JP2002118245A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents
固体撮像素子およびその製造方法Info
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- JP2002118245A JP2002118245A JP2000311205A JP2000311205A JP2002118245A JP 2002118245 A JP2002118245 A JP 2002118245A JP 2000311205 A JP2000311205 A JP 2000311205A JP 2000311205 A JP2000311205 A JP 2000311205A JP 2002118245 A JP2002118245 A JP 2002118245A
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- Surface Treatment Of Optical Elements (AREA)
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- Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 固体撮像素子において、受光部の感度を低下
させることなく、位置合わせずれや小Ｆ値等における光
路ずれの影響を少なくして、効率良く入射光を受光部に
導く。 【解決手段】 複数の受光部２を設けた半導体基板１上
に、内部に配線を含む絶縁層３を有する固体撮像素子に
おいて、絶縁層３の受光部２上部分に光導波路形成用穴
５を形成し、その中に透光性材料１２を埋め込んで光導
波路５ａを形成する。光導波路５ａ上方には、レンズの
焦点が光導波路５ａ内部であって、かつ、受光部２の表
面近傍に設定されたマイクロレンズ９を設ける。
させることなく、位置合わせずれや小Ｆ値等における光
路ずれの影響を少なくして、効率良く入射光を受光部に
導く。 【解決手段】 複数の受光部２を設けた半導体基板１上
に、内部に配線を含む絶縁層３を有する固体撮像素子に
おいて、絶縁層３の受光部２上部分に光導波路形成用穴
５を形成し、その中に透光性材料１２を埋め込んで光導
波路５ａを形成する。光導波路５ａ上方には、レンズの
焦点が光導波路５ａ内部であって、かつ、受光部２の表
面近傍に設定されたマイクロレンズ９を設ける。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、受光部上に集光の
ためにマイクロレンズを設けた固体撮像素子に関する。
ためにマイクロレンズを設けた固体撮像素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】固体撮像素子については様々な種類が存
在するが、ここではＣＣＤを例に挙げて、簡単にその構
造および原理を説明する。
在するが、ここではＣＣＤを例に挙げて、簡単にその構
造および原理を説明する。
【０００３】図１４に示す構造は、インターライン型と
呼ばれており、受光部２、垂直転送ＣＣＤ、水平転送Ｃ
ＣＤおよび出力部から構成されている。このＣＣＤは、
各受光部２に入射する光を、フォトダイオードで光電変
換して蓄積し、垂直転送ＣＣＤから水平転送ＣＣＤへと
順次転送した後、出力部から電圧に変換して出力する。
呼ばれており、受光部２、垂直転送ＣＣＤ、水平転送Ｃ
ＣＤおよび出力部から構成されている。このＣＣＤは、
各受光部２に入射する光を、フォトダイオードで光電変
換して蓄積し、垂直転送ＣＣＤから水平転送ＣＣＤへと
順次転送した後、出力部から電圧に変換して出力する。
【０００４】このような固体撮像素子においては、フォ
トダイオード上にオンチップマイクロレンズを設けて、
その焦点位置がフォトダイオードの受光部近傍にくるよ
うに、中間層の膜厚を設定する方法が主流になってい
る。しかしながら、画素寸法の縮小化に伴って、また、
配線の多層化が進んで絶縁層の膜厚が大きくなるにつれ
て、画素の開口部とマイクロレンズとの位置合わせずれ
や、小Ｆ値（絞りを開いたとき）における光路ずれが、
受光部の感度に与える影響が大きくなってきている。
トダイオード上にオンチップマイクロレンズを設けて、
その焦点位置がフォトダイオードの受光部近傍にくるよ
うに、中間層の膜厚を設定する方法が主流になってい
る。しかしながら、画素寸法の縮小化に伴って、また、
配線の多層化が進んで絶縁層の膜厚が大きくなるにつれ
て、画素の開口部とマイクロレンズとの位置合わせずれ
や、小Ｆ値（絞りを開いたとき）における光路ずれが、
受光部の感度に与える影響が大きくなってきている。
【０００５】近年、この問題を避けるための方法とし
て、特開平７−４５８０５号公報や特開平８−１３９３
００号公報において、光導波路を有する固体撮像素子が
提案されている。これらは、マイクロレンズを通過した
入射光の焦点を光導波路の光入射面近傍に設定し、光導
波路によって光を効率的に受光部に導くようにしたもの
である。これにより、上記問題を解決すると共に、自由
度の大きいマイクロレンズおよび平坦化層の設計が可能
になるとされている。
て、特開平７−４５８０５号公報や特開平８−１３９３
００号公報において、光導波路を有する固体撮像素子が
提案されている。これらは、マイクロレンズを通過した
入射光の焦点を光導波路の光入射面近傍に設定し、光導
波路によって光を効率的に受光部に導くようにしたもの
である。これにより、上記問題を解決すると共に、自由
度の大きいマイクロレンズおよび平坦化層の設計が可能
になるとされている。
【０００６】以下に、このような光導波路を有する固体
撮像素子について、図８〜図１０を参照しながら簡単に
説明する。
撮像素子について、図８〜図１０を参照しながら簡単に
説明する。
【０００７】第１の例では、図８に示すように受光部２
を形成した半導体基板１上に、酸化物等からなる絶縁層
３を形成する。この絶縁層３には、図示しない配線が含
まれている。次に、フォトリソグラフィ法を用いて、受
光部２の少なくとも一部を開口させるようにリアクティ
ブイオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて、開口部４よ
りも下部の絶縁層３部分を異方的に除去し、光導波路用
の穴５を形成する。必要に応じて１０００オングストロ
ーム程度の厚さの絶縁性薄膜６を形成した後、金属薄膜
７を形成して、ＲＩＥ法により異方的に、穴５側壁部以
外の金属薄膜のみをエッチバックする。その後、穴５内
にＳｉＯ2等の可視光に対して透明な材料１２を埋め込
んで、光導波路５ａを形成すると共に、焦点が光導波路
５ａの光入射面近傍に配されるようなパラメータ値を設
定した平坦化層８およびオンチップマイクロレンズ９
を、熱軟化性樹脂等を用いて順次形成する。なお、この
図において、１０は入射光路を示し、入射光は金属薄膜
７表面で反射しながら光導波路５ａ内を進む。
を形成した半導体基板１上に、酸化物等からなる絶縁層
３を形成する。この絶縁層３には、図示しない配線が含
まれている。次に、フォトリソグラフィ法を用いて、受
光部２の少なくとも一部を開口させるようにリアクティ
ブイオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて、開口部４よ
りも下部の絶縁層３部分を異方的に除去し、光導波路用
の穴５を形成する。必要に応じて１０００オングストロ
ーム程度の厚さの絶縁性薄膜６を形成した後、金属薄膜
７を形成して、ＲＩＥ法により異方的に、穴５側壁部以
外の金属薄膜のみをエッチバックする。その後、穴５内
にＳｉＯ2等の可視光に対して透明な材料１２を埋め込
んで、光導波路５ａを形成すると共に、焦点が光導波路
５ａの光入射面近傍に配されるようなパラメータ値を設
定した平坦化層８およびオンチップマイクロレンズ９
を、熱軟化性樹脂等を用いて順次形成する。なお、この
図において、１０は入射光路を示し、入射光は金属薄膜
７表面で反射しながら光導波路５ａ内を進む。
【０００８】第２の例は、上記第１の例で示した製造方
法において、金属薄膜７部分をクラッド薄膜（低屈折率
膜）に置き換える。そして、クラッド薄膜よりも高屈折
率の材料をゾルゲル法等により塗布して穴５内部を埋め
込んでコア膜１２とし、光導波路５ａを形成する。その
後、上記第１の例と同様な設計で平坦化層８およびオン
チップマイクロレンズ９を順次形成する。この場合に
は、コア−クラッドの関係を満たすことにより、入射光
は光ファイバーと同様に全反射しながら光導波路５ａ内
を進む。
法において、金属薄膜７部分をクラッド薄膜（低屈折率
膜）に置き換える。そして、クラッド薄膜よりも高屈折
率の材料をゾルゲル法等により塗布して穴５内部を埋め
込んでコア膜１２とし、光導波路５ａを形成する。その
後、上記第１の例と同様な設計で平坦化層８およびオン
チップマイクロレンズ９を順次形成する。この場合に
は、コア−クラッドの関係を満たすことにより、入射光
は光ファイバーと同様に全反射しながら光導波路５ａ内
を進む。
【０００９】第３の例は、図９に示すように、上記第１
の例で示した製造方法により穴５を形成後、絶縁層３よ
りも高屈折率の材料１３をゾルゲル法等により塗布して
穴５内部を埋め込み、光導波路５ａを形成する。その
後、上記第１の例と同様な設計で平坦化層８およびオン
チップマイクロレンズ９を順次形成する。この場合に
も、上記第２の例と同様に、入射光は全反射しながら光
導波路５ａ内を進む。さらに、第３の例では、光導波路
５ａを構成する高屈折率材料１３の屈折率と、平坦化膜
８の屈折率との差が０．２以下であれば、平坦化膜８と
光導波路５ａとの接合面において入射光の散乱を低減で
きる。
の例で示した製造方法により穴５を形成後、絶縁層３よ
りも高屈折率の材料１３をゾルゲル法等により塗布して
穴５内部を埋め込み、光導波路５ａを形成する。その
後、上記第１の例と同様な設計で平坦化層８およびオン
チップマイクロレンズ９を順次形成する。この場合に
も、上記第２の例と同様に、入射光は全反射しながら光
導波路５ａ内を進む。さらに、第３の例では、光導波路
５ａを構成する高屈折率材料１３の屈折率と、平坦化膜
８の屈折率との差が０．２以下であれば、平坦化膜８と
光導波路５ａとの接合面において入射光の散乱を低減で
きる。
【００１０】さらに、上記第１〜第３の従来例において
は、基板表面に対して垂直な円筒状の光導波路に限られ
ず、図１０のようにすり鉢形状の光導波路５ａとするこ
とも可能である。この場合、レンズ９と光導波路５ａの
光入射面との位置合わせマージンや光導波路５ａの光出
射面と受光部２との位置合わせマージンを拡大すること
ができる。
は、基板表面に対して垂直な円筒状の光導波路に限られ
ず、図１０のようにすり鉢形状の光導波路５ａとするこ
とも可能である。この場合、レンズ９と光導波路５ａの
光入射面との位置合わせマージンや光導波路５ａの光出
射面と受光部２との位置合わせマージンを拡大すること
ができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述した特開平７−４
５８０５号公報や特開平８−１３９３００号公報の技術
では、光導波路の入射面近傍に入射光の焦点（レンズの
焦点）を設定する。よって、絶縁層３の高さを変えるこ
とにより、光導波路用の穴の深さを変えることにより、
焦点位置を半導体基板に垂直な方向に幅を有する任意の
領域に設定することができる。
５８０５号公報や特開平８−１３９３００号公報の技術
では、光導波路の入射面近傍に入射光の焦点（レンズの
焦点）を設定する。よって、絶縁層３の高さを変えるこ
とにより、光導波路用の穴の深さを変えることにより、
焦点位置を半導体基板に垂直な方向に幅を有する任意の
領域に設定することができる。
【００１２】ところで、レンズ間のギャップ（間隔）が
無いようにマイクロレンズを形成した場合に、レンズと
平坦化膜の接触面幅Ｗは画素のピッチと等しくなる。こ
のときにレンズの集光面積は最大となり、各受光部に最
大量の光を提供することができる。そこで、以下の説明
ではＷ＝画素ピッチで一定とする。一方、焦点位置が基
板上方になるほど、レンズの厚さｔ1は厚くなる。しか
し、レンズが厚くなりすぎると、半球に近くなり、レン
ズの製造が困難になる。また、レンズ端部では全反射を
起こし、入射光の一部が無効になってしまう。
無いようにマイクロレンズを形成した場合に、レンズと
平坦化膜の接触面幅Ｗは画素のピッチと等しくなる。こ
のときにレンズの集光面積は最大となり、各受光部に最
大量の光を提供することができる。そこで、以下の説明
ではＷ＝画素ピッチで一定とする。一方、焦点位置が基
板上方になるほど、レンズの厚さｔ1は厚くなる。しか
し、レンズが厚くなりすぎると、半球に近くなり、レン
ズの製造が困難になる。また、レンズ端部では全反射を
起こし、入射光の一部が無効になってしまう。
【００１３】従って、入射光の損失が生じない状態で許
容される最上部の焦点位置は、入射光がレンズ表面で全
反射せずにレンズに入射する最大のレンズ膜厚ｔ1maxの
ときに集光される位置である。
容される最上部の焦点位置は、入射光がレンズ表面で全
反射せずにレンズに入射する最大のレンズ膜厚ｔ1maxの
ときに集光される位置である。
【００１４】ここで、レンズの任意の箇所において曲率
半径Ｒが一定、すなわち、レンズ表面が完全球面であ
り、また、入射光が基板に対して垂直に入射する場合に
は、ｔ 1maxは、レンズ最端部での入射角θがブリュース
ター角となるとき、すなわち、 ｓｉｎθ＝ｎ0／ｎ1 ・・・（１） を満たすときの値である。なお、ブリュースター角と
は、図１１に示すように、反射率が０になる角度であ
り、それよりも大きな入射角の入射光は全反射される。
また、上記式（１）において、ｎ0は空気中の屈折率で
あり、ｎ1はレンズの屈折率である。この場合、図１２
に示すように、 Ｗ＝２Ｒｓｉｎθ ・・・（２） ｔ1max＝Ｒ（１−ｃｏｓθ） ・・・（３） の関係が成立する。例えば、Ｗ＝４μｍ、ｎ0＝１、ｎ1
＝１．５とすると、上記式（２）からＲ＝３μｍとな
り、上記式（３）からｔ1max＝０．７６μｍとなる。こ
のときに焦点位置が最上部となり、平坦化層−レンズ界
面から焦点位置までの距離が最小となる。
半径Ｒが一定、すなわち、レンズ表面が完全球面であ
り、また、入射光が基板に対して垂直に入射する場合に
は、ｔ 1maxは、レンズ最端部での入射角θがブリュース
ター角となるとき、すなわち、 ｓｉｎθ＝ｎ0／ｎ1 ・・・（１） を満たすときの値である。なお、ブリュースター角と
は、図１１に示すように、反射率が０になる角度であ
り、それよりも大きな入射角の入射光は全反射される。
また、上記式（１）において、ｎ0は空気中の屈折率で
あり、ｎ1はレンズの屈折率である。この場合、図１２
に示すように、 Ｗ＝２Ｒｓｉｎθ ・・・（２） ｔ1max＝Ｒ（１−ｃｏｓθ） ・・・（３） の関係が成立する。例えば、Ｗ＝４μｍ、ｎ0＝１、ｎ1
＝１．５とすると、上記式（２）からＲ＝３μｍとな
り、上記式（３）からｔ1max＝０．７６μｍとなる。こ
のときに焦点位置が最上部となり、平坦化層−レンズ界
面から焦点位置までの距離が最小となる。
【００１５】焦点位置が最上部にある場合について考え
ると、小Ｆ値における光路のずれまたは焦点位置のずれ
が少なくなるというメリットがあり、入射光をほぼ確実
に光導波路内に導くことができる。しかしながら、今
後、画素数が増大していくにつれて、画素の微細化およ
び配線の多層化がより一層進むと、上記式（２）におい
てＷが小さくなり、Ｒも縮小して、焦点位置はさらに上
方に移動する。その一方、Ｗ（画素ピッチ）が小さくな
り、また、絶縁層３の膜厚が厚くなるので、光導波路５
ａは細く、かつ、長くなる。
ると、小Ｆ値における光路のずれまたは焦点位置のずれ
が少なくなるというメリットがあり、入射光をほぼ確実
に光導波路内に導くことができる。しかしながら、今
後、画素数が増大していくにつれて、画素の微細化およ
び配線の多層化がより一層進むと、上記式（２）におい
てＷが小さくなり、Ｒも縮小して、焦点位置はさらに上
方に移動する。その一方、Ｗ（画素ピッチ）が小さくな
り、また、絶縁層３の膜厚が厚くなるので、光導波路５
ａは細く、かつ、長くなる。
【００１６】この場合、図１２に示すように、焦点位置
が上方にあるために光導波路５ａ側壁に対する最大入射
角が小さくなり、入射光の光導波路５ａ内での総反射回
数が多くなる。その一方で、光導波路５ａが細く、か
つ、長くなると、光導波路５ａ側壁において良好な反射
特性が得られる金属薄膜またはクラッド薄膜の膜厚を確
保することが困難となり、側壁に対して入射角が小さい
光は反射率が低下する。以上のことから、総合的な反射
損失が大きくなり、光導波路内での入射光の減衰が促進
される。
が上方にあるために光導波路５ａ側壁に対する最大入射
角が小さくなり、入射光の光導波路５ａ内での総反射回
数が多くなる。その一方で、光導波路５ａが細く、か
つ、長くなると、光導波路５ａ側壁において良好な反射
特性が得られる金属薄膜またはクラッド薄膜の膜厚を確
保することが困難となり、側壁に対して入射角が小さい
光は反射率が低下する。以上のことから、総合的な反射
損失が大きくなり、光導波路内での入射光の減衰が促進
される。
【００１７】次に、焦点位置が下方にある場合、すなわ
ち、レンズが薄い場合について考える。この場合、光路
のずれが大きくなるため、画素の微細化や配線の多層化
が進んで光導波路入射面が小さくなり、かつ、レンズか
ら遠くなると、光導波路の入射面から焦点が外れてしま
うおそれがある。このように光導波路の入射面から焦点
が外れてしまうと、集光された入射光のほとんどが受光
部に到達しないという深刻な問題を引き起こすことにな
る。
ち、レンズが薄い場合について考える。この場合、光路
のずれが大きくなるため、画素の微細化や配線の多層化
が進んで光導波路入射面が小さくなり、かつ、レンズか
ら遠くなると、光導波路の入射面から焦点が外れてしま
うおそれがある。このように光導波路の入射面から焦点
が外れてしまうと、集光された入射光のほとんどが受光
部に到達しないという深刻な問題を引き起こすことにな
る。
【００１８】これを改善するためには、上記第３の例の
ように、光導波路穴にテーパーを付けて導波路をすり鉢
状にし、光導波路入射面を広げることが考えられる。し
かし、焦点位置が下方である場合には光導波路がそれと
共に短くなるため、テーパー角度θtを９０゜からかな
り小さいものにする必要がある。ところが、光導波路側
面への入射角は、１回の反射毎に ２×（９０−θt） ・・・（４） ずつ減少していくため、図１３に示すように、光導波路
５ａ内における反射の途中で受光部２に到達せずに、は
じき返されてしまう入射光が発生する。或いは、光導波
路５ａを構成する材料がコア膜となる場合には、光導波
路５ａ側面への入射角がコア−クラッド界面におけるブ
リュースター角よりも小さくなり、入射光がクラッド薄
膜中に逃げる。このため、同様に、受光部２への入射光
の供給が一部断たれることになる。
ように、光導波路穴にテーパーを付けて導波路をすり鉢
状にし、光導波路入射面を広げることが考えられる。し
かし、焦点位置が下方である場合には光導波路がそれと
共に短くなるため、テーパー角度θtを９０゜からかな
り小さいものにする必要がある。ところが、光導波路側
面への入射角は、１回の反射毎に ２×（９０−θt） ・・・（４） ずつ減少していくため、図１３に示すように、光導波路
５ａ内における反射の途中で受光部２に到達せずに、は
じき返されてしまう入射光が発生する。或いは、光導波
路５ａを構成する材料がコア膜となる場合には、光導波
路５ａ側面への入射角がコア−クラッド界面におけるブ
リュースター角よりも小さくなり、入射光がクラッド薄
膜中に逃げる。このため、同様に、受光部２への入射光
の供給が一部断たれることになる。
【００１９】このように、焦点位置が上方にある場合で
も下方にある場合でも、高画素化が進行するにつれて、
上記従来技術では問題が顕著になる。
も下方にある場合でも、高画素化が進行するにつれて、
上記従来技術では問題が顕著になる。
【００２０】さらに、焦点にて集光後、上記従来技術に
おける光導波路に導かれた入射光が再び焦点を結ぶこと
はない。受光部において吸収されるフォトン数は光強度
に比例するため、受光部近傍で焦点を結ぶ一般的な方法
と比べると、大幅に感度が低下する。
おける光導波路に導かれた入射光が再び焦点を結ぶこと
はない。受光部において吸収されるフォトン数は光強度
に比例するため、受光部近傍で焦点を結ぶ一般的な方法
と比べると、大幅に感度が低下する。
【００２１】本発明は、このような従来技術の課題を解
決すべくなされたものであり、受光部の感度を低下させ
ることなく、位置合わせずれや小Ｆ値等における光路ず
れの影響を少なくして、効率良く入射光を受光部に導く
ことができる固体撮像素子を提供することを目的とす
る。
決すべくなされたものであり、受光部の感度を低下させ
ることなく、位置合わせずれや小Ｆ値等における光路ず
れの影響を少なくして、効率良く入射光を受光部に導く
ことができる固体撮像素子を提供することを目的とす
る。
【００２２】
【課題を解決するための手段】本発明の固体撮像素子
は、半導体基板上または半導体基板の表層部に設けた複
数の受光部と、内部に配線を含むと共に該受光部上に光
導波路を設けた絶縁層とを有する固体撮像素子におい
て、該光導波路上方にマイクロレンズを備え、該レンズ
の焦点を該光導波路内部であって、かつ、該受光部表面
近傍に設定しており、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
は、半導体基板上または半導体基板の表層部に設けた複
数の受光部と、内部に配線を含むと共に該受光部上に光
導波路を設けた絶縁層とを有する固体撮像素子におい
て、該光導波路上方にマイクロレンズを備え、該レンズ
の焦点を該光導波路内部であって、かつ、該受光部表面
近傍に設定しており、そのことにより上記目的が達成さ
れる。
【００２３】前記光導波路の側壁が高反射率を有する薄
膜で覆われていてもよい。
膜で覆われていてもよい。
【００２４】前記高反射率を有する薄膜は、アルミニウ
ム、銀、金、銅およびタングステンの少なくとも１種類
を含む材料からなるものを用いることができる。
ム、銀、金、銅およびタングステンの少なくとも１種類
を含む材料からなるものを用いることができる。
【００２５】前記高反射率を有する薄膜と前記絶縁層と
の間に、絶縁性薄膜が設けられていてもよい。
の間に、絶縁性薄膜が設けられていてもよい。
【００２６】前記光導波路と前記絶縁層との間に、該光
導波路を構成する材料よりも低屈折率の薄膜が設けられ
ていてもよい。
導波路を構成する材料よりも低屈折率の薄膜が設けられ
ていてもよい。
【００２７】前記光導波路は、前記絶縁層よりも高屈折
率の材料で構成されていてもよい。
率の材料で構成されていてもよい。
【００２８】前記光導波路の側壁は、前記絶縁層に配線
を形成するときに形成することができる。
を形成するときに形成することができる。
【００２９】前記光導波路の側壁は、アルミニウム、
銀、金、銅およびタングステンの少なくとも１種類を含
む材料を用いて構成することができる。
銀、金、銅およびタングステンの少なくとも１種類を含
む材料を用いて構成することができる。
【００３０】前記光導波路内はカラーフィルター材料で
構成されていてもよい。
構成されていてもよい。
【００３１】前記光導波路内は蛍光材料で構成されてい
てもよい。
てもよい。
【００３２】前記絶縁層の上面が高反射特性または高吸
収特性を有する薄膜で覆われていてもよい。
収特性を有する薄膜で覆われていてもよい。
【００３３】以下、本発明の作用について説明する。
【００３４】本発明にあっては、基本的に入射光が、マ
イクロレンズにより受光部表面付近に反射することなく
集光される。よって、位置合わせずれや小Ｆ値等での光
路ずれ、または迷光や乱反射等によりわずかながら集束
光から外れる光等が生じても、光導波路側壁に対して大
きな入射角で入射して効率良く反射することができ、反
射回数も少なくすることができる。その結果、入射光の
光量を保ちつつ強度ピークが大きい光を受光面に導くこ
とができる。また、光導波路内部に光遮蔽物が存在しな
いので、光導波路内に入射された光束については、絶縁
層内部の配線による反射等や他画素への回り込みのおそ
れもなくなる。
イクロレンズにより受光部表面付近に反射することなく
集光される。よって、位置合わせずれや小Ｆ値等での光
路ずれ、または迷光や乱反射等によりわずかながら集束
光から外れる光等が生じても、光導波路側壁に対して大
きな入射角で入射して効率良く反射することができ、反
射回数も少なくすることができる。その結果、入射光の
光量を保ちつつ強度ピークが大きい光を受光面に導くこ
とができる。また、光導波路内部に光遮蔽物が存在しな
いので、光導波路内に入射された光束については、絶縁
層内部の配線による反射等や他画素への回り込みのおそ
れもなくなる。
【００３５】光導波路の側壁を高反射率を有する薄膜で
覆うことにより、側壁での反射効率を向上することがで
きる。絶縁層中の配線と光導波路側壁に設けた高反射率
を有する薄膜との短絡のおそれがある場合には、高反射
率を有する薄膜と絶縁層との間に絶縁性薄膜を設けても
よい。
覆うことにより、側壁での反射効率を向上することがで
きる。絶縁層中の配線と光導波路側壁に設けた高反射率
を有する薄膜との短絡のおそれがある場合には、高反射
率を有する薄膜と絶縁層との間に絶縁性薄膜を設けても
よい。
【００３６】光導波路と絶縁層との間に、光導波路を構
成する材料よりも低屈折率の薄膜（クラッド薄膜）を設
けたり、光導波路を絶縁層よりも高屈折率の材料で構成
することにより、コア−クラッドタイプの光導波路を形
成することができる。
成する材料よりも低屈折率の薄膜（クラッド薄膜）を設
けたり、光導波路を絶縁層よりも高屈折率の材料で構成
することにより、コア−クラッドタイプの光導波路を形
成することができる。
【００３７】絶縁層内部に配線を形成する際に、側壁を
構成する材料を積み重ねていくことによって、光導波路
側壁に均一性および被覆性に優れた金属薄膜を形成する
ことができる。
構成する材料を積み重ねていくことによって、光導波路
側壁に均一性および被覆性に優れた金属薄膜を形成する
ことができる。
【００３８】さらに、光導波路をカラーフィルター材料
や蛍光材料で構成することにより、受光部からレンズま
での高さを低減すると共に、超微細な画素を有する高感
度なカラー固体撮像素子を得ることが可能となる。
や蛍光材料で構成することにより、受光部からレンズま
での高さを低減すると共に、超微細な画素を有する高感
度なカラー固体撮像素子を得ることが可能となる。
【００３９】さらに、上記絶縁層の上面を高反射特性ま
たは高吸収特性を有する薄膜で覆うことにより、レンズ
ではない部分を通った入射光を反射または吸収させて、
クロストーク等の問題を防ぐことができる。
たは高吸収特性を有する薄膜で覆うことにより、レンズ
ではない部分を通った入射光を反射または吸収させて、
クロストーク等の問題を防ぐことができる。
【００４０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しながら説明する。
いて、図面を参照しながら説明する。
【００４１】（実施形態１）図１（ａ）〜（ｃ）は、実
施形態１の固体撮像素子の製造工程を説明するための断
面図である。この固体撮像素子は、図１（ｃ）に示すよ
うに、複数の受光部２を形成した半導体基板１上に、絶
縁層３が形成されている。この絶縁層３には図示しない
配線が含まれており、通常、１層配線形成する毎に絶縁
膜も１層増えるので、この絶縁層３は多層絶縁膜となっ
ている。受光部２上には光導波路５ａが設けられてい
る。光導波路５ａの側壁には絶縁性薄膜６と金属薄膜７
が設けられ、光導波路５ａの内部には透明な材料１２が
埋め込まれている。その上に平坦化層８およびオンチッ
プマイクロレンズ９が形成され、レンズの焦点位置が受
光部２の表面近傍に設定されている。
施形態１の固体撮像素子の製造工程を説明するための断
面図である。この固体撮像素子は、図１（ｃ）に示すよ
うに、複数の受光部２を形成した半導体基板１上に、絶
縁層３が形成されている。この絶縁層３には図示しない
配線が含まれており、通常、１層配線形成する毎に絶縁
膜も１層増えるので、この絶縁層３は多層絶縁膜となっ
ている。受光部２上には光導波路５ａが設けられてい
る。光導波路５ａの側壁には絶縁性薄膜６と金属薄膜７
が設けられ、光導波路５ａの内部には透明な材料１２が
埋め込まれている。その上に平坦化層８およびオンチッ
プマイクロレンズ９が形成され、レンズの焦点位置が受
光部２の表面近傍に設定されている。
【００４２】この固体撮像素子は、例えば以下のように
して作製される。まず、複数の受光部２を形成した半導
体基板１上に、酸化物等からなる絶縁層３を形成する。
次に、全面にレジスト膜を形成した後、受光部２上の少
なくとも一部を開口させるように、フォトリソグラフィ
法を用いてマスクパターン１１を形成する。その後、Ｒ
ＩＥ法等を用いて異方的にエッチングを行って開口部４
よりも下部の絶縁層３部分を除去し、光導波路用の穴５
を形成する。
して作製される。まず、複数の受光部２を形成した半導
体基板１上に、酸化物等からなる絶縁層３を形成する。
次に、全面にレジスト膜を形成した後、受光部２上の少
なくとも一部を開口させるように、フォトリソグラフィ
法を用いてマスクパターン１１を形成する。その後、Ｒ
ＩＥ法等を用いて異方的にエッチングを行って開口部４
よりも下部の絶縁層３部分を除去し、光導波路用の穴５
を形成する。
【００４３】次に、レジスト膜（マスクパターン）１１
を除去し、膜厚の均一性および被覆性に優れたＳｉＯ2
等の絶縁性薄膜６および金属薄膜７を低温ＣＶＤ法また
はプラズマＣＶＤ法等により作製する。この金属薄膜７
としては、高反射率を有するアルミニウム（Ａｌ）、銀
（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、タングステン
（Ｗ）またはこれらの合金等を用いることができる。な
お、絶縁層３中の配線と金属薄膜７との短絡のおそれが
無い場合には、上記絶縁性薄膜６は省略してもよい。そ
の後、穴５側壁部以外の金属薄膜７のみをＲＩＥ法等に
より異方的に除去する。
を除去し、膜厚の均一性および被覆性に優れたＳｉＯ2
等の絶縁性薄膜６および金属薄膜７を低温ＣＶＤ法また
はプラズマＣＶＤ法等により作製する。この金属薄膜７
としては、高反射率を有するアルミニウム（Ａｌ）、銀
（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、タングステン
（Ｗ）またはこれらの合金等を用いることができる。な
お、絶縁層３中の配線と金属薄膜７との短絡のおそれが
無い場合には、上記絶縁性薄膜６は省略してもよい。そ
の後、穴５側壁部以外の金属薄膜７のみをＲＩＥ法等に
より異方的に除去する。
【００４４】その後、穴５内にＳｉＯ2等の可視光に対
して透明な材料１２を埋め込んで、光導波路５ａを形成
する。続いて、焦点が受光部２の表面近傍に配されるよ
うなパラメータ値を設定した平坦化層８およびオンチッ
プマイクロレンズ９を熱軟化性樹脂等を用いて順次形成
する。なお、この図において、１０は入射光路を示す。
して透明な材料１２を埋め込んで、光導波路５ａを形成
する。続いて、焦点が受光部２の表面近傍に配されるよ
うなパラメータ値を設定した平坦化層８およびオンチッ
プマイクロレンズ９を熱軟化性樹脂等を用いて順次形成
する。なお、この図において、１０は入射光路を示す。
【００４５】または、上記絶縁性薄膜６を形成せずに、
金属薄膜７の代わりにＳｉＯ2等のクラッド膜７を形成
し、光導波路用の穴５にＳｉＯ2とＭｇＯの混合物等の
コア膜１２を埋め込むことによって、コア−クラッドタ
イプの光導波路を形成してもよい。
金属薄膜７の代わりにＳｉＯ2等のクラッド膜７を形成
し、光導波路用の穴５にＳｉＯ2とＭｇＯの混合物等の
コア膜１２を埋め込むことによって、コア−クラッドタ
イプの光導波路を形成してもよい。
【００４６】本実施形態によれば、基本的に入射光が、
光導波路５ａ側壁での反射を経ずに受光部２の表面近傍
で焦点を結ぶので、強度の強い光束を受光部２に導いて
感度の向上を図ることができる。光導波路５ａの側壁に
ついては、位置合わせマージンを確保するために光導波
路５ａの受光面積を広く取ってテーパーを設けたものが
望ましいが、基本的に入射光が光導波路５ａ側壁での反
射を経ないことと、入射光の一部が側壁で反射すること
があっても、焦点距離が長いために光導波路５ａの側壁
に対する入射角が大きいことより、従来技術のように光
導波路５ａの途中で光がはじかれて受光部２に到達しな
いような入射角度になることはない。なお、位置合わせ
マージンが得られる場合には、光導波路５ａの側壁を基
板に対して垂直にしてもよい。また、Ｆ値が小さいとき
には、図２の実線で示すように、入射光角度が垂直方向
から変化するが、この場合でも、図２に示すように極め
て大きな入射角度を保って光導波路５ａの側壁で反射さ
れるので反射効率も良好であり、かつ、光導波路５ａ内
での反射回数も最小限に抑えられるので、光の損失が殆
ど生じず、光強度の低下も最低限に抑えることができ
る。
光導波路５ａ側壁での反射を経ずに受光部２の表面近傍
で焦点を結ぶので、強度の強い光束を受光部２に導いて
感度の向上を図ることができる。光導波路５ａの側壁に
ついては、位置合わせマージンを確保するために光導波
路５ａの受光面積を広く取ってテーパーを設けたものが
望ましいが、基本的に入射光が光導波路５ａ側壁での反
射を経ないことと、入射光の一部が側壁で反射すること
があっても、焦点距離が長いために光導波路５ａの側壁
に対する入射角が大きいことより、従来技術のように光
導波路５ａの途中で光がはじかれて受光部２に到達しな
いような入射角度になることはない。なお、位置合わせ
マージンが得られる場合には、光導波路５ａの側壁を基
板に対して垂直にしてもよい。また、Ｆ値が小さいとき
には、図２の実線で示すように、入射光角度が垂直方向
から変化するが、この場合でも、図２に示すように極め
て大きな入射角度を保って光導波路５ａの側壁で反射さ
れるので反射効率も良好であり、かつ、光導波路５ａ内
での反射回数も最小限に抑えられるので、光の損失が殆
ど生じず、光強度の低下も最低限に抑えることができ
る。
【００４７】（実施形態２）図３は、実施形態２の固体
撮像素子の構成を説明するための断面図である。この固
体撮像素子は、光導波路５ａが、絶縁層３よりも屈折率
の高い透光性材料１３で構成されている。
撮像素子の構成を説明するための断面図である。この固
体撮像素子は、光導波路５ａが、絶縁層３よりも屈折率
の高い透光性材料１３で構成されている。
【００４８】この固体撮像素子の製造においては、実施
形態１と同様に光導波路穴５までを形成した後、絶縁層
３よりも屈折率の高い、ＴｉＯ2等の透光性材料１３を
埋め込んで光導波路５ａを形成する。その後は、実施形
態１と同様に平坦化膜８およびオンチップマイクロレン
ズ９を形成する。
形態１と同様に光導波路穴５までを形成した後、絶縁層
３よりも屈折率の高い、ＴｉＯ2等の透光性材料１３を
埋め込んで光導波路５ａを形成する。その後は、実施形
態１と同様に平坦化膜８およびオンチップマイクロレン
ズ９を形成する。
【００４９】この実施形態によれば、絶縁層３がクラッ
ド膜、埋め込み材料１３がコア膜として機能し、実施形
態１と同様に光損失が生じない。
ド膜、埋め込み材料１３がコア膜として機能し、実施形
態１と同様に光損失が生じない。
【００５０】（実施形態３）図４は、実施形態３の固体
撮像素子の構成を説明するための断面図である。この固
体撮像素子は、絶縁層３内部に配線層を形成する際に、
同時に光導波路５ａの側壁が形成されている。
撮像素子の構成を説明するための断面図である。この固
体撮像素子は、絶縁層３内部に配線層を形成する際に、
同時に光導波路５ａの側壁が形成されている。
【００５１】Ａｌ等のメタルパターン１５の形成時や、
Ｗ等のスルーホールパターン１４の形成時に、各々同じ
材質で、例えばリング状のパターンを形成し、それを積
み重ねていくことにより、図４（ａ）に示すような光導
波路５ａの側壁を形成する。なお、この実施形態におい
ては、導波路５ａの構成材は絶縁層３であり、他の構成
材を埋め込む工程を省略することができる。
Ｗ等のスルーホールパターン１４の形成時に、各々同じ
材質で、例えばリング状のパターンを形成し、それを積
み重ねていくことにより、図４（ａ）に示すような光導
波路５ａの側壁を形成する。なお、この実施形態におい
ては、導波路５ａの構成材は絶縁層３であり、他の構成
材を埋め込む工程を省略することができる。
【００５２】さらに、この手法は、画素の微細化および
多層配線化が進行してダマシンプロセスが導入されたと
きにも、用いることができる。ダマシンプロセスとは、
絶縁膜を形成した後に掘り込みを設けてそこに配線を埋
め込む手法であり、絶縁層の高さ（厚み）を低減するこ
とができる。図４（ｂ）に示すように、絶縁層３に配線
用溝を掘る際に例えばリング状の光導波路側壁用溝を形
成した後、Ｃｕ等の金属配線材料１６を埋め込む。その
他は、図４（ａ）で説明した実施形態と同様に、光導波
路５ａを形成する。その後は、実施形態１と同様に平坦
化膜８およびオンチップマイクロレンズ９を形成する。
多層配線化が進行してダマシンプロセスが導入されたと
きにも、用いることができる。ダマシンプロセスとは、
絶縁膜を形成した後に掘り込みを設けてそこに配線を埋
め込む手法であり、絶縁層の高さ（厚み）を低減するこ
とができる。図４（ｂ）に示すように、絶縁層３に配線
用溝を掘る際に例えばリング状の光導波路側壁用溝を形
成した後、Ｃｕ等の金属配線材料１６を埋め込む。その
他は、図４（ａ）で説明した実施形態と同様に、光導波
路５ａを形成する。その後は、実施形態１と同様に平坦
化膜８およびオンチップマイクロレンズ９を形成する。
【００５３】画素の微細化が進んで、例えば画素ピッチ
が２μｍ、絶縁層の厚みが１０μｍになると、アスペク
ト比１０を超えるような細長い光導波路用穴を形成する
必要が生じる。このような場合には、エッチングにより
基板に垂直でかつ平滑な穴の側面を得ることが困難にな
り、また、均一性および被覆性ともに優れた金属薄膜や
クラッド薄膜を形成することが困難になる。さらに、光
導波路材料を充分に透光性および屈折率均一性を保った
まま、穴に埋め込むことも容易でなくなるおそれがあ
る。
が２μｍ、絶縁層の厚みが１０μｍになると、アスペク
ト比１０を超えるような細長い光導波路用穴を形成する
必要が生じる。このような場合には、エッチングにより
基板に垂直でかつ平滑な穴の側面を得ることが困難にな
り、また、均一性および被覆性ともに優れた金属薄膜や
クラッド薄膜を形成することが困難になる。さらに、光
導波路材料を充分に透光性および屈折率均一性を保った
まま、穴に埋め込むことも容易でなくなるおそれがあ
る。
【００５４】そこで、上述したスルーホールパターン材
１４とメタルパターン材１５または埋め込み配線材１６
の積み重ね回数を増やすことにより、結果的に高アスペ
クト比で、かつ、均一な光導波路側壁を形成することが
できる。また、この場合には、絶縁層３の一部をそのま
ま光導波路５ａとして用いることができるので、光導波
路材料の埋め込み工程が不要となり、光導波路５ａの透
光性も保たれ、かつ、プロセスの簡略化にもつながる。
さらに、多層絶縁膜である絶縁層３の厚さを一定のまま
として、上述したスルーホールパターン材１４とメタル
パターン材１５または埋め込み配線材１６の積み重ね回
数を変えることによって、光導波路の長さを変えること
もできる。
１４とメタルパターン材１５または埋め込み配線材１６
の積み重ね回数を増やすことにより、結果的に高アスペ
クト比で、かつ、均一な光導波路側壁を形成することが
できる。また、この場合には、絶縁層３の一部をそのま
ま光導波路５ａとして用いることができるので、光導波
路材料の埋め込み工程が不要となり、光導波路５ａの透
光性も保たれ、かつ、プロセスの簡略化にもつながる。
さらに、多層絶縁膜である絶縁層３の厚さを一定のまま
として、上述したスルーホールパターン材１４とメタル
パターン材１５または埋め込み配線材１６の積み重ね回
数を変えることによって、光導波路の長さを変えること
もできる。
【００５５】（実施形態４）図５は、実施形態４の固体
撮像素子の構成を説明するための断面図である。この固
体撮像素子は、光導波路用穴の内部に、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の
選択透光性を有するカラーフィルター材料１７が埋め込
まれて光導波路５ａが構成されている。
撮像素子の構成を説明するための断面図である。この固
体撮像素子は、光導波路用穴の内部に、Ｒ、Ｇ、Ｂ等の
選択透光性を有するカラーフィルター材料１７が埋め込
まれて光導波路５ａが構成されている。
【００５６】この固体撮像素子の製造においては、実施
形態１と同様に、光導波路穴５の側壁にのみ金属薄膜７
を形成した後、無機材料または有機材料からなるカラー
フィルター材料１７を光導波路用穴に埋め込んで光導波
路５ａを形成する。その後は、実施形態１と同様に平坦
化膜８およびオンチップマイクロレンズ９を形成する。
形態１と同様に、光導波路穴５の側壁にのみ金属薄膜７
を形成した後、無機材料または有機材料からなるカラー
フィルター材料１７を光導波路用穴に埋め込んで光導波
路５ａを形成する。その後は、実施形態１と同様に平坦
化膜８およびオンチップマイクロレンズ９を形成する。
【００５７】一般に、入射光波長の違いによって焦点位
置のずれ（色収差）が発生する。しかし、本実施形態に
よれば、カラーフィルター材料１７の厚さや材料を調整
することにより、容易に全ての入射光の焦点を受光部２
の表面近傍に設定することができる。さらに、カラーフ
ィルター材料１７を絶縁層３上部に設置する従来の構成
に比べて、素子の高さ方向の寸法を低減できると共に、
混色を防ぐことができる。以上のように、本実施形態に
よれば、さらなる感度および色再現性の向上を実現する
ことができる。なお、この実施形態４は、上記実施形態
１および実施形態２と組み合わせて用いることができ
る。
置のずれ（色収差）が発生する。しかし、本実施形態に
よれば、カラーフィルター材料１７の厚さや材料を調整
することにより、容易に全ての入射光の焦点を受光部２
の表面近傍に設定することができる。さらに、カラーフ
ィルター材料１７を絶縁層３上部に設置する従来の構成
に比べて、素子の高さ方向の寸法を低減できると共に、
混色を防ぐことができる。以上のように、本実施形態に
よれば、さらなる感度および色再現性の向上を実現する
ことができる。なお、この実施形態４は、上記実施形態
１および実施形態２と組み合わせて用いることができ
る。
【００５８】（実施形態５）図６は、実施形態５の固体
撮像素子の構成を説明するための断面図である。この固
体撮像素子は、光導波路用穴の内部に、蛍光材料１８が
埋め込まれて光導波路５ａを形成している。
撮像素子の構成を説明するための断面図である。この固
体撮像素子は、光導波路用穴の内部に、蛍光材料１８が
埋め込まれて光導波路５ａを形成している。
【００５９】この固体撮像素子の製造においては、実施
形態４のカラーフィルター材料の代わりに、青色光を効
率良く緑〜赤色光に変換するクマリン等の蛍光材料を埋
め込んで光導波路５ａを形成する。その後は、実施形態
１と同様に平坦化膜８およびオンチップマイクロレンズ
９を形成する。
形態４のカラーフィルター材料の代わりに、青色光を効
率良く緑〜赤色光に変換するクマリン等の蛍光材料を埋
め込んで光導波路５ａを形成する。その後は、実施形態
１と同様に平坦化膜８およびオンチップマイクロレンズ
９を形成する。
【００６０】この実施形態によれば、ＭＯＳ型フォトダ
イオードを用いた場合でも青色に対して高い感度が得ら
れる。但し、ｐ−ｎ接合フォトダイオードを用いた場合
には、蛍光材料層は不要である。なお、この実施形態５
は、上記実施形態１および実施形態２と組み合わせて用
いることができる。
イオードを用いた場合でも青色に対して高い感度が得ら
れる。但し、ｐ−ｎ接合フォトダイオードを用いた場合
には、蛍光材料層は不要である。なお、この実施形態５
は、上記実施形態１および実施形態２と組み合わせて用
いることができる。
【００６１】（実施形態６）図７（ａ）および図７
（ｂ）は、実施形態６の固体撮像素子の構成を説明する
ための断面図および上面図である。この固体撮像素子
は、絶縁層３の上面が高反射膜または光吸収膜１９で覆
われている。
（ｂ）は、実施形態６の固体撮像素子の構成を説明する
ための断面図および上面図である。この固体撮像素子
は、絶縁層３の上面が高反射膜または光吸収膜１９で覆
われている。
【００６２】この固体撮像素子の製造においては、実施
形態１において、絶縁層３の形成後、レジスト塗布前
に、その上に高反射膜または光吸収膜１９を形成する。
形態１において、絶縁層３の形成後、レジスト塗布前
に、その上に高反射膜または光吸収膜１９を形成する。
【００６３】レンズ端部同士が接触してレンズギャップ
＝０となっても、レンズが直交格子状に配列され、か
つ、レンズ面が球面である場合には、全入射光のうちの
約２１％がレンズではない部分（図７（ｂ）の斜線部）
に到達し、そのほとんどが絶縁層３中に入射する。この
ような光は、レンズの制御を受けず、絶縁層３中の配線
等で反射されてクロストーク等の問題を引き起こす。し
かし、本実施形態によれば、レンズ９ではない部分を通
った入射光は、絶縁層３上面の高反射膜または光吸収膜
１９で反射されるため、上記問題を改善することができ
る。なお、この実施形態６は、上記実施形態１〜実施形
態５と組み合わせて用いることができる。
＝０となっても、レンズが直交格子状に配列され、か
つ、レンズ面が球面である場合には、全入射光のうちの
約２１％がレンズではない部分（図７（ｂ）の斜線部）
に到達し、そのほとんどが絶縁層３中に入射する。この
ような光は、レンズの制御を受けず、絶縁層３中の配線
等で反射されてクロストーク等の問題を引き起こす。し
かし、本実施形態によれば、レンズ９ではない部分を通
った入射光は、絶縁層３上面の高反射膜または光吸収膜
１９で反射されるため、上記問題を改善することができ
る。なお、この実施形態６は、上記実施形態１〜実施形
態５と組み合わせて用いることができる。
【００６４】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
基本的に入射光が、光導波路側壁での反射を経ずに受光
部の表面近傍で焦点を結ぶので、強度の強い光束を受光
部に導いて感度の向上を図ることができる。位置合わせ
ずれが生じた場合や入射光角度が基板に対して垂直方向
から変化する場合でも、極めて大きな入射角度を保って
光導波路側壁で反射されるので反射効率も良好であり、
かつ、光導波路内での反射回数も最小限に抑えられる。
よって、光の損失が殆ど生じず、光強度の低下も最低限
に抑えることができる。また、配線と同時に光導波路側
壁を形成することにより、プロセスの簡略化を図ると共
に、高アスペクト比で、かつ、均一な光導波路を形成す
ることができる。さらに、カラーフィルター材料を光導
波路内に埋め込むことにより、混色を無くして感度およ
び色再現性を向上させることができる。以上により、微
細な画素を有し、かつ、高感度のカラー固体撮像素子を
提供することが可能となる。
基本的に入射光が、光導波路側壁での反射を経ずに受光
部の表面近傍で焦点を結ぶので、強度の強い光束を受光
部に導いて感度の向上を図ることができる。位置合わせ
ずれが生じた場合や入射光角度が基板に対して垂直方向
から変化する場合でも、極めて大きな入射角度を保って
光導波路側壁で反射されるので反射効率も良好であり、
かつ、光導波路内での反射回数も最小限に抑えられる。
よって、光の損失が殆ど生じず、光強度の低下も最低限
に抑えることができる。また、配線と同時に光導波路側
壁を形成することにより、プロセスの簡略化を図ると共
に、高アスペクト比で、かつ、均一な光導波路を形成す
ることができる。さらに、カラーフィルター材料を光導
波路内に埋め込むことにより、混色を無くして感度およ
び色再現性を向上させることができる。以上により、微
細な画素を有し、かつ、高感度のカラー固体撮像素子を
提供することが可能となる。
【図１】（ａ）〜（ｃ）は実施形態１の固体撮像素子の
製造工程を説明するための断面図である。
製造工程を説明するための断面図である。
【図２】本発明に係る固体撮像素子において、入射光角
度が基板に対して垂直方向から変化した場合を説明する
ための断面図である。
度が基板に対して垂直方向から変化した場合を説明する
ための断面図である。
【図３】実施形態２の固体撮像素子の構成を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は実施形態３の固体撮像素
子の構成を説明するための断面図である。
子の構成を説明するための断面図である。
【図５】実施形態４の固体撮像素子の構成を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
【図６】実施形態５の固体撮像素子の構成を説明するた
めの断面図である。
めの断面図である。
【図７】（ａ）は実施形態６の固体撮像素子の構成を説
明するための断面図であり、（ｂ）はその上面図であ
る。
明するための断面図であり、（ｂ）はその上面図であ
る。
【図８】従来の固体撮像素子の構成を説明するための断
面図である。
面図である。
【図９】従来の固体撮像素子の構成を説明するための断
面図である。
面図である。
【図１０】従来の固体撮像素子の構成を説明するための
断面図である。
断面図である。
【図１１】ブリュースター角について説明するためのグ
ラフである。
ラフである。
【図１２】従来の固体撮像素子において、焦点位置が上
限位置となる場合の問題点を説明するための図である。
限位置となる場合の問題点を説明するための図である。
【図１３】従来の固体撮像素子において、焦点位置が下
限位置となる場合の問題点を説明するための図である。
限位置となる場合の問題点を説明するための図である。
【図１４】固体撮像素子の構造および原理を説明するた
めの図である。
めの図である。
１ 半導体基板 ２ 受光部 ３ 絶縁層 ４ 開口部 ５ 光導波路用穴 ５ａ 光導波路 ６ 絶縁性薄膜 ７ 金属薄膜またはクラッド薄膜 ８ 平坦化層 ９ 集光レンズ １０ 入射光路 １１ レジスト膜（マスクパターン） １２ 光導波路構成材料またはコア薄膜 １３ 高屈折率材料 １４ スルーホールパターン材 １５ メタルパターン材 １６ 埋め込み配線材 １７ カラーフィルター材料 １８ 蛍光材料 １９ 高反射膜または光吸収膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０４Ｎ 5/335 Ｇ０２Ｂ 1/10 Ｚ Ｈ０１Ｌ 31/02 Ｂ Ｆターム(参考） 2H048 BA02 BA64 BB13 BB46 2K009 BB01 CC14 CC42 DD04 DD12 EE00 4M118 AA01 AA10 AB01 BA13 BA14 CA03 CA40 CB11 GA09 GC08 GD04 5C024 CX11 CY47 EX21 EX43 GY01 5F088 AA01 BA10 BB03 JA12 JA14
Claims (11)
- 【請求項１】 半導体基板上または半導体基板の表層部
に設けた複数の受光部と、内部に配線を含むと共に該受
光部上に光導波路を設けた絶縁層とを有する固体撮像素
子において、 該光導波路上方にマイクロレンズを備え、該レンズの焦
点を該光導波路内部であって、かつ、該受光部表面近傍
に設定した固体撮像素子。 - 【請求項２】 前記光導波路の側壁が高反射率を有する
薄膜で覆われている請求項１に記載の固体撮像素子。 - 【請求項３】 前記高反射率を有する薄膜は、アルミニ
ウム、銀、金、銅およびタングステンの少なくとも１種
類を含む材料からなる請求項２に記載の固体撮像素子。 - 【請求項４】 前記高反射率を有する薄膜と前記絶縁層
との間に、絶縁性薄膜が設けられている請求項２に記載
の固体撮像素子。 - 【請求項５】 前記光導波路と前記絶縁層との間に、該
光導波路を構成する材料よりも低屈折率の薄膜が設けら
れている請求項１に記載の固体撮像素子。 - 【請求項６】 前記光導波路は、前記絶縁層よりも高屈
折率の材料で構成されている請求項１に記載の固体撮像
素子。 - 【請求項７】 前記光導波路の側壁は、前記絶縁層に配
線を形成するときに形成されたものである請求項２に記
載の固体撮像素子。 - 【請求項８】 前記光導波路の側壁は、アルミニウム、
銀、金、銅およびタングステンの少なくとも１種類を含
む材料で構成されている請求項７に記載の固体撮像素
子。 - 【請求項９】 前記光導波路内はカラーフィルター材料
で構成されている請求項２、請求項５または請求項６に
記載の固体撮像素子。 - 【請求項１０】 前記光導波路内は蛍光材料で構成され
ている請求項２、請求項５または請求項６に記載の固体
撮像素子。 - 【請求項１１】 前記絶縁層の上面が高反射特性または
高吸収特性を有する薄膜で覆われている請求項１乃至請
求項１０のいずれかに記載の固体撮像素子。
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