JP2012114155A - 固体撮像装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】混色による画質の劣化を抑制する固体撮像装置を提供する。
【解決手段】半導体基板１０と、半導体基板１０に行列状に形成された複数の光電変換部１１と、半導体基板１０の上に形成された第１の屈折率の層間絶縁膜２０と、複数の光電変換部それぞれの上であって、層間絶縁膜２０に形成された複数の穴部２３と、各穴部２３内と、層間絶縁膜２０よりも上方とに形成された第２の屈折率の複数の光導波路３０と、複数の光導波路３０の上に形成された第３の屈折率の平坦化膜４０とを備え、前記第２の屈折率は前記第１の屈折率および第３の屈折率よりも大きいことを特徴とする固体撮像装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、光導波路を備えた固体撮像装置とその製造方法に関する。

この種の固体撮像装置は、デジタルカメラや携帯電話機等に用いられている。同装置の一般的な構成の一例について説明する。図１２は、特許文献１の固体撮像装置１１００の構成を示す部分断面図である。図１２に示すように、特許文献１の固体撮像装置１１００では、半導体基板（不図示）上に、シリコン酸化膜、ポリシリコン、および膜質の異なる三層のシリコンナイトライド層からなる受光部１ａと受光部１ａを覆うシリコン酸化膜１ｂとを有するセンサ部１が形成されている。センサ部１上には、酸化シリコン膜および窒化シリコン膜の積層体等からなる層間絶縁膜３が形成されており、この層間絶縁膜３内には、銅配線などからなる複数の配線層２（配線層２ａ、配線層２ｂ、および配線層２ｃ）が埋め込まれている。そして、配線層２ａと受光部１ａとがコンタクトプラグＶ１により、配線層２ａと配線層２ｂとがコンタクトプラグＶ２により、配線層２ｂと配線層２ｃとがコンタクトプラグＶ３により、それぞれ電気的に接続されている。

一方、層間絶縁膜３上には、保護膜４が形成されており、保護膜４上には、層間絶縁膜３を構成する材料の屈折率よりも高い屈折率のＴｉＯ分散型ポリイミド部５が形成されている。このＴｉＯ分散型ポリイミド部５は、一部が受光部１ａ方向に向かって伸びた構成となっている（以下、保護膜４の表面領域から受光部１ａ方向に向かって伸びた部分５ａを「光導波路」と記す。）。

さらに、ＴｉＯ分散型ポリイミド５上に、アクリル系熱硬化樹脂７を介して、カラーフィルタ８が形成され、カラーフィルタ８上にオンチップレンズ９が形成されている。

特開２００６−２２２２７０号公報

ところで、上記固体撮像装置１１００では、光導波路５ａの上方にオンチップレンズ９が形成されているため、このレンズ９に入射した光は、基本的には、光導波路５ａ内に集光され、当該光導波路５ａを通って受光部１ａに到達することになる。ただし、全ての光が光導波路５ａ内に集光されるわけではなく、一部の光は、光導波路５ａ内に入射せず、当該光導波路５ａからずれた領域（すなわち、保護膜４上面。）に向かう。そのとき、例えば保護膜４上面に対して斜めに入射した光が、隣り合う光導波路に混ざりこむ恐れがある（所謂、混色。）。保護膜４上には、ＴｉＯ分散型ポリイミド部５が存在するため、保護膜４上面に向けて斜めに入射した光が、保護膜４とアクリル系熱硬化樹脂７またはカラーフィルタ８底面との間を多重反射し、隣り合う光導波路の方向へ向かうためである。

そうすると、隣り合う光導波路に対応する受光部に到達する光量が、混ざりこんだ光の分だけ増加するため、正確に色を再現することが困難になり、画質の劣化を招いてしまう。

本発明は、上記課題を解決するもので、混色による画質の劣化を抑制する固体撮像装置を提供するものである。

上記課題を解決するために、本発明の一態様である固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板に行列状に形成された複数の光電変換部と、前記半導体基板の上に形成された第１の屈折率の層間絶縁膜と、前記複数の光電変換部それぞれの上であって、前記層間絶縁膜に形成された複数の穴部と、各穴部内と、前記層間絶縁膜よりも上方とに形成された第２の屈折率の複数の光導波路と、前記複数の光導波路の上に形成された第３の屈折率の平坦化膜とを備え、前記第２の屈折率は前記第１の屈折率および第３の屈折率よりも大きいことを特徴とする。

ここで、複数の光導波路の各々は、実質的に独立している。複数の光導波路の各々が実質的に独立しているとは、一の光導波路に入射した光が当該光導波路から隣り合う光導波路に伝播するための光路が、存在しないことである。したがって、図１，８に示すように、隣り合う光導波路３０の間が平坦化膜４０により埋められている場合はもちろん、光が伝播しない限りにおいて、図４，６，１０，１１に示すように、隣り合う光導波路３０の間に、第２の屈折率を有する材料からなる膜の一部（膜３０ｂの部分３３、配線保護膜９０）が存在し、当該膜の一部が両光導波路を繋いでいる場合も含む。

なお、本明細書では、光導波路は、光の通路となる、所謂コア部のみを指している。

本発明の一態様に係る固体撮像装置には、層間絶縁膜の各穴部を埋め、かつ、当該層間絶縁膜よりも上方に形成された複数の光導波路が存在し、これら複数の光導波路の上に平坦化膜が形成されている。したがって、一の光導波路に入射した光が、穴部内に向かわずに、隣り合う光導波路の方向へ向かったとしても、これら光導波路間に存在する平坦化膜で反射し、当該穴部内に集光されることになる。

よって、隣り合う光導波路に対応する光電変換部に混ざりこむ光量を低減することができるので、画質の劣化を抑制することができる。
ここで、本発明の別の態様として、前記層間絶縁膜は、その内部に配線層を含み、前記複数の光導波路は前記複数の光電変換部に亘って連続的に形成されているとしてもよい。

この態様では、層間絶縁膜の表面全体が、前記第１および前記第３の屈折率より高い屈折率を有する材料により覆われることになる。これにより、層間絶縁膜に浸透する水分を抑制することができるので、層間絶縁膜内に存在する配線層の劣化を抑制することができる。

また、本発明の別の態様として、前記複数の光導波路における、前記層間絶縁膜よりも上方に形成された部分が、レンズ形状であるとしてもよい。
この態様では、光導波路自体にレンズと同様の集光能力を持たせることができる。

実施の形態１の固体撮像装置１００の構成を示す部分断面図である。 固体撮像装置１００の製造工程の一部分を示す図である。 固体撮像装置１００の製造工程のうち図２で示す部分に後続する部分を示す図である。 実施の形態２の固体撮像装置２００の構成を示す部分断面図である。 固体撮像装置２００の製造工程を示す図である。 変形例２−１の固体撮像装置２０１の構成を示す部分断面図である。 固体撮像装置２０１の製造工程を示す図である。 実施の形態３の固体撮像装置３００の構成を示す部分断面図である。 固体撮像装置３００の製造工程を示す図である。 固体撮像装置４００の構成を示す部分断面図である。 固体撮像装置５００の構成を示す部分断面図である。 特許文献１の固体撮像装置１１００の構成を示す部分断面図である。

＜実施の形態１＞
１−１．固体撮像装置の構成
−構成概略−
図１は、実施の形態１の固体撮像装置１００の構成を示す部分断面図である。固体撮像装置１００は、図１に示すように、半導体基板１０と、半導体基板１０に行列状に形成された複数の光電変換部１１と、半導体基板１０上に形成された層間絶縁膜２０と、層間絶縁膜２０上にセル８０毎に形成された光導波路３０と、光導波路３０および層間絶縁膜２０における、当該光導波路３０が形成されていない領域上に形成された平坦化膜４０と、平坦化膜４０上に形成され、有機材料に顔料が分散されてなるカラーフィルタ５０と、カラーフィルタ５０上に形成され、入射光を光電変換部１１に集光するマイクロレンズ６０とを備えている。

−各部構成−
以下、固体撮像装置１００の構成について詳細に説明する。
層間絶縁膜２０は、複数の膜が積層された積層体であり、各膜は後述する光導波路３０を構成する材料の屈折率より低い屈折率（以下、「第１の屈折率」とも記す。）の材料からなる。材料としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、および炭化シリコン等が挙げられる。層間絶縁膜２０は、表面領域において、光電変換部１１の上方に当たる部分２３が窪んでいる（以下、窪んでいる部分を「穴部」と記し、穴部２３とは反対に、山状になっている部分２４を「突出部」とも記す。）。一方、内部領域には、複数の配線層２１（配線層２１ａおよび配線層２１ｂ）が形成されており、これら配線層２１は、層間絶縁膜２０における、隣り合う光電変換部１１の間の上方に当たる部分（すなわち、突出部２４内）に位置している。光電変換部１１への光の入射を妨げないためである。

光導波路３０は、透光性を有し、層間絶縁膜２０および後述する平坦化膜４０を構成する材料の屈折率より高い屈折率（以下、「第２の屈折率」とも記す。）の材料からなる。材料としては、例えば、ＴｉＯ分散ポリイミド等のＴｉＯを含む有機材料、または窒化シリコン等が挙げられる。光導波路３０は、層間絶縁膜２０の穴部２３内、および層間絶縁膜２０の上方に形成され、光導波路３０における、層間絶縁膜２０よりも上方に形成された部分（すなわち穴部２３からはみ出した部分）が、台錐形状になっている。また、ここでは、光導波路３０の一部が、突出部２４の端部上面に乗り上げた状態となっている。ただし、隣り合う光導波路３０同士は、層間絶縁膜２０の突出部２４上で接しておらず、互いに離れた位置に存在している。すなわち、光導波路３０の各々が独立した状態にある。

平坦化膜４０は、層間絶縁膜２０と光導波路３０との表面段差を平坦に調整するために設けられ、光導波路３０を構成する材料の屈折率より低い屈折率（以下、「第３の屈折率」とも記す。）の材料からなる。材料としては、例えば、アクリル系熱硬化樹脂等が挙げられる。平坦化膜４０は、一部が隣り合う光導波路３０の間を埋めており、これにより、隣り合う光導波路３０が隔てられている（以下、平坦化膜４０において、隣り合う光導波路３０の間を埋める部分４１を「隔壁部」と記す。）。

このような構成において、層間絶縁膜２０および平坦化膜４０がクラッド部として機能している。このように、本実施の形態の固体撮像装置１００では、クラッド部が層間絶縁膜２０だけでなく、平坦化膜４０を含んで構成されている。言い換えると、隣り合う光導波路３０の間を埋めている平坦化膜４０の隔壁部４１の厚みの分だけ、クラッド部が積層方向に伸び、その結果、光導波路３０も積層方向に伸びた構成となっている。

したがって、図１に示すように、マイクロレンズ６０から光導波路３０内に入射した後、層間絶縁膜２０の穴部２３内に向かわずに、突出部２４上面の方向に向かう光Ｌ１は、平坦化膜４０の隔壁部４１により反射され、当該穴部２３内へ向かうことになる。光導波路３０が積層方向に伸びた分だけ、隣り合う光導波路３０に向かう光量が低減されるので、混色を抑制することができる。

−層間絶縁膜２０、光導波路３０、および平坦化膜４０の位置関係−
光導波路３０は、上述のように、一部が突出部２４の端部上面に乗り上げた状態となっている。ここで、光導波路３０の乗り上げた部分の端部と突出部２４上面とがなす内角ａｎｇ１は、直角に近いほど好ましい。内角ａｎｇ１が直角に近いほど、光導波路３０上面の幅が広くなるため、光導波路３０の領域が増し、より多くの光を光導波路３０内に集光することができるためである。

また、１セル８０の幅ｗｉｄ１は、例えば１．４μｍであり、光導波路３０上面の幅ｗｉｄ２は、１．１〜１．２μｍである。隣り合う光導波路３０の間における、最も幅広になっている部分の幅ｗｉｄ３は、後述する光染み出し量より広い範囲内で狭い方が好ましく、例えば１９１〜３００ｎｍである。この幅が狭いほど、光導波路３０の領域が広くなり、より多くの光を光導波路３０内に集光することができるためである。

また、光導波路３０における、層間絶縁膜２０よりも上方に形成された部分の厚みｔｈ１は、厚い方が好ましく、例えば２００〜４００ｎｍである。逆に、平坦化膜４０における、光導波路３０の上面に位置する部分の膜厚ｔｈ２は、薄い方が好ましく、例えば１００ｎｍである。光導波路３０がマイクロレンズ６０に近づくことにより、当該レンズ６０から隣り合う光導波路３０に向かう光を減少させ、より一層混色を抑制することができるからである。

−光染み出し量−
光が光導波路３０内を伝播する際、当該光導波路３０の外側に染み出す。光導波路３０を伝播する光の染み出し量は、以下の数式１により導出される。

Ｗｐ＝λ／（π・（Ｎｆ^２−Ｎｓ^２）^０．５）・・・（数式１）
ここで、Ｗｐは光染み出し量、λは真空中の光の波長、Ｎｆは光導波路３０の屈折率、Ｎｓはクラッド部である平坦化膜４０の屈折率である。光導波路３０を構成する材料が、例えば窒化シリコンである場合、Ｎｆは１．９であり、平坦化膜４０を構成する材料が、例えば芳香族系高分子やアクリル酸系樹脂である場合、Ｎｓは１．５である。そうすると、波長４００ｎｍの光の染み出し量は、およそ１０９ｎｍとなり、波長７００ｎｍの光の染み出し量は、およそ１９１ｎｍとなる。したがって、隣り合う光導波路３０の間の距離ｗｉｄ３を１９１ｎｍより大きく設定することで、一の光導波路３０内の光が、隣り合う光導波路３０内まで染み出すことなく、当該一の光導波路３０内を進行することになる。よって、より一層混色を抑制することができる。
１−２．固体撮像装置の製造方法
続いて、固体撮像装置１００の製造方法について説明する。図２、３は、製造方法における各工程での固体撮像装置１００の構成を示す断面図である。

まず、半導体基板１０内に複数の光電変換部１１を行列状に形成する。次に、半導体基板１０上に、第１屈折率材料膜として、複数の膜の積層体からなる積層体膜２０ａをＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などにより形成する。この際、ダマシン法により、積層体膜２０ａ内に複数の配線層２１を併せて形成する。より詳細には、まず、積層体膜２０ａを構成する積層体の１層中に、配線を形成するための溝をエッチングにより形成する。そして、溝の底面及び側面にシード層となるバリアメタル膜を形成する。その後、溝内部のバリアメタル膜上に電解めっきにより銅を堆積し、溝の外部に堆積した導電材料をＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）により除去する。この工程を各配線層について行うことで、図２（ａ）に示すように、積層体膜２０ａに埋め込まれた複数の配線層を形成することができる。

次に、図２（ｂ）に示すように、例えば、リソグラフィ工程により、積層体膜２０ａにおける、光電変換部１１の上方に当たる部分を開口するためのレジストパターン５０１を形成する。その後、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）などで積層体膜２０ａをエッチングすることにより穴部２３を形成することで、積層体膜２０ａの表面領域に段差を形成する。これにより、図２（ｃ）に示すように、表面領域において、光電変換部１１の上方に当たる部分が窪んだ層間絶縁膜２０を形成することができる。このエッチングで形成される穴部の深さ２３ａは、例えば４００ｎｍ〜６００ｎｍ程度とする。

次に、図２（ｄ）に示すように、層間絶縁膜２０上に、第２屈折率材料膜（第１の透明膜）として、当該層間絶縁膜２０を構成する材料の屈折率より高い屈折率の材料からなる光導波路材料膜３０ａを形成する。この光導波路材料膜３０ａは、当該光導波路材料膜３０ａの膜厚のばらつきを抑制するのに十分な厚みを有することが好ましい。具体的には、表面領域の全体が、突出部２４の上面２２よりも高くなっている。光導波路材料膜３０ａ形成後、例えば、ＣＭＰまたはエッチバック等により、当該光導波路材料膜３０ａを平坦化してもよい。

次に、図３（ａ）に示すように、例えば、光導波路材料膜３０ａにおける、隣り合う光電変換部１１の間の上方に当たる部分を開口するためのレジストパターン５０２をリソグラフィ工程により形成した後、ＲＩＥなどのエッチング処理を実施する。これにより、図３（ｂ）に示すように、光導波路材料膜３０ａにおける、隣り合う光電変換部１１の間の上方に当たる部分３２が除去され、層間絶縁膜２０の各穴部２３に、当該各穴部２３を埋め、かつ、層間絶縁膜２０よりも盛り上がった部分を有する光導波路３０を形成することができる。

次に、図３（ｃ）に示すように、層間絶縁膜２０と光導波路３０との表面段差を平坦に調整するために、平坦化膜４０を形成し、当該平坦化膜４０上にカラーフィルタ５０を形成する。

最後に、図３（ｄ）に示すように、カラーフィルタ５０上にマイクロレンズ６０を形成する。
以上で、図１に示す構成の固体撮像装置１００を製造することができる。
＜実施の形態２＞
実施の形態１の固体撮像装置１００では、隣り合う光導波路３０同士は、層間絶縁膜２０の突出部２４上で接しておらず、互いに離れた位置に存在していた。そのため、層間絶縁膜２０の表面領域上には、第２の屈折率の材料からなる領域が形成されていな部分が存在した。そうすると、第２の屈折率の材料で覆われずに当該材料から露出した領域から水分が浸透し、この水分により配線層２１の劣化が早まる可能性がある。

本実施の形態では、混色の抑制に加え、水分による配線層２１の劣化も抑制する固体撮像装置について説明する。
２−１．固体撮像装置の構成
図４は、実施の形態２の固体撮像装置２００の構成を示す部分断面図である。図４に示すように、本実施の形態の固体撮像装置２００は、層間絶縁膜２０の表面領域の全体が第２の屈折率を有する材料からなる膜３０ｂにより覆われている点が異なる以外は、基本的に実施の形態１の固体撮像装置１００と同様の構成をしている。したがって、図４において、実施の形態１に係る固体撮像装置１００と同様の構成部分の説明は省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。

上述のように、固体撮像装置２００では、層間絶縁膜２０の表面領域上に、第２の屈折率を有する材料からなる膜３０ｂが全体に亘って形成されている。
ここで、第２の屈折率を有する材料は、第１および第３の屈折率を有する材料よりも高い屈折率を有するため、膜３０ｂはこれらの材料からなる膜より緻密であり、水分に対するバリア性が高い。このような膜３０ｂが層間絶縁膜２０の表面領域の全体に亘って形成されているので、層間絶縁膜２０に浸透する水分を低減することができ、層間絶縁膜２０内に存在する配線層２１の水分による劣化を抑制することができる。

また、固体撮像装置２００では、膜３０ｂの一部、すなわち光電変換部１１の上方に当たる部分の各々が、光導波路３０を形成している。そして、膜３０ｂのうち、光導波路３０における、層間絶縁膜２０の窪んでいる部分からはみ出した部分の膜厚ｔｈ１が、光導波路３０を形成する部分以外の部分３３（以下、単に「部分」と記す。）の膜厚ｔｈ３よりも厚くなっている。この部分３３の膜厚ｔｈ３の制限について説明する。光学的な観点から見ると、部分３３の膜厚ｔｈ３は、光を伝播しない厚さである必要がある。当該部分３３を通じて、隣り合う光導波路３０に光を伝播させないためである。

一方、配線層２１の劣化を抑制するという観点から見ると、膜３０ｂにおける部分３３は、厚いほうが好ましい。水分に対するバリア性を向上させることができるからである。
これらを踏まえ、部分３３の膜厚ｔｈ３を、光を伝播しない範囲内で最も厚くすることにより、水分に対するバリア性を最大限に高めつつ、混色を抑制することができる。具体的には、部分３３の厚みｔｈ３は、数ｎｍ以上、数十ｎｍ以下の範囲が好ましい。ここで、可視光の波長は、およそ４００ｎｍ〜８００ｎｍ程度であるため、部分３３の厚みｔｈ３を仮に５０ｎｍとすると、可視光のどの波長に対しても、その膜厚は、波長の８分の１以下となる。これは、可視光の波長に対して十分に薄いため、光学的な劣化が生じることなく、十分に混色防止効果を得ることができると考えられる。また、水分による配線層２１の劣化も抑制することができる。

以上のように本実施の形態の固体撮像装置２００では、混色を抑制しつつ、水分による配線層２１の劣化を防止することができる。
２−２．固体撮像装置の製造方法
続いて、固体撮像装置２００の製造方法について説明する。図５は、製造方法における各工程での固体撮像装置２００の構成を示す断面図である。

実施の形態１の図３（ａ）で示す工程までは、実施の形態１で説明したものと同様であるので、ここでは、それ以降の工程について説明する。
膜３０ａにおいて、隣り合う光電変換部１１の間の上方に当たる部分を開口するためのレジストパターン５０２を、リソグラフィ工程により形成した後、ＲＩＥなどのエッチング処理を実施する。ただし、この際、エッチングレートを調節し、層間絶縁膜２０における、隣り合う光電変換部１１の間の上方に当たる部分の表面に、膜３０ａの一部を残存させる。これにより、図５（ａ）に示すように、層間絶縁膜２０の表面領域の全体に亘って、第２の屈折率を有する材料からなる膜３０ｂを形成することができる。

また、膜３０ｂの部分３３は、光導波路３０と同一の材料から構成され、光導波路３０と同一工程で形成される。そのため、膜３０ｂの部分３３の形成に伴う工程数の増加を抑制することができる。したがって、別途工程を追加することなく、配線層２１の劣化を抑制することができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、膜３０ｂの表面段差を平坦に調整するために、平坦化膜４０を形成し、当該平坦化膜４０上にカラーフィルタ５０を形成する。
最後に、図５（ｃ）に示すように、カラーフィルタ５０上にマイクロレンズ６０を形成する。

以上で、図４に示す構成の固体撮像装置２００を製造することができる。
＜変形例２−１＞
配線保護膜を備えた一変形例について説明する。
２−１−１．固体撮像装置の構成
図６は、変形例２−１の固体撮像装置２０１の構成を示す部分断面図である。図６に示すように、本実施の形態の固体撮像装置２０１は、配線保護膜９０を備える点が異なる以外は、基本的に実施の形態１の固体撮像装置１００と同様の構成をしている。したがって、図６において、実施の形態１に係る固体撮像装置１００と同様の構成部分の説明は省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。

配線保護膜９０は、層間絶縁膜２０の各穴部２３に形成された光導波路３０の全てを覆うように形成され、光導波路３０と同様、第２の屈折率を有する材料からなる。すなわち、層間絶縁膜２０の表面全体が、第２の屈折率を有する材料からなる配線保護膜９０で覆われている。また、配線保護膜９０は、光導波路３０に沿って形成されているため、表面領域に段差が存在し、この表面段差を平坦に調整するために、平坦化膜４０が形成されている。

配線保護膜９０における、隣り合う光導波路３０間の部分の厚みの制限については、膜３０ｂの部分３３と同様であるので、ここでは説明を省略する。
このような構成でも、配線保護膜９０における、隣り合う光導波路３０間の部分の厚みを制限することにより、混色を抑制しつつ、水分による配線層２１の劣化を防止することができる。

なお、ここでは、配線保護膜９０は、第２の屈折率を有する材料からなるとしたが、第１および第３の屈折率より高い屈折率を有する材料であればよい。
２−１−２．固体撮像装置の製造方法
続いて、固体撮像装置２０１の製造方法について説明する。図７は、製造方法における各工程での固体撮像装置２０１の構成を示す断面図である。

実施の形態１の図３（ｂ）で示す工程までは、実施の形態１で説明したものと同様であるので、ここでは、それ以降の工程について説明する。
膜３０ａに対しＲＩＥなどのエッチング処理を実施した後、図７（ａ）に示すように、光導波路３０と同様の材料からなる配線保護膜９０を全体に亘って形成する。

配線層２１の劣化を防止するための配線保護膜９０を別途形成することで、エッチングによる光導波路３０間の膜厚のばらつきを低減することができる。膜３０ａをエッチングする際、膜材料が異なる位置、すなわち層間絶縁膜２０の突出部２４上面２２が露出した段階でエッチング処理を停止すればよいので、エッチングの停止を精度よく行うことができるためである。これにより、配線層２１の劣化を抑制しつつ、セル間の光学特性の差も抑制することができる。

配線保護膜９０を形成した後、図７（ｂ）に示すように、平坦化膜４０、カラーフィルタ５０、およびマイクロレンズ６０を形成する。
以上で、図６に示す構成の固体撮像装置２０１を製造することができる。
＜実施の形態３＞
３−１．固体撮像装置の構成
図８は、実施の形態３の固体撮像装置３００の構成を示す部分断面図である。図８に示すように、本実施の形態の固体撮像装置３００は、光導波路３０における、層間絶縁膜２０よりも上方に形成された部分の形状が異なる以外は、基本的に実施の形態１の固体撮像装置１００と同様の構成をしている。したがって、図８において、実施の形態１に係る固体撮像装置１００と同様の構成部分の説明は省略し、以下では異なる部分を中心に説明する。

本実施の形態の光導波路３０は、層間絶縁膜２０よりも上方に形成された部分３４の形状が凸レンズ状になっている。これにより、光導波路３０自体にもレンズと同様の集光能力を持たせることができるので、光導波路３０に入射した光を、より垂直方向に導くことができる。
３−２．固体撮像装置の製造方法
続いて、固体撮像装置３００の製造方法について説明する。図９は、製造方法における各工程での固体撮像装置３００の構成を示す断面図である。

実施の形態１の図３（ａ）で示す工程までは、実施の形態１で説明したものと同様であるので、ここでは、それ以降の工程について説明する。
膜３０ａにおいて、隣り合う光電変換部１１の間の上方に当たる部分を開口するためのレジストパターンを、リソグラフィ工程により形成した後、当該レジストパターンをベークすることにより、図９（ａ）に示すように、表面が凸形状のレジストパターン（レジストレンズ）５０２ａを形成する。

次に、ＲＩＥなどのエッチング処理を実施する。これにより、図９（ｂ）に示すように、膜３０ａにおける、隣り合う光電変換部１１の間の上方に当たる部分が除去され、層間絶縁膜２０の各穴部２３に、光導波路３０を形成することができる。このとき、レジストパターンの表面が凸形状であるため、当該レジストパターンをマスクとしてエッチングすることで、膜３０ａの表面に凸形状が転写される。これにより、光導波路３０における、層間絶縁膜２０よりも上方に形成された部分を凸形状にすることができる。

エッチング処理後、図９（ｃ）に示すように、平坦化膜４０、およびカラーフィルタ５０を形成し、最後に、図９（ｄ）に示すように、カラーフィルタ５０上にマイクロレンズ６０を形成する。

以上で、図８に示す構成の固体撮像装置３００を製造することができる。
＜その他の変形例＞
以上、本発明に係る固体撮像装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、上記実施の形態に限られないことは勿論である。
（１）上記実施の形態及び変形例を組み合わせるとしてもよい。例えば、実施の形態２の固体撮像装置２００と実施の形態３の固体撮像装置３００とを組み合わせてもよい。図１０は、実施の形態２の固体撮像装置２００と実施の形態３の固体撮像装置３００とを組み合わせた固体撮像装置４００の構成を示す部分断面図である。図１０に示す固体撮像装置４００では、層間絶縁膜２０の表面領域上に、第２の屈折率を有する材料からなる膜３０ｃが全体に亘って形成されている（すなわち膜３０ｃの部分３３が隣り合う光導波路３０を繋いでいる。）。加えて、光導波路３０の盛り上がった部分の形状が凸レンズ状になっている。

また、変形例２−１の固体撮像装置２０１と実施の形態３の固体撮像装置３００とを組み合わせてもよい。図１１は、変形例２−１の固体撮像装置２０１と実施の形態３の固体撮像装置３００とを組み合わせた固体撮像装置５００の構成を示す部分断面図である。図１１に示す固体撮像装置５００では、層間絶縁膜２０の窪んでいる各部分に形成された光導波路３０の全てを覆うように、配線保護膜９１が形成されている。加えて、光導波路３０の盛り上がった部分の形状が凸レンズ状になっている。

このように、固体撮像装置４００，５００では、層間絶縁膜２０の表面全体が第２の屈折率を有する材料で覆われ、かつ、光導波路３０の盛り上がった部分の形状が凸レンズ状になっているので、光導波路７０に入射した光の光電変換部１１への集光効率を高めつつ、配線層２１の劣化を抑制することができる。
（２）上記実施の形態等では、層間絶縁膜２０内に２層の配線層が形成されていたが、配線層は１層でもよいし、３層以上であってもよい。

本発明は、光導波路を備えた固体撮像装置に広く適用可能である。

１００，２００，２０１，３００，４００，５００ 固体撮像装置
１０ 半導体基板
１１ 光電変換部
２０ 層間絶縁膜
２１ 配線層
３０ 光導波路
４０ 平坦化膜
５０ カラーフィルタ
６０ レンズ
８０ セル
９０，９１ 配線保護膜

Claims (7)

1. 半導体基板と、
   前記半導体基板に行列状に形成された複数の光電変換部と、
   前記半導体基板の上に形成された第１の屈折率の層間絶縁膜と、
   前記複数の光電変換部それぞれの上であって、前記層間絶縁膜に形成された複数の穴部と、
   各穴部内と、前記層間絶縁膜よりも上方とに形成された第２の屈折率の複数の光導波路と、
   前記複数の光導波路の上に形成された第３の屈折率の平坦化膜とを備え、
   前記第２の屈折率は前記第１の屈折率および第３の屈折率よりも大きい
   ことを特徴とする固体撮像装置。
2. 前記複数の光導波路は、各々独立に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
3. 前記層間絶縁膜は、その内部に配線層を含み、
   前記複数の光導波路は前記複数の光電変換部に亘って連続的に形成されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。
4. 前記複数の光導波路における、前記層間絶縁膜よりも上方に形成された部分が、レンズ形状である
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の固体撮像装置。
5. 半導体基板に行列状に複数の光電変換部を形成する工程と、
   前記半導体基板の上に第１の屈折率の層間絶縁膜を形成する工程と、
   前記複数の光電変換部それぞれの上であって、前記層間絶縁膜に複数の穴部を形成する工程と、
   前記層間絶縁膜の上に第２の屈折率の第１の透明膜を形成する工程と、
   前記複数の光電変換部ごとに複数の凸部が形成されるように、前記層間絶縁膜の上方に位置する第１の透明膜をエッチングし、複数の光導波路を形成する工程と、
   前記複数の光導波路の上に第３の屈折率の平坦化膜を形成する工程とを備え、
   前記第２の屈折率は前記第１の屈折率および第３の屈折率よりも大きい
   ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
6. 前記複数の光導波路を形成する工程では、
   前記第１の透明膜の上にレジストレンズを形成する工程と、
   前記レジストレンズをマスクとして前記第１の透明膜をエッチングして、前記レジストレンズの形状を前記第１の透明膜に転写する工程とを含む
   ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。
7. 前記複数の光導波路を形成する工程の後であって、
   前記平坦化膜を形成する工程の前に、
   前記第１の透明膜の上に、第４の屈折率の第２の透明膜を形成する工程をさらに備え、
   前記第４の屈折率は前記第１の屈折率および前記第３の屈折率よりも大きい
   ことを特徴とする請求項５または６に記載の固体撮像装置の製造方法。

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