JP5521302B2 - 固体撮像装置とその製造方法、及び電子機器 - Google Patents

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Description

本発明は、固体撮像装置とその製造方法、及びこの固体撮像装置を備えた電子機器に関する。
固体撮像装置は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサに代表される電荷転送方固体撮像装置と、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサに代表される増幅型固体撮像装置に大別される。
ＣＣＤ固体撮像装置は、２次元配列された複数の受光部、すなわち光電変換素子となるフォトダイオードと、各フォトダイオード列に対応して配置されたＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ部からなる撮像領域を有する。ＣＣＤ固体撮像装置は、さらに撮像領域からの信号電荷を水平方向に転送するＣＣＤ構造の水平転送レジスタ部、出力部、及び信号処理回路を構成する周辺回路などを有して構成される。
ＣＭＯＳ固体撮像装置は、受光部を構成する光電変換素子となるフォトダイオードと、複数の画素トランジスタ（ＭＯＳトランジスタ）からなる画素が複数、２次元配列された撮像領域と、撮像領域の周辺に配置された信号処理等の周辺回路部とを有して構成される。
これらの固体撮像装置においては、画素の微細化に伴い、入射光の集光効率を上げるために、各フォトダイオードに対応して屈折率を異にしたクラッド層とコア層からなる導波路を備えた構成が提案されている。導波路機能を備えた固体撮像装置は、例えば特許文献１〜５等に開示されている。
図２７〜図２９に、従来のＣＣＤ固体撮像装置の一例を示す。図２７は撮像領域の要部の平面図、図２８は図２７のＡ−Ａ線上の断面図、図２９は図２７のＢ−Ｂ線上の断面図である。ＣＣＤ固体撮像装置１００は、図２７に示すように、通常、正方形の受光部１０１となるフォトダイオード（ＰＤ）が２次元配列され、各受光部列に対応して信号電荷を垂直方向に転送するＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ部１０２が配置されて成る。垂直転送レジスタ部１０２は、埋め込み転送チャネル領域１０３と、その上にゲート絶縁膜を介して配置された複数の転送電極とを有して構成される。本例では、１つの受光部１０１となるフォトダイオード（ＰＤ）に対して３つの転送電極が対応するように、１層目のポリシリコン膜からなる複数の転送電極１０４、１０５、１０６が形成される。
転送電極１０４及び１０６は、それぞれ各垂直転送レジスタ部１０２の対応する電極同士が接続されるように、垂直方向に隣り合う受光部１０１の間を通して水平方向に連続して形成される。一方、読み出し電極を兼ねる各転送電極１０５は、島状に独立して形成されているため、２層目のポリシリコン膜による接続配線１０７に接続される。この接続配線１０７は、垂直方向に隣り合う受光部１０１の間に延長する転送電極１０４及び１０６上に絶縁膜を介して配置された帯状部１０７Ｂと、これと一体に各転送電極１０５上に延長する延長部１０７Ａとを有して構成される。この延長部１０７Ａが、各垂直転送レジスタ部１０２における転送電極１０５のコンタクト部１０８に接続される。
断面構造では、図２８及び図２９に示すように、第１導電型、例えばｎ型の半導体基板１１１に第２導電型であるｐ型の第１半導体ウェル領域１１２が形成され、このｐ型第１半導体ウェル領域１１２に受光部１０１となるフォトダイオード（ＰＤ）が形成される。フォトダイオード（ＰＤ）は、ｎ型半導体領域１１３と暗電流を抑制するｐ型半導体領域１１４とを有して形成される。ｐ型第１半導体ウェル領域１１２には、さらにｎ型の埋め込み転送チャネル領域１１５、ｐ＋チャネルストップ領域１１６が形成され、埋め込み転送チャネル領域１１５の直下に、ｐ型第２半導体ウェル領域１１７が形成される。
埋め込み転送チャネル領域１１５上には、ゲート絶縁膜１１８を介して１層目ポリシリコンによる転送電極１０４〜１０６が形成され、絶縁膜１１９を介して島状の転送電極１０５と接続される２層目ポリシリコンによる接続配線１０７が形成される。フォトダイオード（ＰＤ）を除いて転送電極１０４〜１０６及び接続配線１０７を被覆するように、絶縁膜１１９を介して遮光膜１２０が形成される。遮光膜１２０が形成されないフォトダイオード（ＰＤ）の表面には、例えばシリコン酸化膜による絶縁膜１２１及び反射防止膜１２２となる例えばシリコン窒化膜が形成される。
各フォトダイオード（ＰＤ）に対応する上方には、入射光を有効にフォトダイオード（ＰＤ）へ集光するための導波路１２４が形成される。導波路１２４は、屈折率の高い例えばシリコン窒化膜によるコア層１２５と、このコア層１２５を取り囲む屈折率の低い例えばシリコン酸化膜によるクラッド層１２６とから構成される。
さらに、パシベーション膜１３０、その上の平坦化膜１２７を介してオンチプカラーフィルタ１２８が形成され、その上にオンチップマイクロレンズ１２９が形成される。
転送電極１０５と接続配線１０７は、図３０に示すように両者とも同じ幅で形成した構成、あるいは図３１に示すように接続配線１０７の幅を転送電極１０５の幅より狭くした構成とすることができる。いずれの場合も軸心０を挟んで左右対称に形成される。
図３２〜図３３に、従来の固体撮像装置１００の製法、特に導波路の製法を示す。各工程図において、左側の図は図２７のＡ−Ａ線上（水平方向）の断面に相当し、右側の図は図２７のＢ−Ｂ線上（垂直方向）の断面に相当する。
先ず、図３２Ａに示すように、フォトダイオード（ＰＤ）、埋め込み転送チャネル領域１１５、チェネルストップ領域１１６などを形成した半導体基板１１１上に、ゲート絶縁膜１１６を介して転送電極１０４〜１０６を形成する。また、絶縁膜１１８を介して、一部転送電極１０５に接続した接続配線１０７を形成し、さらに絶縁膜１１９を介して遮光膜１２０を形成する。図面を簡略化するために、反射防止膜１２２、上記埋め込み転送チャネル領域１１５、チャネルストップ領域などは省略している。
次に、図３２Ｂに示すように、遮光膜１２０及びフォトダイオード１０１に対応した開口部１３１内を含む全面に、導波路のクラッド層となるクラッド材料膜（低屈折率材料）１２６Ａを成膜する。このクラッド材料膜１２６Ａは、例えば、ＢＰＳＧ（リン・ボロン・シリケートガラス）を熱処理してリフローさせて形成させたものなどの酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いることが出来る。このとき、ＢＰＳＧ膜は図示するように厚く成膜される。その後、例えばＣＭＰ（化学機械研磨）法、ドライエッチング法等を用いて表面を平坦化する。
次に、図３２Ｃに示すように、リソグラフィー技術を用いて、クラッド材料膜１２６Ａ上に、フォトダイオード１０１に対応する部分に開口部１３２ａを有するレジストマスク１３２を形成する。
次に、図３３Ｄに示すように、レジストマスク１３２を用いて、クラッド材料膜１２６Ａをドライエッチングし、反射防止膜１２２（図示せず）に達する凹溝１３３を形成する。これにより、凹溝１３３の内壁にクラッド材料膜１２６Ａによるクラッド層１２６が形成される。
次に、図３３Ｄに示すように、凹溝１３３内にクラッド層１２６より屈折率の高い材料（高屈折率材料）、例えば窒化シリコンを埋め込み、コア層１２５を形成する。コア層１２５は凹溝１３３以外の表面にも形成される。このようにして、コア層１２５とクラッド層１２６から成る導波路１２４が形成される。
特開２０００−１５０８４５号公報 特開２００３−３２４１８９号公報 特開２００４−２２１５３２号公報 特開２００５−２９４７４９号公報 特開２００６−８６３２０号公報
固体撮像装置、特に、ＣＣＤ固体撮像装置においては、画素のセルサイズの縮小に伴い、感度、スミアを初めとして光学特性を維持することが困難になって来ている。この改善策として、上述したように、フォトダイオード（ＰＤ）によるＳｉ界面近傍に、屈折率差の界面を持たせ、高屈折率側に光エネルギーを集中させてＳｉ界面に光を入射させる役割を果たす一種の導波路構造が提案されている。
しかし、図３２〜図３３に示す製造方法によって導波路を形成した場合、平面形状が概ね正方形であるため、導波路構造が対称性を有することになる。すなわち、
（１）導波路のコア層の幅もしくは形状は、Ａ−Ａ線上（水平方向）断面、Ｂ−Ｂ線上（垂直方向）断面ともに、基板表面から同じ高さの位置では、常に同じである。
（２）クラッド層とコア層との界面のテーパ角が、Ａ−Ａ線上（水平方向）断面、Ｂ−Ｂ線上（垂直方向）断面ともに同じになる。各断面を見ても上記界面の左右の傾斜角が左右対称である。
（３）導波路の断面形状が、Ａ−Ａ線上（水平方向）断面、Ｂ−Ｂ線上（垂直方向）断面ともに同じになる。
また、転送電極及び接続配線に対し、セルファラインで導波路を形成することが困難であり、マスクの合わせずれ等のプロセスマージンの管理が必要になる。
このように、Ａ−Ａ線上（水平方向）断面、Ｂ−Ｂ線上（垂直方向）断面において、基板表面よりある高さ位置の断面で対称性の高い構造を有する導波路では、次のような問題が発生し易い。
導波路において、入射してくる光と、全反射を起して位相がずれて反射されてきた光とが干渉し合いやすくなり、定在波が立ちやすく、フォトダイオード（ＰＤ）に入射する光の位相が揃い易くなる。
図３４は、この状態を示している。図３４Ａは水平方向断面、図３４Ｂは垂直方向断面をそれぞれ示す。水平方向及び垂直方向における屈折率差を有する導波路界面のテーパ角が一定、同じ高さ位置でのコア幅ｄ６が一定であると、入射光Ｌの導波路界面への入射角θｉが同じになり、全反射に伴う光Ｌの位相が揃い、定在波１４０が立ち易い。図３５は、コア層１２５及びクラッド層１２６から成る導波路１２４の上面図であり、概ね正方形であるので、同じ高さ位置において矢印で示すように縦横コア幅が同じ、２つの対角方向のコア幅が同じであり、コア幅が対称性を有している。
光の位相が揃いやすい状態であると、分光特性において、干渉による波形の山谷が現れ易くなり、分光リップル特性が著しく悪化する。また、干渉の影響を受けて、分光特性の波形の山谷がはっきり現れてしまうので、コア層のわずかな膜厚変動でも分光特性がばらついてしまう。コア層の膜厚は、コア層を成膜した後の研磨ばらつき、エッチバックばらつき等により変動する。
図３７に、従来の導波路を有するＣＣＤ固体撮像装置の分光特性、この例ではコア層の膜厚ばらつきを想定したときの、赤の波長領域における分光特性を示す。図３６Ａ〜Ｅに、コア層の膜厚を異ならした試料（固体撮像装置）を示す。図３６Ｃは、コア層１２５の膜厚を基準の膜厚ｔ１にした試料を示す。図３６Ａはコア層１２５の膜厚を基準の膜厚ｔ１より１００ｎｍ薄くした（＝ｔ１−１００ｎｍ）試料を示す。図３６Ｂはコア層１２５の膜厚を基準の膜厚ｔ１より５０ｎｍ薄くした（＝ｔ１−５０ｎｍ）試料を示す。図３６Ｄはコア層２７の膜厚を基準の膜厚ｔ１より５０ｎｍ厚くした（＝ｔ１＋５０ｎｍ）試料を示す。図３６Ｅはコア層１２５の膜厚を基準の膜厚ｔ１より１００ｎｍ厚くした（＝ｔ１＋１００ｎｍ）試料を示す。
図３７の分光特性図において、曲線ｃ１は、コア層が基準の膜厚ｔ１を有したときの特性。曲線ａ１は、コア層が基準の膜厚ｔ１より１００ｎｍ薄い（＝ｔ１−１００ｎｍ）ときの特性。曲線ｂ１は、コア層が基準の膜厚ｔ１より５０ｎｍ薄い（＝ｔ１−５０ｎｍ）ときの特性。曲線ｄ１は、コア層が基準の膜厚ｔ１より５０ｎｍ厚い（＝ｔ１＋５０ｎｍ）ときの特性。曲線ｅ１は、コア層が基準の膜厚ｔ１より１００ｎｍ厚い（＝ｔ１＋１００ｎｍ）ときの特性。
図３７の分光特性から明らかなように、分光リップルが悪化し、またコア層１２５の膜厚がばらついた際に分光特性がばらつくのが認められる。このような分光特性を示す場合、ある特定の波長における受光感度の変動も大きくなってしまう。例えば、波長６２０ｎｍの場合、感度は０．４４〜０．６２の範囲でばらついている。（単位は任意単位である。）
導波路構造を有するＣＭＯＳ固体撮像装置においても、同様の分光リップルが発生し、同様の問題を有する。
このように、平面方向の対称性の高い導波路構造では、平面方向で光の位相が揃い易くなり、分光リップルの発生原因となるため、撮像特性に悪影響を及ぼす。
また、デジタルカメラは、蛍光灯輝線下（波長４４０ｎｍ／５５０ｎｍ／６２０ｎｍ）で撮影する場合、この３波長においてホワイトバランスの調整をおこなう。このように分光リップルが発生すると、チップ毎に蛍光灯輝線波長での感度が大きくばらついてしまう。その影響により、個々のチップに対して、チップごとにホワイトバランス設定を行う必要があり、生産性を著しく損なう。
本発明は、上述の点に鑑み、分光リップルの発生を抑制し、撮像特性の向上を図った固体撮像装置とその製造方法を提供するものである。
また、本発明は、かかる固体撮像装置を備えたカメラ等を含む電子機器を提供するものである。
本発明に係る固体撮像装置は、画素となる受光部と、受光部に対応する位置に形成されたコア層とクラッド層からなる導波路を有し、導波路の断面構造が、撮像面の水平方向と垂直方向で異なっており、水平方向および垂直方向の少なくとも一方におけるコア層とクラッド層との界面が曲面で構成されている。
本発明の固体撮像装置では、導波路の断面構造が撮像面の水平方向と垂直方向で異なることにより、コア層とクラッド層の界面のテーパ角、基板表面からの同一高さ位置におけるコア幅が、水平方向と垂直方向で異なる。このため、全反射に伴う光の位相が揃いにくく定在波が生じにくい。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、受光部に対応する部分の開口断面形状が撮像面の水平方向と垂直方向で異なるように形成した積層構造に対して、該積層構造に倣うようにクラッド層を成膜する工程と、水平方向および垂直方向の少なくとも一方におけるクラッド層の表面を曲面に整形する工程と、受光部に対応する開口部にコア層を埋め込む工程とを有する。
本発明の固体撮像装置の製造方法では、受光部に対応する開口部の断面形状が撮像面の水平方向と垂直方向で異なる積層構造を形成する。この積層構造に倣うようにクラッド層を形成し、コア層を埋め込むようにしているので、コア層とクラッド層の界面のテーパ角、同一高さ位置におけるコア幅が、水平方向と垂直方向で異なる導波路が形成される。クラッド層は積層構造に倣うように形成されるので、導波路をいわゆるセルフアラインで形成することができる。
本発明に係る電子機器は、固体撮像装置と、固体撮像装置の光電変換素子に入射光を導く光学系と、固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備える。
そして、固体撮像装置は、画素となる受光部と、受光部に対応する位置に形成されたコア層とクラッド層からなる導波路を有し、導波路の断面構造が、撮像面の水平方向と垂直方向で異なっており、水平方向および垂直方向の少なくとも一方におけるコア層とクラッド層との界面が曲面で構成されている。
本発明の電子機器では、固体撮像装置において、導波路の断面構造が撮像面の水平方向と垂直方向で異なることにより、コア層とクラッド層の界面のテーパ角、基板表面からの同一高さ位置におけるコア幅が、水平方向と垂直方向で異なる。このため、導波路での全反射に伴う光の位相が揃いにくく定在波が生じにくい。
本発明に係る固体撮像装置によれば、導波路において定在波が発生しにくいので、分光リップルの発生を抑制し、撮像特性を向上することができる。
本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、分光リップルが抑制され、撮像特性が向上する固体撮像装置を製造することができる。
本発明に係る電子機器によれば、固体撮像装置において、分光リップルが抑制され、撮像特性が向上するので、品質の向上が図れる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（固体撮像装置の構成及び製造方法の例）
２．第２の実施の形態（固体撮像装置の構成及び製造方法の例）
３．第３の実施の形態（固体撮像装置の構成及び製造方法の例）
４．第４の実施の形態（固体撮像装置の構成例）
５．第５の実施の形態（固体撮像装置の構成例）
６．第６の実施の形態（固体撮像装置の構成例）
７．第７の実施の形態（固体撮像装置の構成例）
８．第８の実施の形態（固体撮像装置の構成例）
９．第９の実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１０．第１０の実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１１．第１１の実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１２．第１２の実施の形態（固体撮像装置の構成例）
１３．第１３の実施の形態（電子機器の構成例）
＜１．第１の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１〜図３に、本発明に係る固体撮像装置をＣＣＤ固体撮像装置に適用した第１実施の形態を示す。図１はＣＣＤ固体撮像装置の撮像領域の要部の平面図、図２は図１のＡ−Ａ線上の断面図、図３は図１のＢ−Ｂ線上の断面図である。
第１の実施の形態に係る固体撮像装置１は、図１に示すように、長方形の受光部２が２次元配列され、各受光部２の列に対応してＣＣＤ構造の垂直転送レジスタ部３が配置された撮像領域４を有して成る。受光部２は、その縦横の開口幅がｗ４＞ｗ３である長方形に形成される。受光部２は、光電変換素子となるフォトダイオード（ＰＤ）で構成され、垂直方向を長辺とし水平方向を短辺として形成される。垂直転送レジスタ部３は、受光部２から読み出された信号電荷を垂直方向に順次転送するように構成される。垂直転送レジスタ部３は、埋め込み転送チャネル領域（以下、転送チャネル領域という）４と、その上にゲート絶縁膜を介して転送方向に配列された複数の転送電極６、７，８とを有して構成される。転送電極６，７及び８は、１層目のポリシリコン膜で形成される。本例では１つの受光部２に対して３つの転送電極６、７及び８が対応するように形成される。
転送電極のうち、転送電極６及び８は、それぞれ各垂直転送レジスタ部３に対応する電極同士が接続されるように、垂直方向に隣り合う受光部２の間を通して水平方向に連続して形成される。一方、両転送電極６及び８に挟まれた読み出し電極を兼ねる各転送電極７は、各垂直転送レジスタ部３において、島状に独立して形成されるため、２層目のポリシリコン膜による接続配線９に接続される。接続配線９は、垂直方向に隣り合う受光部２の間に帯状に伸びる転送電極６，８上に絶縁膜を介して配置された帯状部９Ｂと、これと一体に各島状の転送電極７上に延長する延長部９Ａとを有して構成される。接続配線９の延長部９Ａが、各垂直転送レジスタ部３における転送電極７のコンタクト部１０に接続される。
断面構造では、図２及び図３に示すように、第１導電型、例えばｎ型のシリコン半導体基板１１に第２導電型であるｐ型の第１半導体ウェル領域１２が形成され、このｐ型第１半導体ウェル領域１２に受光部２を構成するフォトダイオード（ＰＤ）が形成される。フォトダイオード（ＰＤ）は、ｎ型半導体領域１３と表面の暗電流を抑制するｐ＋半導体領域１４を有して形成される。ｐ型第１半導体ウェル領域１２には、さらにｎ型の転送チャネル領域４、ｐ＋チャネルストップ領域１５が形成され、ｎ型転送チャネル領域４の直下にｐ型の第２半導体ウェル領域１６が形成される。
ｎ型転送チャネル領域４上には、ゲート絶縁膜５を介して１層目のポリシリコン膜による転送電極６〜８が形成され、さらに絶縁膜１７を介して２層目のポリシリコン膜による接続配線９が形成される。接続配線９の延長部９Ａは絶縁膜１７のコンタクトホールを介して島状の転送電極７のコンタクト部１０に接続される。転送電極６〜８は、それぞれｐ＋チャネルストップ領域１５、転送チャネル領域４、及び転送チャネル領域から受光部２の端縁までの領域に跨って形成される。すなわち、転送電極７は、転送チャネル領域から受光部２の端縁までの読み出し領域２０まで延長される。また、受光部２を除いて、受光部周囲の転送電極６〜８、接続配線９を被覆するように、遮光膜１８が形成される。受光部２の表面には、例えば、シリコン酸化（ＳｉＯ２）膜２１、シリコン窒化（ＳｉＮ）膜２２による積層絶縁膜２４が形成され、シリコン基板界面の反射防止層として機能し、感度の減退を防止する。
各受光部２の上方には、入射光を受光部２へ有効に集光させるための、後述する本発明に係る導波路２８が形成される。導波路２８は、低屈折率の材料からなるクラッド層と高屈折率の材料からなるコア層で構成される。さらに、パシベーション膜２９及び平坦化膜３０を介してオンチップカラーフルタ３１が形成され、その上にオンチップマイクロレンズ３２が形成される。パシベーション膜２９は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮやＳｉＯＮ）で形成される。また、平坦化膜３０は、アクリル樹脂などの有機塗布膜で形成される。
導波路２８は、受光部２を囲む転送電極６〜８、接続配線９及び遮光膜１８などによる積層構造の面に倣って形成されたクラッド層２６と、クラッド層２６に取り囲まれた凹部に埋め込まれたコア層２７とから構成される。クラッド層２６は屈折率の低い材料、例えばシリコン酸化層で形成され、コア層２７は屈折率の高い材料、例えばシリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜などで形成される。埋め込まれるコア層２７の屈折率ｎ１としては、ｎ＝１．６０〜２．２０であることが望ましい。クラッド層２６の屈折率ｎ２としては、ｎ２＝ １．００〜１．５９ であることが望ましい。クラッド層２６としては、受光部２上の絶縁膜２４上に所要の膜厚だけ残るように形成することが好ましい。上記のクラッド層の膜厚を残さず、コア層２７と、絶縁膜２４が接触する構造であると、絶縁膜２４のＳｉ界面の反射防止効果が得られなくなり、感度特性を損なってしまう。絶縁膜２４上に、上記のクラッド層２６が残ることにより、絶縁膜２４の反射防止効果が維持される。
そして、本実施の形態においては、特に、導波路２８がその断面構造を撮像面の水平方向（Ａ−Ａ断面）と垂直方向（Ｂ−Ｂ断面）で異なるように形成される。すなわち、本実施の形態の場合、垂直転送レジスタ部３上では、１層目ポリシリコン膜による転送電極６〜８の幅ｄ１に対して、２層目ポリシリコン膜による接続配線９の延長部９Ａの幅ｄ２を狭くしている（ｄ１＞ｄ２）。一方、垂直方向に隣り合う受光部２間上では、１層目ポリシリコン膜による転送電極６，８の幅ｄ３と、２層目ポリシリコン膜による接続配線９の帯状部９Ｂの幅ｄ４を同じ程度にしている（ｄ３＝ｄ４）。水平方向（Ａ−Ａ断面）における転送電極６〜８及び接続配線９の積層体は、図２において軸心０に対して左右対称に形成される。垂直方向（Ｂ−Ｂ断面）における転送電極６，８及び接続配線９の積層体は、図３において同じく軸心０に対して左右対称に形成される。垂直転送レジスタ部３における転送電極６〜８及び接続配線９を含む断面構造は、垂直方向の隣り合う受光部２（画素）間における転送電極６，８及び接続配線９を含む断面構造と異なっている。
このような転送電極及び接続配線の構成により、導波路２８の導波方向、すなわち導波路の深さ方向に関して同じ高さ位置で比較すると、水平方向（Ａ−Ａ断面）のコア層２７の幅ｗ１と、垂直方向（Ｂ−Ｂ断面）のコア層２７の幅ｗ２とが、互いに異なっている。つまり、導波路２８におけるコア層２７の幅が、基板面より同じ高さ一において、撮像面の水平方向と垂直方向とで異なっている。また、コア層２７とクラッド層２６との界面に関しても、水平方向（Ａ−Ａ断面）での界面の導波方向の傾斜角β１と、垂直方向（Ｂ−Ｂ断面）での界面の導波方向の傾斜角β２とが、互いに異なっている。本例では傾斜角β２は略９０度（略垂直）である。従って、導波路２８は、水平方向と垂直方向の断面形状が異なるように形成される。導波路２８における、上記水平方向に関する傾斜角β１、垂直方向に関する傾斜角β２のそれぞれは、導波方向の軸心に対して対称である。
図３において、転送電極６，８の幅より接続配線９の帯状部９Ｂの幅を狭くした構成としたときには、傾斜角β１、β２は、テーパ角と見做すことができる。この場合、導波路２８の上記界面の導波方向のテ−パ角が水平方向（Ａ−Ａ断面）と垂直方向（Ｂ−Ｂ断面）で異なることになる。
第１実施の形態に係る固体撮像装置１によれば、導波路２８における撮像面の水平方向と垂直方向の断面構造を異ならしている。すなわち、導波方向内の同じ高さ位置で比べたときに、撮像面の水平方向のコア層２７の幅ｗ１と、垂直方向のコア層２７幅ｗ２とが異なる。また、クラッド層とコア層の界面の導波方向の傾斜角を比べたときに、水平方向断面での傾斜角β１と垂直方向断面での傾斜角β２とが異なる。この導波路構造により、導波路での全反射に伴う光の位相が揃いにくくなり、定在波が発生しにくく、分光リップルの発生が抑制される。従って、固体撮像装置１の撮像特性が向上する。
図４は、第１実施の形態に係る導波路２８を上面から見た模式図であり、任意の同じ高さ位置でのコア幅を矢印にて示している。水平方向のコア幅と垂直方向のコア幅が異なっている。また、屈折率差を有する界面の傾斜角（もしくはテーパ角）が水平方向と垂直方向で大きく異なっている。対角の２つのコア幅は同じである。同じ高さ位置でのコア幅、傾斜角（もしくはテーパ角）が水平方向及び垂直方向で同じにならず、光の位相が揃いにくく、分光リップルが発生しにくい。
図６に、第１実施の形態に係る導波路２８を有する固体撮像装置１の分光特性、この例ではコア層の膜厚をパラメータとしたときの、赤の波長領域における分光特性を示す。図５Ａ〜Ｅに、コア層の層厚を異ならした試料（固体撮像装置）を示す。図５Ｃは、コア層２７の膜厚を基準の膜厚ｔ１にした試料を示す。図５Ａはコア層２７の膜厚を基準の膜厚ｔ１より１００ｎｍ薄くした（＝ｔ１−１００ｎｍ）試料を示す。図５Ｂはコア層２７の膜厚を基準の膜厚ｔ１より５０ｎｍ薄くした（＝ｔ１−５０ｎｍ）試料を示す。図５Ｄはコア層２７の膜厚を基準の膜厚ｔ１より５０ｎｍ厚くした（＝ｔ１＋５０ｎｍ）試料を示す。図５Ｅはコア層２７の膜厚を基準の膜厚ｔ１より１００ｎｍ厚くした（＝ｔ１＋１００ｎｍ）試料を示す。
図６の分光特性図において、曲線ｃ２は、コア層２７の膜厚を基準の膜厚ｔ１とした図５Ｃの試料の特性である。曲線ａ２は、コア層２７の膜厚を基準ｔ１より１００ｎｍ厚くした図５Ｄの試料の特性である。曲線ｂ２は、コア層２７の膜厚を基準ｔ１より５０ｎｍ薄くした図５Ｂの試料の特性である。曲線ｄ２は、コア層２７の膜厚を基準ｔ１より５０ｎｍ薄くした図５Ｄの試料の特性である。曲線ｅ２は、コア層２７の膜厚を基準ｔ１より１００ｎｍ厚くした図５Ｅの試料の特性である。
図６の分光特性から明らかなように、従来例（図３７の分光特性）に比べて、分光リップル改善されている。
例として、波長が長くリップルが生じやすい赤の波長領域での測定結果を示したが、緑の波長領域、青の波長領域の分光特性でも、分光リップルは発生し、本発明ではその分光リップルを抑制することができる。
本実施の形態においては、コア層２７の材料（いわゆる埋め込みコア材料）として、屈折率ｎがｎ＝１．６０〜２．２０の範囲内の材料を用いるのが望ましい。このとき、高い感度特性が得られる。図７にコア材料の屈折率と平行光の感度との関係を示す。図６のグラフの縦軸は感度を表わし、屈折率ｎ＝１．８のコア材料を用いたときの感度を「１」とする。横軸はコア材料の屈折率（＠６３２．８ｎｍ）を表わす。
図７の感度特性から屈折率ｎが１．６０〜２．２０の範囲のコア材料を用いるときは、高い感度が得られ、この範囲外では急激に感度が減退するのが認められる。
［固体撮像装置の製造方法の例］
図８〜図９に、第１実施の形態の固体撮像装置の製造方法、特に導波路の製法を示す。各工程図において、左側の図は図１のＡ−Ａ線上（水平方向）の断面に相当し、右側の図は図１のＢ−Ｂ線上（垂直方向）の断面に相当する。
先ず、図８Ａに示すように、半導体基板１１上に、ゲート絶縁膜５を介して１層目のポリシリコン膜による転送電極６，７及び８を繰り返して形成する。半導体基板１１には、既に、一部図示しないが、受光部２となるフォトダイオード（ＰＤ）、転送チャネル領域４、ｐ＋チャネルストップ領域１５などが形成されている。また、絶縁膜１７を介して、延長部９Ａを転送電極７に接続した２層目のポリシリコン膜による接続配線９［９Ａ，９Ｂ］を形成する。
垂直転送レジスタ部３では、１層目ポリシリコン膜による転送電極６〜８が幅ｄ１で形成され、２層目ポリシリコン膜による接続配線９の延長部９Ａが幅ｄ１より狭い幅ｄ２で形成される。また、垂直方向に隣り合う受光部２の間では、１層目ポリシリコン膜による転送電極６，８も幅ｄ３と２層目ポリシリコン膜による接続配線９の帯状部９Ｂの幅ｄ４が同じ幅（ｄ３＝ｄ４）で形成される、垂直転送レジスタ部３での転送配線６〜８と接続配線９の延長部９Ａと遮光膜１８との積層構造は、水平方向の断面において、軸心０を中心に左右対称に形成される。また、垂直方向の受光２間での転送電極６，８と接続配線９の帯状部９Ｂと遮光膜１８との積層構造は、垂直方向の断面において、同様に軸心０を中心に左右対称に形成される。また、受光部２は、上面から見て縦長の長方形状に形成される。すなわち、転送電極及び接続配線を含む積層電極の形状と、受光部２に対応する開口幅（ｗ３，ｗ４）を、水平方向と垂直方向とで異ならせる。
さらに、絶縁膜１７を介して例えばＡｌ膜による遮光膜１８を形成する。転送チャネル領域４、ゲート絶縁膜５及び転送電極６〜８により垂直転送レジスタ部３が形成される。受光部２の表面には、前述した複数層からなる絶縁膜２４を形成する。
次に、図８Ｂに示すように、クラッド層２６を受光部２に対応した凹部周囲の積層構造の表面に倣うように成膜する。このクラッド層２６となるクラッド材としては、例えば、熱ＣＶＤ（化学気相成長）法によるＮＳＧ（ノンドープド・シリケートガラス）膜、ＢＰＳＧ（ボロン・リン・シリケートガラス）膜、ＰＳＧ（リン・シリケートガラス）膜、あるいはプラズマＣＶＤ法によるプラズマ・シリコン酸化（ＳｉＯ２）膜などで形成することができる。例えば、ＢＰＳＧ膜であれば、ＢＰＳＧを従来例よりも膜厚をうすくして形成すれば、積層構造の表面に倣って成膜することができる。
次に、必要であれば、図９Ｃに示すように、成膜したクラッド層２６の形状を、側壁面（傾斜面、垂直面）がなめらかであり、かつ受光部２に対応する面に所要膜厚が残るように整形しても良い。この形状コントロールは、例えばドライエッチング、熱処理によるリフロー等で行うことができる。
次に、図９Ｄに示すように、受光部２に対応するクラッド層２６の凹溝内に埋め込むように、コア層２７を形成する。コア層２７となるコア材は、クラッド材よりも高屈折率の材料であり、例えばシリコン窒化（ＳｉＮ）膜、シリコン酸窒化（ＳｉＯＮ）膜を用いることができる。これらシリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜は、ＣＶＤ法により成膜することができる。コア層２７のコア材料としては、その他、例えば有機膜を用いることもできる。コア層２７となる有機膜とたては、例えば、ポリイミド系樹脂等の屈折率の高い樹脂を用いることができる。このようにして、受光部２にクラッド層２６及びコア層２７からなる本実施の形態の導波路２８を形成する。
これ以降は、通常のように、パシベーション膜、平坦化膜、オンチップカラーフィルタ及びオンチップマイクロレンズを形成して、目的の固体撮像装置１を得る。
本実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、図８Ａの工程で、いわゆる電極の形状及び受光部２上の凹部の開口幅を水平方向と垂直方向で異なるように、転送電極６〜８、接続配線９を形成している。これによって、撮像面の水平方向と垂直方向で異なる断面構造の導波路２８を形成することができ、導波路２８において定在波が立ちにくく、分光リップルが抑制された固体撮像装置を製造することができる。また、図８Ｂの工程で、受光部２に対応する凹部の内面に倣うように、すなわちクラッド層２６を転送電極６〜８、接続配線９及び遮光膜１８の積層構造の表面に倣うように、クラッド層２６を成膜している。この工程を有することにより、導波路２８をセルファラインで形成することができる。さらに、必要であれば、図９Ｃの工程で、成膜したクラッド層２６を整形することも出来る。図９Ｂの工程において、受光部に残すクラッド層２６が所望の膜厚よりも厚く形成され、薄くする必要がある場合、側壁に所望の膜厚よりも厚く形成された場合などである。
また、受光部にクラッド層２６を残すことで、絶縁層２４のＳｉの界面反射防止膜としての機能を維持させることが出来る。
＜２．第２の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１０に、本発明に係る固体撮像装置としてＣＣＤ固体撮像装置に適用した第２実施の形態を示す。図１０は、固体撮像装置の撮像領域の要部、特に受光部及び導波路部分の断面構造を示し、左側の図は撮像面の水平方向の断面構造、右側の図は撮像面の垂直方向の断面構造を示す。
本実施の形態に係る固体撮像装置４１は、転送電極６〜８の軸心０に対して上層の接続配線９を幅方向にずらして、導波路２８の断面構造が撮像面の水平方向と垂直方向で異なるように構成される。すなわち、垂直転送レジスタ部３では、１層目ポリシリコン膜の転送電極６〜８上に、絶縁膜１７を介して２層目ポリシリコン膜の接続配線９の延長部９Ａが、転送電極６〜８の軸心０に対して非対称となるように幅方向にずれて配置される。本例では、延長部９Ａが、転送電極６〜８の電極幅より狭い配線幅を有し、図１０において右側に偏って形成される。垂直方向に隣り合う受光部２の間では、１層目ポリシリコン膜の転送電極６、８上に、絶縁膜を介して２層目ポリシリコン膜の接続配線９の帯状部９Ｂが、転送電極６，８の軸心０に対して非対称となるように幅方向にずれて配置される。本例では、帯状部９Ｂが、転送電極６，８の電極幅より狭い配線幅を有し、帯状部９Ｂの一方端が、転送電極６、８の一方端に揃うように、図１０において右側に偏って形成される。遮光膜に関しても、水平方向と垂直方向のそれぞれで断面形状が軸心０に対して非対称になる。
このような転送電極６〜８及び接続配線９の構成に基いて受光部２上には、断面構造が撮像面の水平方向と垂直方向で異なる導波路２８が形成される。すなわち、水平方向断面では、コア層２７とクラッド層２６との界面の傾斜角として、一方が緩やかな傾斜角θ１、他方がこれより急峻な傾斜角θ２を有している。垂直方向断面では、コア層２７とクラッド層２６との界面の傾斜角として、一方が傾斜角θ３＝９０度、すなわち垂直、他方が所定の傾斜角θ４を有している。つまり、水平方向及び垂直方向における上記傾斜角が、それぞれ導波方向の軸心に対して非対称である。その他の構成は、図示しない構成も含めて図１〜図３と同様であるので、対応する部分には同一符号を付して詳細説明を省略する。
［固体撮像装置の製造方法の例］
図１１に、第２実施の形態の固体撮像装置の製造方法、特に導波路の製法を示す。各工程図において、左側の図は撮像面の水平方向の断面構造、右側の図は撮像面の垂直方向の断面構造を示す。
図１１Ａに示すように、半導体基板１１上に、ゲート絶縁膜５を介して１層目ポリシリコン膜による転送電極６、７及び８を繰り返して形成する。半導体基板１１には、一部図示しないが、受光部２となるフォトダイオード（ＰＤ）、転送チャネル領域４、ｐ＋チャネルストップ領域１５等が形成されている。また、絶縁膜１７を介して、延長部９Ａを転送電極７に接続した２層目ポリシリコン膜による接続配線９［９Ａ，９Ｂ］を形成する。
接続配線９の延長部９Ａは、転送電極６〜８の電極幅より狭く、かつ転送電極６〜８の軸心０に対して非対称に配置されるように形成する。また、垂直方向の受光部間において、接続配線９の帯状部９Ｂが転送電極６，８の電極幅より狭く、かつ転送電極６，８の軸心０に対して非対称となり、一方端が転送電極端に揃うように形成する。
次いで、受光部２を除いて、絶縁膜１７を介して転送電極６〜８及び接続配線９を被覆するように、例えばＡｌなどによる遮光膜１８を形成する。遮光膜１８は、断面形状が水平方向及び垂直方向のそれぞれにおいて、軸心０に対して左右非対称に形成される。
次に、図１１Ｂに示すように、受光部上の凹部内から転送電極、接続配線及び遮光膜の積層構造の表面に倣うようにクラッド層を成膜する。クラッド層は、第１実施の形態の製法で説明したと同様にして成膜する。次いで、クラッド層の形状を整形する。これにより、垂直方向断面では、一方が緩やかな傾斜角θ１を有し、他方がこれより急峻な傾斜角θ２（θ１＞θ２）を有する傾斜面が形成される。
次いで、コア層２７を凹部内に埋め込むようにして、全面に形成する。このコア層２７は表面が平坦化される。このクラッド層２６とコア層２７により第２実施の形態の導波路２８を形成する。これ以後は、図示しないが、通常のようにパシベーション層、平坦化層、オンチップカラーフィルタ及びオンチップマイクロレンズを形成して、目的の固体撮像装置４１を得る。
なお、垂直転送レジスタ部３における転送電極及び接続配線を含む断面構造及び／又は垂直方向の画素間における転送電極及び接続配線を含む断面構造のいずれか一方または双方を、軸心０に対して非対称に形成することができる。
第２実施の形態に係る固体撮像装置によれば、導波路２８断面形状、特にコア層２７とクラッド層２６の界面形状が、水平方向断面と垂直方向断面のそれぞれにおいて、導波方向の軸心に対して非対称に形成される。これにより、水平方向及び垂直方向の断面構造において、同じ高さ位置でのコア幅がことなり、コア層２７とクラッド層２６の界面の傾斜角が軸心に対して非対称となる。従って、導波路２８に入射され全反射される光の位相が揃いにくくなり、定在波が立ちにくく、分光リップルの発生が抑制され、撮像特性を向上することができる。
＜３．第３の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１２に、本発明に係る固体撮像装置としてＣＣＤ固体撮像装置に適用した第３実施の形態を示す。図１２は、固体撮像装置の撮像領域の要部、特に受光部及び導波路部分の断面構造を示し、左側の図は撮像面の水平方向の断面構造、右側の図は撮像面の垂直方向の断面を示す。
本実施の形態に係る固体撮像装置４３は、垂直転送レジスタ部３の転送電極６〜８及び接続配線９の構成を第１実施の形態と同様にして、導波路を屈折率の異なる３層構造として、導波路の断面構造が撮像面の水平方向と垂直方向で異なるように構成される。
すなわち、垂直転送レジスタ部３上では、１層目ポリシリコン膜による転送電極６〜８の幅ｄ１に対して、２層目ポリシリコン膜による接続配線９の延長部９Ａの幅ｄ２を狭くしている（ｄ１＞ｄ２）。また、垂直方向に隣り合う受光部２間上では、１層目ポリシリコン膜による転送電極６、８の幅ｄ３と、２層目ポリシリコン膜による接続配線９の帯状部９Ｂの幅ｄ４を同じ程度にしている（ｄ３＝ｄ４）。そして、水平方向断面における転送電極６〜８及び接続配線９の積層体、垂直方向断面における転送電極６、８及び接続配線の積層体は、それぞれ軸心０に対して左右対称に形成される。
このような転送電極６〜８及び接続配線９の構成に基いて受光部２上に、低屈折率のクラッド層２６と高屈折率のコア層２７との中間に、コア層２７とは異なる屈折率を有する中間層４４を配置して成る導波路４５が構成される。中間層４４は、クラッド層２６およびコア層２７のいずれとも異なる屈折率であれば良い。コア層２７よりも屈折率が高い、もしくは、クラッド層２６の屈折率よりも大きくコア層２７の屈折率でも小さければ良い。クラッド層２６は、受光部２に対応する凹部の底面から上記積層構造の表面に倣って形成される。中間層４４は、このクラッド層２６の表面に倣うように、クラッド層２６と概同等の表面形状を有して形成される。導波路４５では、クラッド層２６中間層４４との界面と、中間層４４とコア層２７との界面の２つの屈折率が異なる界面を有する。中間層４４は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）などで形成される。
この導波路４５は、第１実施の形態と同様に、撮像面の水平方向と垂直方向で、同じ高さ位置でのコア幅がことなり、界面の傾斜角も異なる断面構造を有して構成される。導波路４５では、水平方向及び垂直方向で非対称性の高い２つの界面が形成される。
その他の構成は、図示しない構成も含めて図１〜図３と同様であるので、詳細説明を省略する。
第３実施の形態に係る固体撮像装置４１によれば、導波路４５に入射された光は、コア層と中間層との界面での反射と、中間層とクラッド層との界面での反射とが生じる。導波路４５の断面構造が撮像面の水平方向と垂直方向で異なることに加えて、界面反射が増えることから、より界面反射に伴う光の位相が揃いにくくなり、分光リップルを更に抑制することができる。従って、撮像特性の更なる向上を図ることが出来る。
＜固体撮像装置の製造方法の例＞
図１３〜図１４に、第３実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法、特に導波路の製法を示す。各工程図において、左側の図は撮像面の水平方向の断面構造、右側の図は撮像面の垂直方向の断面構造を示す。
先ず、図１３Ａに示すように、半導体基板１１上に、ゲート絶縁膜５を介して１層目ポリシリコン膜による転送電極６，７及び８を形成する。この転送電極６〜８上に絶縁膜１７を介して、延長部９Ａが転送電極７に接続した２層目ポリシリコン膜による接続配線９［９Ａ，９Ｂ］を形成する。半導体基板１１には、一部図示しないが、受光部２となるフォトダイオード（ＰＤ）、転送チャネル領域４、ｐ＋チャネルストップ領域１５等が形成されている。
接続配線９の延長部９Ａは、転送電極６〜８の電極幅より狭く、かつ軸心０に対して左右対称に形成する。垂直方向に隣り合う受光部２間の接続配線９の帯状部９Ｂは、転送電極６，８の電極幅と同等の幅を有し、かつ軸心０に対して左右対称に形成する。
次いで、受光部２を除いて、絶縁膜１７を介して転送電極６〜８及び接続配線９被覆するように、例えばＡｌなどによる遮光膜１８を形成する。遮光膜１８は、断面形状が水平方向及び垂直方向のそれぞれにおいて、軸心０に対して左右対称に形成される。
次に、図１３に示すように、受光部２上の凹部内から転送電極６〜８、接続配線９及び遮光膜１８による積層構造の表面に倣うように、低屈折率材によるクラッド層２６を成膜する。低屈折率材（クラッド材）としては、例えばシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜を用いることができる。このシリコン酸化膜として、前述と同様に、例えば熱ＣＶＤ法によるＮＳＧ膜、ＢＰＳＧ膜、ＰＳＧ膜や、プラズマＣＶＤ法によるプラズマ・シリコン酸化膜、等を用いることができる。
次に、必要であれば、図１３Ｃに示すように、クラッド層２６を整形する。この整形は、例えばドライエッチング、熱処理等により行うことができる。これにより、クラッド層２６の形状がコントロールされ、撮像面の水平方向では、受光部に対応する面に所要の膜厚のクラッド層２６が残ると共に、滑らかな傾斜面（曲面を含む）が形成される。同様に、撮像面の水平方向では、受光部２に対応する面に所要の膜厚のクラッド層２６が残ると共に、垂直面が形成される。
次に、図１４Ｄに示すように、クラッド層２６上にクラッド層より屈折率が大きい材料による中間層４４を成膜する。中間層４４は、クラッド層４４の表面形状と概同等の形状を有して形成する。この中間層４４となる屈折率材（中間材）としては、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）、酸化シリコン（ＳｉＯ２）を用いることができる。
次に、図１４Ｅに示すように、中間層４４上を覆って受光部２上の凹部内に埋め込むように、全面に高屈折率材のコア層２７を形成する。コア層２６の屈折率は、クラッド層２６の屈折率より高ければ、中間層４４の屈折率より高くても低くても良い。このようなコア層となる屈折率材（コア材）としては、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いることができる。コア層２７の表面は平坦化する。このクラッド層２６、中間層４４及びコア層２７により３層構造の導波路４５を形成する。
これ以後は、図示しないが、通常のようにパシベーション層、平坦化層、オンチップカラーフィルタ及びオンチップマイクロレンズを形成して、目的の固体撮像装置４３を得る。
＜４．第４の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１５に、本発明に係る固体撮像装置としてＣＣＤ固体撮像装置に適用した第４実施の形態を示す。図１５は、固体撮像装置の撮像領域の要部、特に受光部及び導波路部分の断面構造を示し、左側の図は撮像面の水平方向の断面構造、右側の図は撮像面の垂直方向の断面を示す。
本実施の形態に係る固体撮像装置４７は、受光部２上に多層構造の導波路４８を形成して構成される。この多層構造の導波路４８は、低屈折率のクラッド層２６と高屈折率のコア層２７との間に、コア層２７の高屈折率とはそれぞれ異なる屈折率材の中間層４４を多層に配置して構成される。本例では中間層４４として、２層の中間層４４１，４４２を有する。中間層４４１及び４４２は、クラッド層２６の表面に倣うように、クラッド層と概同等の表面形状を有して形成する。中間層４４１，４４２は、クラッド層２６の屈折率よりも高い屈折率を有する。コア層２７と中間層４４１，４４２との屈折率の大小関係は、高くても低くても良い。中間層４４１および中間層４４２の屈折率材としては、窒素、酸素、炭素の組成比を変化させた窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化酸化シリコン（ＳｉＯＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）を用いることができる。
転送電極６〜８及び接続配線９の構成は、前述の第３実施の形態と同様である。この転送電極及び接続配線の構成に基いて受光部２上には、断面構造が撮像面の水平方向と垂直方向で異なる多層構造の導波路４８が形成される。すなわち、撮像面の水平方向と垂直方向の導波路断面において、同じ高さ位置でコア幅が異なり、各界面の傾斜角が異なる、導波路４８が構成される。
その他の構成は、図示しない構成も含めて図１〜図３と同様であるので、対応する部分には同一不行を付して詳細説明を省略する。
第４実施の形態に係る固体撮像装置４７によれば、導波路４８に入射された光は、コア層２７と中間層４４１、４４２クラッド層２６との相互の各界面での反射が生じる。導波路４８の断面構造が撮像面の水平方向と垂直方向で異なることに加えて、界面反射が増えることから、更に界面反射に伴う光の位相が揃いにくくなり、分光リップルを更に抑制することができる。従って、撮像特性の更なる向上を図ることが出来る。
第４実施の形態に係る固体撮像装置４７によれば、導波路４８に入射された光は、コア層２７と中間層４４１、４４２クラッド層２６との相互の各界面での反射が生じる。導波路４８の断面構造が撮像面の水平方向と垂直方向で異なることに加えて、界面反射が増えることから、更に界面反射に伴い、光の位相のズレが生じて位相がより揃いにくくなり、分光リップルを更に抑制することができる。従って、撮像特性の更なる向上を図ることが出来る。
＜５．第５の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１６〜図１７に、本発明に係る固体撮像装置としてＣＣＤ固体撮像装置に適用した第５実施の形態を示す。図１６はＣＣＤ固体撮像装置の撮像領域の要部の平面図、図１７は図１６のＡ−Ａ線上及びＢ−Ｂ線上の断面構造、特に受光部及び導波路部分の断面構造を示す。図１７では、左側の図がＡ−Ａ線上の断面構造、右側の図がＢ−Ｂ線上の断面構造である。
本実施の形態に係る固体撮像装置５０は、受光部２を上面から見て正方形（縦横の開口幅ｗ５＝ｗ５）に形成して構成される。転送電極６〜８、接続配線９［９Ａ，９Ｂ］、導波路２８の構成、転送チャネル領域４、ｐ＋チャネルストップ領域５を含む、その他の構成は、第１実施の形態の図１〜図３で説明したと同様であるので、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。
第５実施の形態に係る固体撮像装置５０によれば、受光部２が上面から見て正方形であっても、受光部２上の導波路２８の断面構造が撮像面の水平方向（Ａ−Ａ断面）及び垂直方向（Ｂ−Ｂ断面）で異なって形成される。このため、第１実施の形態で説明したと同様に、導波路２８において、全反射に伴う光の位相が揃いにくくなり、定在波が立ちにくく、分光リップルの発生が抑制される。従って、固体撮像装置の撮像特性を向上させることができる。
＜６．第６の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
第６実施の形態に係る固体撮像装置は、図示しないが、受光部２の構成を、図１６に示すと同様に上面から見て正方形に形成する。受光部２を正方形とした構成において、導波路構成を、第２実施の形態の転送電極及び接続配線の積層構造に基く導波路２８、第３実施の形態、第４実施の形態の多層構造の導波路４５，４８を取り入れた構成とすることもできる。
第６実施の形態に係る固体撮像装置においても、前述の実施の形態と同様に、導波路における定在波の発生が抑制され、分光リップルの発生が抑制されて、撮像特性の向上を図ることができる。
上述の第１、第３、第４及び第５の実施の形態では、垂直転送レジスタ部３上の接続配線９の延長部９Ａの幅を下層の転送電極６〜８の幅より狭くし、垂直方向の受光部間上の接続配線９の帯状部９Ｂの幅と下層の転送電極６，８の幅を同程度にして構成した。その他、垂直転送レジスタ部３上の接続配線９の延長部９Ａの幅と下層の転送電極６〜８の幅を同程度にし、垂直方向の受光部間上の接続配線９の帯状部９Ｂの幅を下層の転送電極６，８の幅より狭くする構成とすることもできる。
＜７．第７の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１８に、本発明に係る固体撮像装置としてＣＣＤ固体撮像装置に適用した第７実施の形態を示す。同図は、撮像領域の水平方向の要部を示し、左側の図は撮像領域の周辺側の導波路の断面構造、右側の図は撮像領域の中央部の導波路の断面構造を示す。
本実施の形態に係る固体撮像装置５２は、各受光部２上の導波路２８において、撮像面に水平方向と垂直方向の断面構造が上述したように互いに異なる構成を有する。その上で、本実施の形態では、撮像領域の周辺側の受光部上２の導波路２８を左側の図に示すように、コア層２７とクラッド層２６の界面が撮像領域中央側に大きく傾斜した構成とする。撮像領域の中央部の受光部上２の導波路２８は、右側の図に示すように、コア層２７とクラッド層２６の界面の傾斜を左右対称となるように構成される。導波路２８の撮像領域の垂直方向の断面構造にたいしても、図示しないが、同様に周辺側と中央部で異ならす。
その他の構成は、第１実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。
第７実施の形態に係る固体撮像装置５２によれば、撮像領域の中央部では導波路２８通して受光部２に垂直に光Ｌａが入射される。周辺側では導波路２８が斜めに向かうように構成されるので、斜め光Ｌｂの集光効率を上げ、シェーディング特性を改善することができる。その他、第１実施の形態で説明したと同様に、導波路における分光リップルの発生を抑制し、撮像特性を向上することができる。
＜８．第８の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図１９〜図２１に、本発明に係る固体撮像装置としてＣＣＤ固体撮像装置に適用した第８実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置５４は、図１９に示すように、受光部２を上面から見て長方形とし、転送電極６〜８及び接続配線９の積層構造を垂直転送レジスタ部３上、垂直方向に隣り合う受光部２間共に、同じにして構成される。すなわち、例えば図２０に示すように、垂直転送レジスタ部３上の転送電極６〜８と接続配線９の延長部９Ａとの幅を同じに形成され、垂直方向の受光２間上の転送電極６，８とその上の接続配線９の帯状部９Ｂとの幅を同じに形成される。または、図２１に示すように、垂直転送レジスタ部３上では接続配線９の延長部９Ａとの幅を転送電極６〜８の幅より狭くし、垂直方向の受光２間上では同じく接続配線９の帯状部９Ｂとの幅を転送電極６，８の幅より狭く形成される。
その他の構成は第１実施の形態と同様であるので、重複説明を省略する。
第８実施の形態に係る固体撮像装置５４によれば、受光部２が長方形であるので、受光部２上の導波路においては、断面構造で見ると撮像面の水平方向のコア幅と、垂直方向のコア幅がことなる。水平方向と垂直方向のコア幅が異なることで、全反射に伴う光の位相が揃いにくくなり、定在波が立ちにくくなる。従って、分光リップルの発生が抑制され、撮像特性を向上することができる。
＜９．第９の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２２に、本発明に係る固体撮像装置としてＣＣＤ固体撮像装置に適用した第９実施の形態を示す。本実施の形態に係る固体撮像装置５６は、導波路２８のクラッド層２６が凹部周囲の積層構造の表面に倣うように成膜されるも、図２で示すように、わずかに段差を有する形状でなく、滑らかな傾斜を有するように形成される。このクラッド層２６とコア層２７により導波路２８が構成される。その他の構成は、前述の図２及び図３と同様であるので、詳細説明は省略する。図２２において図２と対応する部分には同一符号を付して示す。
第９実施の形態に係る固体撮像装置５６によれば、基本的な構成は第１実施の形態と同様であるので、第１実施の形態で説明したと同様の効果を奏する。
＜１０．第１０実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
第１０実施の形態に係るＣＣＤ固体撮像装置は、図示しないが、垂直転送レジスタ部の転送電極を２層ポリシリコン膜で形成し、受光部上に上述した本発明の導波路を形成して構成される。２層ポリシリコン膜により転送電極を形成するときは、接続配線は不要となる。
第１０実施の形態に係る固体撮像装置においても、前述と同様に受光部上の導波路が撮像面の水平方向と垂直方向で断面構造を異にして構成されるので、全反射に伴う光の位相が揃いにくくなり、定在波が立ちにくくなる。従って、分光リップルの発生が抑制され、撮像特性を向上することができる。
＜１１．第１１の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
図２３、図２４、図２５に、本発明に係る固体撮像装置としてＣＣＤ固体撮像装置に適用した第１１実施の形態を示す。第１１実施の形態は、遮光膜と接続配線とを兼用した構造を有して構成される。各図２３、図２４及び図２５はそれおれ変形例を示す。
図２３に示す固体撮像装置５８は、島上に独立した転送電極７に接続される接続配線９が、受光部２を除く転送電極６、７及び８を覆う遮光膜５９を兼ねて構成される。遮光部膜５９は、上面から見て受光部２を囲むように格子状をなすも、垂直方向に隣り合う受光部２間に水平に延びる部分では、中央に分離溝６０が形成され、接続配線９として各水平ラインごとに分離されるように形成される。また、導波路２８の高さは、層間絶縁膜１７の膜厚を調整することにより、水平方向断面と垂直方向断面で異なるように構成することができる。本例では、垂直方向断面の導波路高さが、水平方向断面の導波路高さより高くなっている。この構成においは、撮像面の水平方向の遮光膜５９の開口幅ｗ３と、垂直方向の遮光膜５９の開口幅ｗ４が異なるように構成される。そして、この接続配線９を兼ねる遮光膜５９を含む周囲の積層構造の表面に倣ってクラッド層２６が成膜される。このクラッド層２６とコア層２７により導波路２８が構成される。その他の構成は、第１実施の形態で説明したと同様であるので詳細説明は省略する。
図２３の本実施の形態に係る固体撮像装置５８によれば、撮像面の水平方向と垂直方向における遮光膜５９の開口幅ｗ３とｗ４が異なって構成されている。この構成により、水平方向及び垂直方向の断面で見たとき、シリコン基板表面から同じ高さでのコア幅ｗ１、ｗ２が異なり、前述と同様に、全反射に伴う光の位相が揃いにくくなり、定在波が立ちにくくなる。また、導波路２８の高さが、水平方向断面と垂直方向断面で異なることにより、３次元的に、ある高さでコア幅の対象性が崩れ、定在波が立ちにくくなる。従って、分光リップルの発生が抑制され、撮像特性が向上する。
図２４に示す固体撮像装置６１は、撮像面の水平方向又は垂直方向のいずれかの断面構造での転送電極に対応して、接続配線９を兼ねる遮光膜５９上に遮光膜幅より狭く、かつ所要の幅及び高さのダミーパターン６２を形成して構成される。本例では、水平方向の断面構造での遮光膜５９上に、ダミーパターン６２が形成される。ダミーパターン６２としては、例えば絶縁膜で形成することができる。このダミーパターン６２を含む積層構造の表面に倣うようにクラッド層２６が成膜さ、クラッド層２６とコア層２７により導波路２８が形成される。本例では導波路２８の高さは、水平方向断面と垂直方向断面で同じにしている。その他の構成は、図２３の実施の形態で説明したと同様であるので、詳細説明を省略する。
図２４の本実施の形態に係る固体撮像装置６１によれば、ダミーパターン６２により、さらに、撮像面の水平方向断面及び垂直方向断面において、基板表面から同じ高さでのコア幅ｗ１、ｗ２の差が大きくなる。これにより、前述と同様に、全反射に伴う光の位相が揃いにくくなり、定在波が立ちにくくなり、分光リップルの発生が抑制され、撮像特性が向上する。
図２５に示す固体撮像装置６４は、遮光膜５９を兼ねる接続配線９と転送電極７とのコンタクト部１０における層間絶縁膜１７の幅Ｄと高さＨを、特にＡ部の幅Ｄと、Ｂ部の高さＨを変化させて構成される。そして、開口部周囲の積層構造の表面に倣うようにクラッド層２６を形成し、このクラッド層２６トコア層２７により導波路２８が形成される。本例では導波路２８の高さは、水平方向断面と垂直方向断面で同じにしている。その他の構成は、図２３の実施の形態で説明したと同様であるので、詳細説明を省略する。
図２５の本実施の形態に係る固体撮像装置６４においても、撮像面の水平方向断面及び垂直方向断面において、基板表面から同じ高さでのコア幅ｗ１、ｗ２が異なる。従って、前述と同様に、全反射に伴う光の位相が揃いにくくなり、定在波が立ちにくくなり、分光リップルの発生が抑制され、撮像特性が向上する。
＜１２．第１２の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成例］
第１１実施の形態に係る固体撮像装置は、図示しないが、ＣＭＯＳ固体撮像装置に適用した場合である。ＣＭＯＳ固体撮像装置は、受光部となる光電変換素子、すなわちフォトダイオードと複数の画素トランジスタからなる画素が、２次元配列されてなる。複数の画素が形成された半導体基板上には、層間絶縁膜を介して複数層の配線を形成した多層配線層が形成され、さらに平坦化膜を介してオンチップカラーフィルタ及びオンチップマイクロレンズが形成される。
そして、本実施の形態においては、受光上に対応する多層配線層の層間絶縁膜に凹部を形成し、ここに、前述した本発明に係る導波路が形成される。
第１２実施の形態に係るＣＭＯＳ固体撮像装置によれば、受光部上の導波路が撮像面の水平方向と垂直方向で断面構造を異にして構成されるので、前述の各実施の形態と同様に、全反射に伴う光の位相が揃いにくくなり、定在波が立ちにくくなる。従って、分光リップルの発生が抑制され、撮像特性を向上することができる。
上述したように、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置は、その導波路の構成に特徴を有する。導波路の構成を纏めると、次の通りである。
（１）．導波路の導波方向における同じ高さ位置において、撮像面の水平方向と垂直方向でコア幅を異ならす構成。
（２）．導波路の断面構造において、撮像面の水平方向と垂直方向でコア層とクラッド層の界面の傾斜角を異ならす構成。
（３）．上記（１）または（２）のいずれか一方の条件を有する導波路の構成。あるいは上記（１）及び（２）の双方の条件を有する導波路の構成。
本発明は、画素配列周期が撮像面の水平方向・垂直方向でない場合にも適用できる。すなわち、本発明は、画素配列方向の断面および画素配列方向と直交する方向の断面での導波路の形状が異なっている構成においても、適用できる。
＜１３．第１３の実施の形態＞
［電子機器の構成例］
本発明に係る固体撮像装置は、固体撮像装置を備えたカメラ、カメラ付き携帯機器、固体撮像装置を備えたその他の機器、等の電子機器に適用することができる。
図２６に、本発明の電子機器の一例としてカメラに適用した実施の形態を示す。本実施の形態に係るカメラ９６は、光学系（光学レンズ）９７と、固体撮像装置９８と、信号処理回路９９とを備えてなる。固体撮像装置９８は、上述した各実施の形態のいずれか１つの固体撮像装置が適用される。光学系９７は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置９８の光電変換素子において一定期間信号電荷が蓄積される。信号処理回路９９は、固体撮像装置９８の出力信号に対して種々の信号処理を施して出力する。本実施の形態のカメラ９６は、光学系９７、固体撮像装置９８、信号処理回路９９がモジュール化したカメラモジュールの形態を含む。
本発明は、図２６のカメラ、あるいはカメラモジュールを備えた例えば携帯電話に代表されるカメラ付き携帯機器などを構成することができる。
さらに、図２６の構成は、光学系９７、固体撮像装置９８、信号処理回路９９がモジュール化した撮像機能を有するモジュール、いわゆる撮像機能モジュールとして構成することができる。本発明は、このような撮像機能モジュールを備えた電子機器を構成することができる。
本実施の形態に係る電子機器によれば、固体撮像装置における撮像特性が向上し、高画質が得られ、高品質の電子機器を提供することができる。
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概略平面図である。 図１のＡ−Ａ線上の断面図である。 図１のＢ−Ｂ線上の断面図である。 第１実施の形態の説明に供する導波路の平面図である。 Ａ〜Ｅ 第１実施の形態の固体撮像装置の分光特性の測定用の試料である。 第１実施の形態の固体撮像装置の分光特性図である。 第１実施の形態の固体撮像装置のコア層の屈折率に対する感度特性図である。 Ａ〜Ｂ 第１実施の形態の固体撮像装置の製造工程図（その１）である。 Ｃ〜Ｄ 第１実施の形態の固体撮像装置の製造工程図（その２）である。 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概略断面図である。 Ａ〜Ｂ 第２実施の形態の固体撮像装置の製造工程図である。 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概略断面図である。 Ａ〜Ｃ 第３実施の形態の固体撮像装置の製造工程図（その１）である。 Ｄ〜Ｅ 第３実施の形態の固体撮像装置の製造工程図（その２）である。 本発明に係る固体撮像装置の第４実施の形態を示す要部の概略断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態を示す要部の概略平面図である。 本発明に係る固体撮像装置の第５実施の形態を示す要部の概略断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の第７実施の形態を示す要部の概略断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の第８実施の形態を示す要部の概略平面図である。 本発明に係る固体撮像装置の第８実施の形態を示す要部の概略断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の第８実施の形態の他例を示す要部の概略断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の第９実施の形態を示す要部の概略断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の第１１実施の形態（一の変形例）を示す要部の概略断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の第１１実施の形態（他の変形例）を示す要部の概略断面図である。 本発明に係る固体撮像装置の第１１実施の形態（さらに他の変形例）を示す要部の概略断面図である。 本発明に係る電子機器の実施の形態を示すが及び略構成図である。 従来の固体撮像装置に係る要部の概略平面図である。 図２３のＡ−Ａ線上の断面図である。 図２３のＢ−Ｂ線上の断面図である。 固体撮像装置の電極構造の一例を示す断面図である。 固体撮像装置の電極構造の他の例を示す断面図である。 Ａ〜Ｃ 従来の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図（その１）である。 Ｄ〜Ｄ 従来の固体撮像装置の製造方法を示す製造工程図（その２）である。 Ａ，Ｂ 従来の導波路において定在波の発生要因の説明図である。 従来例の説明に供する導波路の平面図である。 Ａ〜Ｅ 従来の固体撮像装置の分光特性の測定用の試料である。 従来の固体撮像装置の分光特性図である。
符号の説明
１・・固体撮像装置、２・・受光部、３・・垂直転送レジスタ部、４・・転送チャネル領域、６〜８・・転送電極、９［９Ａ，９Ｂ］・・接続配線、１０・・コンタクト部、２６・・クラッド層、２７・・コア層、２８・・導波路

Claims (17)

  1. 画素となる受光部と、
    前記受光部に対応する位置に形成されたコア層とクラッド層からなる導波路を有し、
    前記導波路の断面構造が、撮像面の水平方向と垂直方向で異なっており、前記水平方向および前記垂直方向の少なくとも一方における前記コア層と前記クラッド層との界面が曲面で構成されている
    固体撮像装置。
  2. 前記導波路におけるコア層の幅が、基板面より同じ高さ位置において、撮像面の水平方向と垂直方向とで異なっている
    請求項１記載の固体撮像装置。
  3. 前記導波路におけるコア層とクラッド層との界面の導波方向の傾斜角が、撮像面の水平方向と垂直方向とで異なっている
    請求項１又は２記載の固体撮像装置。
  4. 前記水平方向及び垂直方向のいずれか一方または双方における前記界面の導波方向の傾斜角が、導波方向の軸心に対して対称または非対称である
    請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置。
  5. 前記受光部の列に対応する垂直転送レジスタ部と、
    前記垂直転送レジスタ部における１層目ポリシリコンからなる転送電極と、
    前記転送電極のうちの所要の転送電極に接続される２層目ポリシリコンからなる接続配線と、
    ２層に積層され垂直方向の画素間に延長された前記所要以外の転送電極及び前記接続配線を有し、
    前記垂直転送レジスタ部における前記転送電極及び前記接続配線を含む断面構造が、前記垂直方向の画素間における前記転送電極及び前記接続配線を含む断面構造と異なっている
    請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置。
  6. 前記垂直方向の画素間に延長された前記所要以外の転送電極及び接続配線は同じ幅で形成され、
    前記垂直転送レジスタ部における前記接続配線は下層の前記転送電極より小さい幅で形成されている
    請求項５に記載の固体撮像装置。
  7. 前記コア層とクラッド層の間に、前記コア層とは屈折率を異にした中間層が形成されている
    請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像装置。
  8. 受光部に対応する部分の開口断面形状が撮像面の水平方向と垂直方向で異なるように形成した積層構造に対して、該積層構造に倣うようにクラッド層を成膜する工程と、
    前記水平方向および前記垂直方向の少なくとも一方における前記クラッド層の表面を曲面に整形する工程と、
    前記受光部に対応する開口部にコア層を埋め込む工程と
    を有する固体撮像装置の製造方法。
  9. 前記整形する工程は、前記クラッド層の熱処理またはエッチング処理により行う
    請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
  10. 垂直転送レジスタ部における１層目ポリシリコンからなる転送電極及び所要の転送電極に接続する２層目ポリシリコンからなる上層の接続配線と、前記所要以外の転送電極及び前記接続配線から垂直方向の画素間に延長され断面構造が前記垂直転送レジスタ部の転送電極及び前記接続配線を含む断面構造と異なる転送電極及び上層の接続配線を形成して、前記積層構造を形成する工程
    を有する請求項８又は９記載の固体撮像装置の製造方法。
  11. 前記垂直方向の画素間に延長する前記所要以外の転送電極及び接続配線を同じ幅で形成し、
    前記垂直転送レジスタ部における前記接続配線を下層の前記転送電極の幅より小さい幅で形成する
    請求項１０記載の固体撮像装置の製造方法。
  12. 前記垂直転送レジスタ部における転送電極及び接続配線を含む断面構造及び／又は前記垂直方向の画素間における転送電極及び接続配線を含む断面構造のいずれか一方または双方を、軸心に対して非対称に形成する
    請求項１０又は１１に記載の固体撮像装置の製造方法。
  13. 前記コア層と前記クラッド層との間に、前記コア層とは屈折率を異にした中間層を形成する工程を有する
    請求項８乃至１２のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
  14. 固体撮像装置と、
    前記固体撮像装置の光電変換素子に入射光を導く光学系と、
    前記固体撮像装置の出力信号を処理する信号処理回路を備え、
    前記固体撮像装置は、
    画素となる受光部と、
    前記受光部に対応する位置に形成されたコア層とクラッド層からなる導波路を有し、
    前記導波路の断面構造が、撮像面の水平方向と垂直方向で異なっており、前記水平方向および前記垂直方向の少なくとも一方における前記コア層と前記クラッド層との界面が曲面で構成されている
    電子機器。
  15. 前記固体撮像装置において、
    前記導波路におけるコア層の幅が、基板面より同じ高さ位置において撮像面の水平方向と垂直方向とで異なっている
    請求項１４記載の電子機器。
  16. 前記固体撮像装置において、
    前記導波路におけるコア層とクラッド層との界面の導波方向の傾斜角が、撮像面の水平方向と垂直方向とで異なっている
    請求項１４又は１５記載の電子機器。
  17. 前記固体撮像装置において、
    前記水平方向及び垂直方向のいずれか一方または双方における前記界面の導波方向の傾斜角が、導波方向の軸心に対して対称または非対称である
    請求項１４乃至１６のいずれかに記載の電子機器。
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