignment as is apparent from the above-described process. Therefore, the hollow portion 15 can be formed with a fine width of 150 nm or less.

次に、図5Jに示すように、中空部15が形成されたカラーフィルタ上に、中空部15を封止するためのキャッピング膜17を形成する。キャッピング膜17は、プラズマ・シリコン窒化膜、プラズマ・シリコン酸化膜等を用いることができる。本例ではプラズマ・シリコン酸化膜を用いる。   Next, as shown in FIG. 5J, a capping film 17 for sealing the hollow portion 15 is formed on the color filter in which the hollow portion 15 is formed. As the capping film 17, a plasma / silicon nitride film, a plasma / silicon oxide film, or the like can be used. In this example, a plasma silicon oxide film is used.

このようにして、目的の第1実施の形態の導波路構造のカラーフィルタ8機能を有し、オンチップマイクロレンズを有しない裏面照射型の固体撮像装置1を得る。   In this way, the back-illuminated solid-state imaging device 1 having the function of the color filter 8 having the waveguide structure of the target first embodiment and having no on-chip microlens is obtained.

第1実施の形態に係る固体撮像装置1によれば、中空部15をクラッド部とし、色フィルタ成分8G,8R,8Bをコア部として全反射型の導波路構造18を有するカラーフィルタ8を構成することにより、図1に示すように、カラーフィルタの各色フィルタ成分8G,8R,8Bに入射した光Lは、中空部15と色フィルタ成分との境界面で全反射し、各色画素の光電変換部11に入射される。従って、オンチップマイクロレンズを省略しても、混色を低減し、感度を向上し、さらに感度シェーディングを向上した固体撮像装置を提供することができる。   According to the solid-state imaging device 1 according to the first embodiment, the color filter 8 having the total reflection type waveguide structure 18 is configured with the hollow portion 15 as a cladding portion and the color filter components 8G, 8R, and 8B as core portions. As a result, as shown in FIG. 1, the light L incident on each color filter component 8G, 8R, 8B of the color filter is totally reflected at the boundary surface between the hollow portion 15 and the color filter component, and photoelectric conversion of each color pixel is performed. Incident on the part 11. Therefore, even if the on-chip microlens is omitted, it is possible to provide a solid-state imaging device that reduces color mixing, improves sensitivity, and further improves sensitivity shading.

本実施の形態では、中空部15をセルファラインで形成するので、150nm以下の微細幅の中空部15が形成され、分光特性に優れた固体撮像装置を構成することができる。また、分光特性に優れるので、カラーフィルタ8の膜厚を薄くすることが可能になり、カラーフィルタ8と光電変換部11までの距離が短縮され、集光特性を向上することができる。   In the present embodiment, since the hollow portion 15 is formed by self-alignment, the hollow portion 15 having a fine width of 150 nm or less is formed, and a solid-state imaging device having excellent spectral characteristics can be configured. In addition, since the spectral characteristics are excellent, the thickness of the color filter 8 can be reduced, the distance between the color filter 8 and the photoelectric conversion unit 11 can be shortened, and the light collection characteristics can be improved.

因みに、リソグラフィ技術を用いて中空部の溝を形成するときは、例えばKrFエキシマレーザ光を用いても、180nm程度が限界であり、それ以下の溝幅は得られない。中空部の幅が広くなると、色フィルタ成分境界の中空部に入射した光が隣接する色フィルタ成分に入り易くなり、分光特性が劣化する。この分光特性の劣化を改善するためにカラーフィルタの膜厚を厚くすると、カラーフィルタと光電変換部間の距離が大きくなり集光特性が劣化する。   Incidentally, when forming the groove in the hollow portion using the lithography technique, for example, even if KrF excimer laser light is used, the limit is about 180 nm, and a groove width smaller than that is not obtained. When the width of the hollow portion is widened, the light incident on the hollow portion at the color filter component boundary easily enters the adjacent color filter component, and the spectral characteristics deteriorate. When the film thickness of the color filter is increased in order to improve the deterioration of the spectral characteristics, the distance between the color filter and the photoelectric conversion unit is increased and the light condensing characteristic is deteriorated.

さらに、本実施の形態では、公知のオンチップレンズを省略できるので、製造工程数を削減することができ、製造の簡略化を図り、製造コストの低減を図ることができる。   Furthermore, in the present embodiment, since a known on-chip lens can be omitted, the number of manufacturing steps can be reduced, manufacturing can be simplified, and manufacturing cost can be reduced.

上例では、本発明を裏面照射型のCMOSイメージセンサに適用したが、これに限らず、図示しないが、表面照射型のCMOSイメージセンサにも適用することができる。また本発明は後述するようにCCDイメージセンサにも適用することができる。
上例では、カラーフィルタ8上のオンチップマイクロレンズ8を省略したが、カラーフィルタ上にオンチップマイクロレンズを形成した構成とすることもできる。オンチップマイクロレンズを設けるときは、さらに集光効率の向上が図れる。
In the above example, the present invention is applied to the back-illuminated CMOS image sensor. However, the present invention is not limited to this, but can be applied to a front-illuminated CMOS image sensor. The present invention can also be applied to a CCD image sensor as will be described later.
In the above example, the on-chip microlens 8 on the color filter 8 is omitted, but an on-chip microlens may be formed on the color filter. When an on-chip microlens is provided, the light collection efficiency can be further improved.

図6に、本発明に係る固体撮像装置の第2実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置は、CCDイメージセンサに適用し、前述した導波路機能を有するカラーフィルタに加えて、カラーフィルタと光電変換部との間の領域にも中空部をクラッド部とした導波路を形成して構成される。   FIG. 6 shows a second embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device according to the present embodiment is applied to a CCD image sensor. In addition to the color filter having the waveguide function described above, a hollow portion is also formed in the region between the color filter and the photoelectric conversion portion as a cladding portion. It is configured by forming a waveguide.

すなわち、第2実施の形態に係る固体撮像装置21は、半導体基板(例えばシリコン基板)22の撮像領域に、複数の光電変換部23、例えばフォトダイオードが2次元状に規則的に配列され、各光電変換部列毎にCCD構造の垂直転送レジスタ24が形成される。図示しないが、各垂直転送レジスタ24の端部にはCCD構造の水平転送レジスタが形成され、水平転送レジスタの終段のフローティングディフージョン部に出力部が接続される。   That is, in the solid-state imaging device 21 according to the second embodiment, a plurality of photoelectric conversion units 23, for example, photodiodes are regularly arranged in a two-dimensional manner in an imaging region of a semiconductor substrate (for example, a silicon substrate) 22. A vertical transfer register 24 having a CCD structure is formed for each photoelectric conversion unit row. Although not shown, a horizontal transfer register having a CCD structure is formed at the end of each vertical transfer register 24, and an output unit is connected to a floating diffusion unit at the final stage of the horizontal transfer register.

上記撮像領域上には、層内レンズ25を介して各画素に対応する領域にそれぞれ中空部28をクラッド部とし、第1の層29、例えば絶縁膜をコア部とした全反射型の第2導波路27が形成される。さらに、この上に前述と同様の中空部15をクラッド部とし、各色フィルタ成分8R,8G,8Bをコア部とした全反射型の第1導波路18を有するカラーフィルタ8が形成される。   On the imaging region, a total reflection type second layer having a hollow portion 28 as a cladding portion and a first layer 29, for example, an insulating film as a core portion, in an area corresponding to each pixel via an intralayer lens 25. A waveguide 27 is formed. Further, the color filter 8 having the total reflection type first waveguide 18 having the hollow portion 15 similar to the above as a cladding portion and the color filter components 8R, 8G, and 8B as core portions is formed thereon.

半導体基板22は、第1導電型、本例ではn型のシリコン基板とし、この基板22に第2導電型のp型の半導体領域からなるオーバーフローバリア領域31が形成され、このオーバーフローバリア領域31上にp型の半導体ウェル領域32が形成される。光電変換部23となるフォトダイオードは、このp型半導体ウェル領域32に形成される。   The semiconductor substrate 22 is a first conductivity type, in this example, an n-type silicon substrate, and an overflow barrier region 31 composed of a second conductivity type p-type semiconductor region is formed on the substrate 22. A p-type semiconductor well region 32 is formed. The photodiode that becomes the photoelectric conversion unit 23 is formed in the p-type semiconductor well region 32.

一方、垂直転送レジスタ24は、p型半導体ウェル領域32に形成したn型の埋め込みチャネル領域33と、その上のゲート絶縁膜34と、ゲート絶縁膜34上に形成した転送電極35とにより形成される。光電変換部23と垂直転送レジスタ24との間には、転送ゲート電極35が一部延長された電荷読出し部36が形成される。符号40は、光電変換部23の電荷読出し部36の反対側に設けられた隣接画素との分離を行うチャネルストップ領域を示す。各光電変換部23の受光領域38(図7参照)を除く全面には、転送ゲート電極35上を、絶縁膜39を介して覆うように遮光層37が形成される。   On the other hand, the vertical transfer register 24 is formed by an n-type buried channel region 33 formed in the p-type semiconductor well region 32, a gate insulating film 34 thereon, and a transfer electrode 35 formed on the gate insulating film 34. The Between the photoelectric conversion unit 23 and the vertical transfer register 24, a charge reading unit 36 in which a transfer gate electrode 35 is partially extended is formed. Reference numeral 40 denotes a channel stop region that separates adjacent pixels provided on the opposite side of the charge reading unit 36 of the photoelectric conversion unit 23. A light shielding layer 37 is formed on the entire surface of each photoelectric conversion unit 23 except the light receiving region 38 (see FIG. 7) so as to cover the transfer gate electrode 35 with an insulating film 39 interposed therebetween.

層内レンズ25は、第1屈折率の絶縁膜41、例えばボロン・リンガラス(BPSG)等のリフロー膜と、その上の第2屈折率の絶縁膜42、例えばプラズマ・シリコン窒化膜とにより下凸レンズで構成される。   The in-layer lens 25 is formed by an insulating film 41 having a first refractive index, such as a reflow film such as boron phosphorus glass (BPSG), and an insulating film 42 having a second refractive index thereon, such as a plasma silicon nitride film. Consists of a convex lens.

第2導波路27は、例えばプラズマ・シリコン窒化膜による第2屈折率の絶縁膜42の平坦化された面上に形成される。第2導波路27は、中空部28、例えば空気(屈折率nが1.0)をクラッド部とし、空気より屈折率の高い第1の層29となる絶縁膜、例えばシリコン酸化膜(屈折率nが1.45程度)、あるいはシリコン窒化膜(屈折率nが2.0程度)をコア部として構成される。   The second waveguide 27 is formed on the planarized surface of the insulating film 42 of the second refractive index made of, for example, a plasma silicon nitride film. The second waveguide 27 has a hollow portion 28, for example, air (refractive index n is 1.0) as a cladding portion, and an insulating film, for example, a silicon oxide film (refractive index) that becomes the first layer 29 having a higher refractive index than air. n is about 1.45), or a silicon nitride film (refractive index n is about 2.0) is used as the core portion.

本例では、遮光膜37上に対応する絶縁膜42上に光電変換部23を取り囲むように側壁が傾斜する支持部材、例えば断面三角形をなす支持体43が形成される。支持体43で囲まれた領域は、その幅が絶縁膜42側に行くほど狭くなるような傾斜面に形成される。一方、光電変換部23上に対応するように絶縁膜42上に、コア部となる第1の層29が形成され、この第1の層29と支持体43との間に支持体傾斜面と平行に沿うクラッド部となる中空部28が形成される。この第1の層29と中空部28とにより全反射型の第2導波路27が構成される。中空部28は、空気で満たされていても、或いはその後の成膜時の反応ガスで満たされた状態であって構わない。   In this example, a support member whose side wall is inclined, for example, a support body 43 having a triangular cross section, is formed on the insulating film 42 corresponding to the light shielding film 37 so as to surround the photoelectric conversion unit 23. The region surrounded by the support 43 is formed on an inclined surface whose width becomes narrower toward the insulating film 42 side. On the other hand, a first layer 29 serving as a core portion is formed on the insulating film 42 so as to correspond to the photoelectric conversion portion 23, and a support inclined surface is formed between the first layer 29 and the support 43. A hollow portion 28 is formed as a clad portion extending in parallel. The first layer 29 and the hollow portion 28 constitute a total reflection type second waveguide 27. The hollow portion 28 may be filled with air, or may be filled with a reaction gas at the time of subsequent film formation.

第2導波路27上には、中空部28を封止するように、キャップ膜45が形成され、さらにその上に平坦化膜46が形成される。このキャップ膜45は、カラーフィルタ8等の有機膜の染み込みを防止するために中空部28の開口内と共に、第1の層29の上面全面にわたって一様に形成される。キャップ膜45は、所要の絶縁膜、本例では反射防止膜として作用する例えばシリコン酸化膜や、シリコン窒化酸化膜などの窒化膜で形成することができる。キャップ膜45の材料としては、無機膜が好ましく、更に高屈折率材料表面の反射防止を兼ねた無機膜を用いることがより好ましい。なお、キャップ膜45を形成した後、再度、反射防止膜を形成するようにしてよいし、必ずしも反射防止膜を形成しなくてもよい。   A cap film 45 is formed on the second waveguide 27 so as to seal the hollow portion 28, and a planarization film 46 is further formed thereon. The cap film 45 is uniformly formed over the entire upper surface of the first layer 29 together with the opening of the hollow portion 28 in order to prevent the organic film such as the color filter 8 from permeating. The cap film 45 can be formed of a required insulating film, for example, a nitride film such as a silicon oxide film or a silicon oxynitride film that functions as an antireflection film in this example. The material of the cap film 45 is preferably an inorganic film, and more preferably an inorganic film that also serves to prevent reflection of the surface of the high refractive index material. Note that after the cap film 45 is formed, the antireflection film may be formed again, or the antireflection film is not necessarily formed.

そして、上記平坦化膜46上に、図1で説明した各隣接する色フィルタ成分8R,8G,8Bの境界部に中空部15を有した第1導波路18を有するカラーフィルタ8が形成され、さらにこの上にキャップ膜17が形成される。このようにして第2実施の形態の固体撮像装置21が構成される。   Then, the color filter 8 having the first waveguide 18 having the hollow portion 15 at the boundary between the adjacent color filter components 8R, 8G, and 8B described in FIG. 1 is formed on the planarizing film 46. Further, a cap film 17 is formed thereon. In this way, the solid-state imaging device 21 of the second embodiment is configured.

次に、図7〜図11、及び図3〜図5を用いて、上述の第2実施の形態に係る固体撮像装置21の製造方法について説明する。   Next, a manufacturing method of the solid-state imaging device 21 according to the above-described second embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 11 and FIGS. 3 to 5.

図7〜図11に、カラーフィルタ8を形成する前の、第2導波路27の形成までの製造工程を示す。
先ず、図7Aに示すように、n型シリコン半導体基板21にp型オーバーフローバリア領域31、p型半導体ウェル領域32を形成し、p型半導体ウェル領域32内にn型半導体領域及びp+アキュミュレーション層からなるフォトダイオード23、n型埋め込みチャネル層33を形成する。また、詳細は図示しないがチャネルストップ領域40、電荷読み出し領域36を形成する。次いで、半導体基板の表面にゲート絶縁膜34を介して例えば2層膜構造の多結晶シリコンによる転送電極35を形成し、層間絶縁膜39を介して遮光層37を形成する。さらに、例えばボロン・リンシリゲートガラス等によるリフロー膜41及びその上に例えばプラズマ・シリコン窒化膜42を堆積して、受光領域38上に層内レンズ25を形成する。
7 to 11 show manufacturing steps up to the formation of the second waveguide 27 before the color filter 8 is formed.
First, as shown in FIG. 7A, a p-type overflow barrier region 31 and a p-type semiconductor well region 32 are formed in an n-type silicon semiconductor substrate 21, and the n-type semiconductor region and p + accumulation are formed in the p-type semiconductor well region 32. A photodiode 23 composed of layers and an n-type buried channel layer 33 are formed. Although not shown in detail, a channel stop region 40 and a charge readout region 36 are formed. Next, a transfer electrode 35 made of, for example, polycrystalline silicon having a two-layer film structure is formed on the surface of the semiconductor substrate via a gate insulating film 34, and a light shielding layer 37 is formed via an interlayer insulating film 39. Further, for example, a plasma / silicon nitride film 42 is deposited on the reflow film 41 made of, for example, boron / phosphorus glass, and the inner lens 25 is formed on the light receiving region 38.

次に、図7Bに示すように、プラズマ・シリコン窒化膜24の平坦化された上面に支持体となる層43Aを成膜する。この支持体となる層43Aは、アルミニウム、銀、金、銅、タングステンや、シリコン窒化膜、多結晶シリコン膜、シリコン酸化膜などを用いることができる。本例ではアルミニウムをスパッタ法にて成膜して支持体となる層43Aを成膜する。   Next, as shown in FIG. 7B, a layer 43 </ b> A serving as a support is formed on the planarized upper surface of the plasma silicon nitride film 24. For the layer 43A serving as the support, aluminum, silver, gold, copper, tungsten, a silicon nitride film, a polycrystalline silicon film, a silicon oxide film, or the like can be used. In this example, aluminum 43 is formed by sputtering to form a layer 43A to be a support.

次に、図7Cに示すように、支持体となる層43A上の遮光層37に対応する位置に、リソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて所要幅にパターニングされたレジストマスク52を形成する。   Next, as shown in FIG. 7C, a resist mask 52 patterned to a required width is formed using a lithography technique and an etching technique at a position corresponding to the light shielding layer 37 on the layer 43A to be a support.

次に、図8Dに示すように、レジストマスク52を介して、支持体となる層43Aを例えばドライエッチングにより、選択的にエッチング除去して、断面略三角形状(すなわち、頂部が一部平坦である三角形状)の支持体43を形成する。この支持体43は、受光領域38を取り囲むように遮光層37の上部に形成される。ここでは、支持体43を順テーパー状に、すなわち略三角形状に加工したが、その他、後述の実施形態で示すように、実質的に垂直に加工してもよい。   Next, as shown in FIG. 8D, the layer 43A serving as the support is selectively removed by dry etching, for example, via the resist mask 52, so that the cross section is substantially triangular (that is, the top is partially flat). A support body 43 having a certain triangular shape is formed. The support 43 is formed on the light shielding layer 37 so as to surround the light receiving region 38. Here, the support body 43 is processed into a forward tapered shape, that is, a substantially triangular shape, but may be processed substantially vertically as shown in the following embodiments.

次に、図8Eに示すように、ドライエッチング後の不要となったレジストマスク52を除去した後、支持体43の表面及びプラズマ・シリコン窒化膜42の表面の全面に所要膜厚の犠牲膜54を成膜する。この犠牲膜54は、後に導波路を構成するクラッド部を中空にするためのものである。そして、リソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて、すなわち全面上にフォトレジスト膜を形成し、受光領域38の上部のフォトレジスト膜を選択的に除去して断面略三角形状の支持体43に対応する犠牲膜54上にレジストマスク55を形成する。
犠牲膜54には、非晶質シリコンや、多結晶シリコン等が用いられる。また、支持体43としてアルミニウム、銀、金、銅や多結晶シリコン膜を用いた場合、支持体43の加工後にシリコン酸化膜や、シリコン窒化膜を成膜してもよい。特に、支持体43に多結晶シリコン膜を用いた場合、このシリコン酸化膜や、シリコン窒化膜は後に行う、コア材開口加工時にドライエッチングの際のエッチングストッパとして機能する。
Next, as shown in FIG. 8E, the resist mask 52 that is no longer necessary after dry etching is removed, and then a sacrificial film 54 having a required film thickness is formed on the entire surface of the support 43 and the surface of the plasma silicon nitride film 42. Is deposited. The sacrificial film 54 is used to make the clad portion constituting the waveguide later hollow. Then, using a lithography technique and an etching technique, that is, a photoresist film is formed on the entire surface, and the photoresist film on the upper part of the light receiving region 38 is selectively removed so as to correspond to the support body 43 having a substantially triangular cross section. A resist mask 55 is formed on the film 54.
For the sacrificial film 54, amorphous silicon, polycrystalline silicon, or the like is used. Further, when aluminum, silver, gold, copper, or a polycrystalline silicon film is used as the support 43, a silicon oxide film or a silicon nitride film may be formed after the support 43 is processed. In particular, when a polycrystalline silicon film is used for the support 43, the silicon oxide film and the silicon nitride film function as an etching stopper for dry etching at the time of core material opening processing which will be performed later.

次に、図8Fに示すように、支持体43上の犠牲膜53のみを残して他の部分の犠牲膜53を、レジストマスク55を介したドライエッチングにより、選択的に除去する。   Next, as shown in FIG. 8F, only the sacrificial film 53 on the support 43 is left, and the other part of the sacrificial film 53 is selectively removed by dry etching through the resist mask 55.

次に、図9Gに示すように、上面全面に導波路のコア部となる第1の層56を成膜する。第1の層56の材料としては、基本的にクラッド部となる中空部、例えば空気層の屈折率(n=1)より大きな屈折率の材料であればよい。ここでは、前述した公知のシリコン酸化膜(屈折率n≒1.45)と、シリコン窒化膜(屈折率n≒2.0)との屈折率比=1.45/2.0=0.725より大きな材料の組合せが望ましい。   Next, as shown in FIG. 9G, a first layer 56 to be the core portion of the waveguide is formed on the entire upper surface. The material of the first layer 56 may be any material that has a refractive index larger than the refractive index (n = 1) of the hollow portion that basically becomes the cladding portion, for example, the air layer. Here, the refractive index ratio of the known silicon oxide film (refractive index n≈1.45) to the silicon nitride film (refractive index n≈2.0) = 1.45 / 2.0 = 0.725. Larger material combinations are desirable.

全反射における臨界角の説明を図13に示す。また、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の公知の組合せによる導波路の臨界角は46.5°であり、これに対してクラッド部に空気(屈折率n=1)を用いた場合に、コア部材料の屈折率を変化させた時の臨界角変化を図13に示す。   An explanation of the critical angle in total reflection is shown in FIG. In addition, the critical angle of the waveguide by a known combination of a silicon oxide film and a silicon nitride film is 46.5 °. On the other hand, when air (refractive index n = 1) is used for the cladding, FIG. 13 shows the change in the critical angle when the refractive index of the material is changed.

図13は屈折率(NI)の物質と屈折率(NII)の物質の境界面100に、入射光Lが入射角θで入射し、境界面100で反射した状態を示している。全反射とは、屈折率が大きい物質(NI)から小さい物質(NII)へと光が進む場合、入射光Lが境界面100を通過せず、全て反射する現象である。入射角θがある一定の角度以上の場合に全反射し、この角度を臨界角という。臨界角θは数1で表せる。   FIG. 13 shows a state in which the incident light L is incident on the boundary surface 100 between the material having the refractive index (NI) and the material having the refractive index (NII) at the incident angle θ and reflected by the boundary surface 100. Total reflection is a phenomenon in which, when light travels from a material having a large refractive index (NI) to a material having a small refractive index (NII), the incident light L does not pass through the boundary surface 100 and is totally reflected. When the incident angle θ is equal to or larger than a certain angle, total reflection is performed, and this angle is called a critical angle. The critical angle θ can be expressed by Equation 1.

Figure 0005364989
屈折率差が大きい程、臨界角θは小さくなり、全反射角領域(図中A)が広がる。
Figure 0005364989
The larger the refractive index difference, the smaller the critical angle θ and the wider the total reflection angle region (A in the figure).

図13から分かるように、コア部材料の屈折率を1.4以上にすることにより、公知組合せ構造における臨界角が小さくなり、全反射特性が向上する。   As can be seen from FIG. 13, by setting the refractive index of the core part material to 1.4 or more, the critical angle in the known combination structure is reduced, and the total reflection characteristics are improved.

このコア部材料としては、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン窒化酸化膜、ボロン・リンガラス、ニオブ酸化膜、チタン酸化膜や、ポリイミド樹脂、ポリメチルメタクリレート、アリルジグリコールマーボネート、ジアリルフタレート、ポリカーボネート、ポリベンジルメタクリレート、ポリフェニルメタクリレート、ポリジアリルフタレート、ポリスチレン、ポリ−p−プロモフェニルメタクリレート、ポリペンタクロロフェニルメタクリレート、ポリ−o−クロロスチレン、ポリ−α−ナフチルメタクリレート、ポリビニルナフタレン、ポリビニルカルバゾール、ポリペンタブロモフェニルメタクリテート、また酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化チタン、酸化錫、の金属微粒子等を分散含有したポリマー樹脂等が用いられる。   As this core material, silicon oxide film, silicon nitride film, silicon oxynitride film, boron phosphorus glass, niobium oxide film, titanium oxide film, polyimide resin, polymethyl methacrylate, allyl diglycol carbonate, diallyl phthalate, Polycarbonate, polybenzyl methacrylate, polyphenyl methacrylate, polydiallyl phthalate, polystyrene, poly-p-promophenyl methacrylate, polypentachlorophenyl methacrylate, poly-o-chlorostyrene, poly-α-naphthyl methacrylate, polyvinyl naphthalene, polyvinyl carbazole, poly For example, pentabromophenyl methacrylate, a polymer resin in which metal fine particles of zinc oxide, zirconium oxide, titanium oxide, tin oxide and the like are dispersedly contained are used.

以下に、コア部材料にシリコン窒化膜を適用した場合についてのプロセスフローを説明する。すなわち、図9Gにおいて、本例ではコア部となる第1の層29にシリコン窒化膜を用いる。
次に、図9Hに示すように、シリコン窒化膜による第1の層56上にフォトレジスト膜57を実質的に平坦になるように塗布する。
Hereinafter, a process flow in the case where a silicon nitride film is applied to the core material will be described. That is, in FIG. 9G, in this example, a silicon nitride film is used for the first layer 29 serving as the core portion.
Next, as shown in FIG. 9H, a photoresist film 57 is applied on the first layer 56 of silicon nitride so as to be substantially flat.

次に、図9Iに示すように、フォトレジスト膜57と凸状に成膜された第1の層(シリコン窒化膜)56を同時にドライエッチング法を用いて全面エッチバックする。このとき、第1の層(シリコン窒化膜)56の表面を実質的平坦に加工することが望ましいため、ドライエッチングにおけるエッチングスピードは、シリコン窒化膜とフォトレジスト膜がほぼ同じスピードであることが望ましい。また、この平坦化の手法として、CMP法(Chemical Mechanical Polish)なども用いることができる。更には、エッチング法とCMP法の組合せによる平坦化を行っても構わない。   Next, as shown in FIG. 9I, the photoresist film 57 and the first layer (silicon nitride film) 56 formed in a convex shape are simultaneously etched back using a dry etching method. At this time, since it is desirable to process the surface of the first layer (silicon nitride film) 56 substantially flatly, it is desirable that the etching speed in dry etching is approximately the same for the silicon nitride film and the photoresist film. . As a planarization method, a CMP method (Chemical Mechanical Polish) or the like can also be used. Further, planarization by a combination of an etching method and a CMP method may be performed.

次に、図10Jに示すように、第1の層(シリコン窒化膜)56上に、支持体43の頂部に対応して開口59を有するレジストマスク58を形成する。   Next, as shown in FIG. 10J, a resist mask 58 having an opening 59 corresponding to the top of the support 43 is formed on the first layer (silicon nitride film) 56.

次に、図10Kに示すように、レジストマスク58を介して第1の層(シリコン窒化膜)56をドライエッチングにより選択的にパターニングし、支持体43の頂部に対応する第1の層(シリコン窒化膜)56に、犠牲膜53に通じる開口60を形成する。その後、レジストマスク58を除去する。   Next, as shown in FIG. 10K, the first layer (silicon nitride film) 56 is selectively patterned by dry etching through the resist mask 58, and the first layer (silicon silicon) corresponding to the top of the support 43 is formed. An opening 60 that leads to the sacrificial film 53 is formed in the nitride film 56. Thereafter, the resist mask 58 is removed.

次に、図10Lに示すように、等方性ドライエッチングにより、開口60を通して犠牲膜53を除去する。この犠牲膜53の除去により、支持体43の傾斜面に沿って傾斜面に平行する中空層(例えば空気層)28を形成する。この中空部28と第1の層29により第2導波路27が形成される。   Next, as shown in FIG. 10L, the sacrificial film 53 is removed through the opening 60 by isotropic dry etching. By removing the sacrificial film 53, a hollow layer (for example, an air layer) 28 parallel to the inclined surface is formed along the inclined surface of the support 43. A second waveguide 27 is formed by the hollow portion 28 and the first layer 29.

次に、図11Mに示すように、第1の層(シリコン窒化膜)29の開口60を封止(穴埋め)するための封止層45を、開口60内及び第1の層(シリコン窒化膜)29の表面全面に形成する。封止層45は、乾式成膜法により成膜する。乾式成膜法で穴埋めを行う理由は、次いで行う溶液状の有機平坦化膜を塗布した際に、犠牲膜53をドライエッチングにより除去した領域に染み込むことを防止するためである。乾式成膜法としては特に制約はなく、例えばCVD法(Chemical Vapor Deposition)、スパッタ法、蒸着法、イオンプレーティング法などが上げられる。ここでは、P−CVD法(Plasma Chemical Vapor Deposition)を用い、封止層45としてシリコン窒化膜を開口60に埋め込む。   Next, as shown in FIG. 11M, the sealing layer 45 for sealing (filling in) the opening 60 of the first layer (silicon nitride film) 29 is formed in the opening 60 and the first layer (silicon nitride film). ) 29 over the entire surface. The sealing layer 45 is formed by a dry film forming method. The reason for filling the hole by the dry film forming method is to prevent the sacrificial film 53 from being infiltrated into the region removed by dry etching when the solution-like organic planarizing film to be subsequently applied is applied. The dry film forming method is not particularly limited, and examples thereof include a CVD method (Chemical Vapor Deposition), a sputtering method, a vapor deposition method, and an ion plating method. Here, a silicon nitride film is embedded in the opening 60 as the sealing layer 45 using a P-CVD method (Plasma Chemical Vapor Deposition).

次に、図11Nに示すように、P−CVD法により成膜されたシリコン窒化膜による封止層45上に、例えばアクリル系樹脂による平坦化膜46を形成する。   Next, as shown in FIG. 11N, a planarizing film 46 made of, for example, an acrylic resin is formed on the sealing layer 45 made of a silicon nitride film formed by the P-CVD method.

第2導波路27を形成し、封止層45、平坦化膜46を形成した後、この平坦化膜46上に、前述の図4C〜図6Jの工程と同じ工程を用いて、第1導波路18を有するカラーフィルタ8を形成して、目的の第2実施の形態の固体撮像装置21を得る。   After the second waveguide 27 is formed and the sealing layer 45 and the planarizing film 46 are formed, the first waveguide is formed on the planarizing film 46 by using the same process as the process of FIGS. 4C to 6J described above. The color filter 8 having the waveguide 18 is formed to obtain the target solid-state imaging device 21 of the second embodiment.

上述の第2実施の形態に係る固体撮像装置21によれば、入射光Lは全反射型の第1導波路機能を有するカラーフィルタ8で各画素側に導き、さらに全反射型の第2導波路27で各画素の光電変換部23に導かれるので、CCDイメージセンサにおいて、集光効率が向上し、感度特性をより向上することができる。また、輝度シーディング特性及び混色特性を改善することができる。   According to the solid-state imaging device 21 according to the second embodiment described above, the incident light L is guided to each pixel side by the color filter 8 having the total reflection type first waveguide function, and further the total reflection type second guide. Since the light is guided to the photoelectric conversion unit 23 of each pixel through the waveguide 27, in the CCD image sensor, the light collection efficiency can be improved and the sensitivity characteristic can be further improved. In addition, the luminance seeding characteristic and the color mixing characteristic can be improved.

本実施の形態では、前述と同様に、第1導波路18を構成する中空部15をセルファラインで形成するので、150nm以下の微細幅の中空部15が形成され、分光特性に優れた固体撮像装置を構成することができる。また、分光特性に優れるので、カラーフィルタ8の膜厚を薄くすることが可能になり、カラーフィルタ8と光電変換部11までの距離が短縮され、集光特性を向上することができる。   In the present embodiment, as described above, since the hollow portion 15 constituting the first waveguide 18 is formed by self-alignment, the hollow portion 15 having a fine width of 150 nm or less is formed, and the solid-state imaging excellent in spectral characteristics A device can be configured. In addition, since the spectral characteristics are excellent, the thickness of the color filter 8 can be reduced, the distance between the color filter 8 and the photoelectric conversion unit 11 can be shortened, and the light collection characteristics can be improved.

第2導波路27を構成する中空部28の開口を封止するキャップ膜45が全面に形成され、このキャップ膜45に反射防止膜としての機能を持たせるときは、さらに入射光Lの集光効率を向上することができる。オンチップマイクロレンズが省略されるので、その分、製造工程数が削減され、コスト低減を図ることができる。   A cap film 45 that seals the opening of the hollow portion 28 that constitutes the second waveguide 27 is formed on the entire surface. When the cap film 45 has a function as an antireflection film, the incident light L is further condensed. Efficiency can be improved. Since the on-chip microlens is omitted, the number of manufacturing steps can be reduced correspondingly, and the cost can be reduced.

第2導波路27の構成は、種々の構成をとることができる。図14〜図19に、第2導波路27の変形例を示す。なお、図14〜図19は、通常のカラーフィルタと第2導波路27を備えた固体撮像装置、すなわちCCDイメージセンサの構成として示す。   The configuration of the second waveguide 27 can take various configurations. 14 to 19 show modified examples of the second waveguide 27. 14 to 19 show a configuration of a solid-state imaging device including a normal color filter and a second waveguide 27, that is, a CCD image sensor.

図14の固体撮像装置71は、前述と同様の構成の導波路27を有し封止膜45、平坦化膜46を介して通常のカラーフィルタ65を形成し、さらにこの上にオンチップマイクロレンズ66を形成して構成される。導波路27の下側の構成は、図7と同様であるので、図7と対応する部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。   The solid-state imaging device 71 of FIG. 14 includes a waveguide 27 having the same configuration as described above, and a normal color filter 65 is formed via a sealing film 45 and a planarizing film 46, and an on-chip microlens is further formed thereon. 66 is formed. Since the configuration of the lower side of the waveguide 27 is the same as that in FIG. 7, the same reference numerals are given to the portions corresponding to those in FIG.

図15の固体撮像装置72は、導波路27の中空層28の第1の層29とは反対側、本例では支持体43の表面に、中空層28に平行に沿って反射膜67を形成して構成される。反射層67としては、例えばアルミニウム、銀、金、銅などの金属反射膜を用いることができる。その他の構成は、図14と同様であるので、図14と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。   In the solid-state imaging device 72 of FIG. 15, a reflective film 67 is formed in parallel with the hollow layer 28 on the surface of the support 43 opposite to the first layer 29 of the hollow layer 28 of the waveguide 27 in this example. Configured. As the reflective layer 67, for example, a metal reflective film such as aluminum, silver, gold, or copper can be used. Since other configurations are the same as those in FIG. 14, parts corresponding to those in FIG.

この固体撮像装置72によれば、導波路27の中空層28に接する支持体43の表面に反射層67が形成されるので、仮に全反射せずに一部導波路27から漏れた光も反射層67で反射されて受光領域20に入射される。従って、いわゆる全反射光のロス分を反射層67で補うことができるので、より高感度化を図ることができる。   According to the solid-state imaging device 72, the reflection layer 67 is formed on the surface of the support 43 in contact with the hollow layer 28 of the waveguide 27. Therefore, the light leaked from the waveguide 27 is partially reflected without being totally reflected. The light is reflected by the layer 67 and enters the light receiving region 20. Therefore, the loss of so-called total reflection light can be compensated by the reflection layer 67, so that higher sensitivity can be achieved.

図16の固体撮像装置73は、遮光膜37上に対応した位置の支持体43が、壁面が略垂直面とした断面四角形状に形成される。導波路27は、この支持体43の略垂直面の壁面に沿った中空層28と第1の層29とにより構成される。なお、図示しないがこの支持体43の表面に図15で示した反射層67を形成することもできる。その他の構成は、図14と同様であるので、図14と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。   In the solid-state imaging device 73 of FIG. 16, the support body 43 at a position corresponding to the light shielding film 37 is formed in a quadrangular cross section whose wall surface is a substantially vertical surface. The waveguide 27 is constituted by a hollow layer 28 and a first layer 29 along a substantially vertical wall surface of the support 43. Although not shown, the reflective layer 67 shown in FIG. 15 can be formed on the surface of the support 43. Since other configurations are the same as those in FIG. 14, parts corresponding to those in FIG.

図17の固体撮像装置74は、遮光膜37と支持体43を一体に形成した遮光兼支持体68を形成して構成される。この遮光兼支持体68は、例えばアルミニウム、銀、金、銅などの反射膜として用いることができる金属膜で形成することが望ましい。その他の構成は、図14と同様であるので、図14と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この固体撮像装置74では、遮光層と支持体を一体にした遮光兼支持体68を形成するので、構成要素を少なくすることができる。
The solid-state imaging device 74 of FIG. 17 is configured by forming a light shielding and supporting body 68 in which the light shielding film 37 and the supporting body 43 are integrally formed. The light shielding and supporting body 68 is desirably formed of a metal film that can be used as a reflective film such as aluminum, silver, gold, or copper. Since other configurations are the same as those in FIG. 14, parts corresponding to those in FIG.
In the solid-state imaging device 74, since the light shielding / supporting body 68 in which the light shielding layer and the support are integrated is formed, the number of components can be reduced.

図18の固体撮像装置75は、導波路77をコア部となる第1の層78とクラッド部となる第2の層79を有して形成し、さらに第2の層79の第1の層78とは反対側の面、すなわち支持体43の表面に反射層80を形成して構成される。中央のコア部となる第1の層78は、屈折率の高い材料、例えばシリコン窒化膜で形成することができる。外側のクラッド部となる第2の層79は、屈折率の低い材料、例えばシリコン酸化膜、多孔質シリカ、フッ素系樹脂などで形成することができる。多孔質シリカは多孔中に空気が存在するので、シリコン酸化膜などより低屈折率となり、好ましい。すなわち、多孔質シリカを用いて導波路77を構成した場合には、コア部とクタッド部の屈折率差が大きく取れ、全反射条件を改善することができる。
その他の構成は、反射層、支持体の材料などを含めて、図15、図16と同様であるので、図15、図16と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。
この固体撮像装置75では、全反射型の導波路77に加えて反射層80を有した構成であるので、全反射光のロス分が反射層80により補われ、集光効率を向上し、より高感度化した固体撮像装置を得ることができる。
In the solid-state imaging device 75 of FIG. 18, the waveguide 77 is formed to include a first layer 78 serving as a core portion and a second layer 79 serving as a cladding portion, and the first layer of the second layer 79 is further formed. The reflection layer 80 is formed on the surface opposite to the surface 78, that is, the surface of the support 43. The first layer 78 serving as the central core portion can be formed of a material having a high refractive index, for example, a silicon nitride film. The second layer 79 serving as the outer cladding portion can be formed of a material having a low refractive index, such as a silicon oxide film, porous silica, or a fluorine-based resin. Porous silica is preferable because it has a lower refractive index than that of a silicon oxide film or the like because air exists in the pores. That is, when the waveguide 77 is formed using porous silica, the difference in refractive index between the core portion and the tuck portion can be increased, and the total reflection condition can be improved.
Other configurations including the reflective layer and the support material are the same as those in FIGS. 15 and 16, and therefore, the same reference numerals are given to the portions corresponding to FIGS. .
Since the solid-state imaging device 75 has a configuration including the reflection layer 80 in addition to the total reflection type waveguide 77, the loss of the total reflection light is compensated by the reflection layer 80, and the light collection efficiency is improved. A highly sensitive solid-state imaging device can be obtained.

図19の固体撮像装置76は、光電変換部23上に対応する位置に第1の層29を形成し、第1の層29を取り囲むように層間絶縁膜による第2の層82を形成し、第1及び第2の層29及び82間に中空部28を形成し、この中空部28と第1の層29で導波路27を形成するように構成される。その他の構成は、図14と同様であるので、図14と対応する部分には同一符号を付して重複説明を省略する。   The solid-state imaging device 76 of FIG. 19 forms the first layer 29 at a position corresponding to the photoelectric conversion unit 23, and forms the second layer 82 made of an interlayer insulating film so as to surround the first layer 29. A hollow portion 28 is formed between the first and second layers 29 and 82, and the waveguide 27 is formed by the hollow portion 28 and the first layer 29. Since other configurations are the same as those in FIG. 14, parts corresponding to those in FIG.

本発明の実施の形態においては、図6で示したと同様に、上述の図15〜図19に示した導波路27,77を第2導波路とし、この第2導波路27,77と、第1導波路18を有するカラーフィルタ8を組み合わせて固体撮像装置を構成することもできる。   In the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6, the waveguides 27 and 77 shown in FIGS. 15 to 19 are used as the second waveguide, and the second waveguides 27 and 77, A solid-state imaging device can also be configured by combining the color filter 8 having one waveguide 18.

図20に、本発明に係る固体撮像装置の第3実施の形態を示す。本実施の形態の固体撮像装置は、CCDイメージセンサに適用した場合である。本実施の形態に係る固体撮像装置84は、前述の図7で説明したと同様に、半導体基板22の撮像領域に、複数の光電変換部23、例えばフォトダイオードが2次元状に規則的に配列され、各光電変換部列毎にCCD構造の垂直転送レジスタ24が形成される。図示しないが、各垂直転送レジスタ24の端部にはCCD構造の水平転送レジスタが形成され、水平転送レジスタの終段のフローティングディフージョン部に出力部が接続される。   FIG. 20 shows a third embodiment of the solid-state imaging device according to the present invention. The solid-state imaging device according to the present embodiment is applied to a CCD image sensor. In the solid-state imaging device 84 according to the present embodiment, a plurality of photoelectric conversion units 23, for example, photodiodes are regularly arranged in a two-dimensional manner in the imaging region of the semiconductor substrate 22, as described with reference to FIG. Thus, a vertical transfer register 24 having a CCD structure is formed for each photoelectric conversion unit row. Although not shown, a horizontal transfer register having a CCD structure is formed at the end of each vertical transfer register 24, and an output unit is connected to a floating diffusion unit at the final stage of the horizontal transfer register.

半導体基板22は、オーバーフローバリア領域31、半導体ウェル領域32が形成され、光電変換部23が半導体ウェル領域32に形成される。垂直転送レジスタ24は、半導体ウェル領域32に形成したn型の埋め込みチャネル領域33と、その上のゲート絶縁膜34と、ゲート絶縁膜34上に形成した転送電極35とにより形成される。光電変換部23と垂直転送レジスタ24との間には、転送ゲート電極35が一部延長された電荷読出し部36が形成される。各光電変換部23の受光領域を除く全面には、転送ゲート電極35上を絶縁膜39を介して覆うように遮光層37が形成される。   In the semiconductor substrate 22, an overflow barrier region 31 and a semiconductor well region 32 are formed, and the photoelectric conversion unit 23 is formed in the semiconductor well region 32. The vertical transfer register 24 is formed by an n-type buried channel region 33 formed in the semiconductor well region 32, a gate insulating film 34 thereon, and a transfer electrode 35 formed on the gate insulating film 34. Between the photoelectric conversion unit 23 and the vertical transfer register 24, a charge reading unit 36 in which a transfer gate electrode 35 is partially extended is formed. A light shielding layer 37 is formed on the entire surface excluding the light receiving region of each photoelectric conversion unit 23 so as to cover the transfer gate electrode 35 with an insulating film 39 interposed therebetween.

そして、本実施の形態では、前述した各色フィルタ成分8R,8G,8B相互の境界部を中空部15として導波路18を形成したカラーフィルタ8を、平坦化膜85上に形成して構成される。   In the present embodiment, the color filter 8 in which the waveguide 18 is formed with the boundary portion between the color filter components 8R, 8G, and 8B described above as the hollow portion 15 is formed on the planarizing film 85. .

第3実施の形態に係る固体撮像装置によれば、前述したと同様に、入射光Lは全反射型の導波路機能を有するカラーフィルタ8で各画素の光電変換部23に導かれるので、CCDイメージセンサにおいて、集光効率が向上し、感度特性をより向上することができる。また、輝度シーディング特性及び混色特性を改善することができる。さらに、導波路18を構成する中空部15をセルファラインで微細幅に形成するので、分光特性に優れた固体撮像装置を構成することができる。また、分光特性に優れるので、カラーフィルタ8の膜厚を薄くすることが可能になり、カラーフィルタと光電変換部11までの距離が短縮され、集光特性を向上することができる。オンチップマイクロレンズが省略されるので、その分、製造工程数が削減され、コスト低減を図ることができる。   According to the solid-state imaging device according to the third embodiment, as described above, the incident light L is guided to the photoelectric conversion unit 23 of each pixel by the color filter 8 having a total reflection type waveguide function. In the image sensor, the light collection efficiency is improved, and the sensitivity characteristics can be further improved. In addition, the luminance seeding characteristic and the color mixing characteristic can be improved. Furthermore, since the hollow portion 15 constituting the waveguide 18 is formed with a fine width by self-alignment, a solid-state imaging device having excellent spectral characteristics can be configured. In addition, since the spectral characteristics are excellent, it is possible to reduce the film thickness of the color filter 8, the distance between the color filter and the photoelectric conversion unit 11 is shortened, and the light collection characteristics can be improved. Since the on-chip microlens is omitted, the number of manufacturing steps can be reduced correspondingly, and the cost can be reduced.

なお、図20の構成において、さらにカラーフィルタ8上にオンチップマイクロレンズを形成した構成とすることもできる。   In the configuration of FIG. 20, an on-chip microlens may be further formed on the color filter 8.

上述したように、本実施の形態に係る固体撮像装置は、微細幅の中空部15のクラッド部を有して全反射型の導波路機能を持たせたカラーフィルタ8を備えることにより、感度特性、混色特性、輝度シェーディング特性、分光特性の改善を図ることができる。   As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment includes the color filter 8 that has the cladding portion of the hollow portion 15 with a fine width and has a total reflection type waveguide function, thereby providing sensitivity characteristics. Further, it is possible to improve color mixing characteristics, luminance shading characteristics, and spectral characteristics.

本発明の実施の形態に係る固体撮像装置は、小型デジタルカメラ、カメラ付き携帯電話に代表されるモバイル用途に適用して好適である。
本発明は、上述した実施の形態の固体撮像装置を組み込んだカメラ(カメラモジュールを含む)を構成することができる。図21に、本発明に係るカメラの実施の形態を示す。本実施の形態の撮像カメラ110は、上述した実施の形態のいずれかの固体撮像装置111、光学レンズ系112、入出力部113、信号処理装置(Digital Signal Processors)114、光学レンズ系制御用の中央演算装置(CPU)115を1つに組み込んで構成されうる。カメラとしては、固体撮像装置111、光学系112及び入出力部113のみで構成することもできる。また、固体撮像装置111、光学レンズ系112、入出力部113及び信号処理装置114を備えたカメラを構成することもできる。
The solid-state imaging device according to the embodiment of the present invention is suitable for application to mobile applications represented by small digital cameras and camera-equipped mobile phones.
The present invention can constitute a camera (including a camera module) incorporating the solid-state imaging device of the above-described embodiment. FIG. 21 shows an embodiment of a camera according to the present invention. The imaging camera 110 according to the present embodiment includes a solid-state imaging device 111, an optical lens system 112, an input / output unit 113, a signal processing device (Digital Signal Processors) 114, and an optical lens system control device according to any of the embodiments described above. A central processing unit (CPU) 115 can be incorporated into one unit. As a camera, it can also be comprised only with the solid-state imaging device 111, the optical system 112, and the input-output part 113. FIG. A camera including the solid-state imaging device 111, the optical lens system 112, the input / output unit 113, and the signal processing device 114 can also be configured.

本実施の形態に係るカメラによれば、感度を向上することができる。また、撮像面内の入射角の違いに起因する輝度シェーディングと、隣接画素への光学的な混色を低減することができる。   With the camera according to the present embodiment, the sensitivity can be improved. In addition, luminance shading caused by a difference in incident angle within the imaging surface and optical color mixing to adjacent pixels can be reduced.

本発明に係る固体撮像装置の第1実施の形態を示す要部の構成図である。It is a block diagram of the principal part which shows 1st Embodiment of the solid-state imaging device concerning this invention. カラーフィルタの例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of a color filter. A〜C 第1実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程図(その1)である。8A to 8C are manufacturing process diagrams (part 1) of the solid-state imaging device according to the first embodiment. D〜G 第1実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程図(その2)である。DG is a manufacturing process diagram (No. 2) of the solid-state imaging device according to the first embodiment; H〜J 第1実施の形態に係る固体撮像装置の製造工程図(その3)である。H to J are manufacturing process diagrams (part 3) of the solid-state imaging device according to the first embodiment. 本発明に係る固体撮像装置の第2実施の形態を示す要部の構成図である。It is a block diagram of the principal part which shows 2nd Embodiment of the solid-state imaging device which concerns on this invention. A〜C 第2実施の形態に係る固体撮像素子の製造工程図(その1)である。FIGS. 8A to 8C are manufacturing process diagrams (part 1) of a solid-state imaging device according to a second embodiment. FIGS. D〜F 第2実施の形態に係る固体撮像素子の製造工程図(その2)である。DF is a manufacturing process diagram (part 2) of the solid-state imaging device according to the second embodiment; G〜I 第2実施の形態に係る固体撮像素子の製造工程図(その3)である。It is a manufacturing process figure (the 3) of the solid-state image sensor which concerns on GI 2nd Embodiment. J〜L 第2実施の形態に係る固体撮像素子の製造工程図(その4)である。J to L are manufacturing process diagrams (part 4) of the solid-state imaging device according to the second embodiment. M〜N 第2実施の形態に係る固体撮像素子の製造工程図(その5)である。MN is a manufacturing process diagram (part 5) for a solid-state imaging device according to the second embodiment; 全反射・臨界角の説明に供する説明図である。It is explanatory drawing with which it uses for description of a total reflection and a critical angle. クラッド部に中空部を用いた場合のコア部屈折率と臨界角の関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a core part refractive index at the time of using a hollow part for a clad part, and a critical angle. 第2実施の形態の第1の導波路に適用する導波路を備えた、固体撮像装置の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the example of a solid-state imaging device provided with the waveguide applied to the 1st waveguide of 2nd Embodiment. 第2実施の形態の第1の導波路に適用する導波路を備えた、固体撮像装置の他の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the other example of the solid-state imaging device provided with the waveguide applied to the 1st waveguide of 2nd Embodiment. 第2実施の形態の第1の導波路に適用する導波路を備えた、固体撮像装置の他の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the other example of the solid-state imaging device provided with the waveguide applied to the 1st waveguide of 2nd Embodiment. 第2実施の形態の第1の導波路に適用する導波路を備えた、固体撮像装置の他の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the other example of the solid-state imaging device provided with the waveguide applied to the 1st waveguide of 2nd Embodiment. A,B 第2実施の形態の第1の導波路に適用する導波路を備えた、固体撮像装置の他の例を示す構成図及びその要部の拡大図である。A and B are a configuration diagram illustrating another example of a solid-state imaging device including a waveguide applied to the first waveguide according to the second embodiment, and an enlarged view of a main part thereof. 第2実施の形態の第1の導波路に適用する導波路を備えた、固体撮像装置の他の例を示す構成図である。It is a block diagram which shows the other example of the solid-state imaging device provided with the waveguide applied to the 1st waveguide of 2nd Embodiment. 本発明に係る固体撮像装置の第3実施の形態を示す要部の構成図である。It is a block diagram of the principal part which shows 3rd Embodiment of the solid-state imaging device which concerns on this invention. 本発明に係るカメラの実施の形態を示す構成図である。It is a block diagram which shows embodiment of the camera which concerns on this invention. 従来の裏面照射型のcmosイメージセンサの例を示す要部の構成図である。It is a block diagram of the principal part which shows the example of the conventional back irradiation type cmos image sensor.

符号の説明Explanation of symbols

1、・・固体撮像装置、2・・半導体層、3・・撮像領域、4・・画素、5・・層間絶縁膜、6・・配線層、7・・多層配線層、8・・カラーフィルタ、8R,8G、8B・・色フィルタ成分、9・・接着材層、10・・支持基板、11・・光電変換部、13・・転送ゲート電極、15・・中空部、18・・導波路、19・・画素分離領域、27・・導波路、28・・中空部、29・・第1の層   1 .... Solid-state imaging device 2 .... Semiconductor layer 3 .... Image area 4 .... Pixel 5 .... Interlayer insulation film 6 .... Wiring layer 7, ... Multi-layer wiring layer 8, ... Color filter 8R, 8G, 8B ... Color filter component, 9 ... Adhesive layer, 10 ... Support substrate, 11 ... Photoelectric conversion part, 13 ... Transfer gate electrode, 15 ... Hollow part, 18 ... Waveguide , 19 ·· Pixel separation region, 27 · · Waveguide, 28 · · Hollow portion, 29 · · First layer

Claims (5)

複数の画素と、
前記画素の光電変換部に入射光を導く導波路を有し、
前記導波路は、
カラーフィルタの各色フィルタ成分をコア部とし、隣合う色フィルタ成分間のセルファラインで形成された中空部をクラッド部として構成された第1導波路部と、
前記光電変換部と前記カラーフィルタとの間にあって、第1の層をコア部とし、前記第1の層の外側に形成した中空部をクラッド部として構成された第2導波路部とを有し、
前記第2導波路部間には、少なくとも表面に反射膜が形成された支持体が設けられ、
前記第2導波路部を構成する前記コア部と前記支持体との間に、前記第2導波路部を構成する前記中空部が設けられている
固体撮像装置。
A plurality of pixels;
A waveguide for guiding incident light to the photoelectric conversion portion of the pixel;
The waveguide is
Each color filter component of the color filter as a core part, a first waveguide part configured as a cladding part a hollow part formed by self line between adjacent color filter components;
A second waveguide section between the photoelectric conversion section and the color filter, wherein the first layer is a core section and the hollow section formed outside the first layer is a cladding section. ,
Between the second waveguide portions, a support having at least a reflective film formed on the surface is provided,
The solid-state imaging device, wherein the hollow portion constituting the second waveguide portion is provided between the core portion constituting the second waveguide portion and the support.
前記支持体は、反射膜で構成されている
請求項1記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the support is made of a reflective film.
前記支持体は、その幅を前記第1導波路部側に向かって狭くするような傾斜面を有する
請求項1または2に記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the support has an inclined surface whose width is narrowed toward the first waveguide portion.
前記カラーフィルタ上にオンチップマイクロレンズが形成されている
請求項1〜の何れかに記載の固体撮像装置。
The solid-state imaging device according to any one of claims 1 to 3, the on-chip microlens is formed on the color filter.
固体撮像装置と光学レンズ系と信号処理手段を備え、
前記固体撮像装置は、
複数の画素と、
前記画素の光電変換部に入射光を導く導波路を有し、
前記導波路は、
カラーフィルタの各色フィルタ成分をコア部とし、隣合う色フィルタ成分間のセルファラインで形成された中空部をクラッド部として構成された第1導波路部と、
前記光電変換部と前記カラーフィルタとの間にあって、第1の層をコア部とし、前記第1の層の外側に形成した中空部をクラッド部として構成された第2導波路部とを有し、
前記第2導波路部間には、少なくとも表面に反射膜が形成された支持体が設けられ、
前記第2導波路部を構成する前記コア部と前記支持体との間に、前記第2導波路部を構成する前記中空部が設けられている
カメラ。
A solid-state imaging device, an optical lens system, and signal processing means;
The solid-state imaging device
A plurality of pixels;
A waveguide for guiding incident light to the photoelectric conversion portion of the pixel;
The waveguide is
Each color filter component of the color filter as a core part, a first waveguide part configured as a cladding part a hollow part formed by self line between adjacent color filter components;
A second waveguide section between the photoelectric conversion section and the color filter, wherein the first layer is a core section and the hollow section formed outside the first layer is a cladding section. ,
Between the second waveguide portions, a support having at least a reflective film formed on the surface is provided,
The camera in which the hollow portion constituting the second waveguide portion is provided between the core portion constituting the second waveguide portion and the support.
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