JPH08139300A

JPH08139300A - 固体撮像装置

Info

Publication number: JPH08139300A
Application number: JP6300097A
Authority: JP
Inventors: Akito Odagiri; 明人小田切
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1994-11-10
Filing date: 1994-11-10
Publication date: 1996-05-31

Abstract

(57)【要約】【目的】平坦化膜と光導波路との接合面において入射
光の散乱を低減できるようにした、マイクロレンズと光
導波路を備えた固体撮像装置を提供する。【構成】ＣＭＤからなる受光部上に絶縁層６を形成し
たのち、受光部上の絶縁層６の一部に光導波路用の穴10
を形成し、絶縁層６の屈折率よりも高屈折率を有し平坦
化層の屈折率との差が0.2 以下の屈折率をもつ材料を塗
布して、光導波路10ａと光導波路コア膜11を形成し、全
面に平坦化層13を形成したのち、マイクロレンズ14を光
導波路10ａの直上に形成して固体撮像装置を構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、感度を向上させるた
めにマイクロレンズを設けた固体撮像装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、固体撮像装置においては、感度を
向上させるために、受光部ホトダイオード上にオンチッ
プ、あるいは貼り合わせ技術を用いてマイクロレンズを
形成し、開口率の向上を計っている。かかる技術に関し
ては、例えば特開昭６０−３８９８９号公報において、
インターライン転送ＣＣＤ撮像装置に適用したものが示
されている。

【０００３】次に上記公報に開示されている技術内容に
ついて説明する。まず図３は、インターライン転送ＣＣ
Ｄ撮像装置の平面概念図で、101 は例えばホトダイオー
ドからなる光電変換素子、102 は光電変換素子101 で光
電変換した信号を読み出す垂直ＣＣＤレジスタで、図示
していないがホトダイオードと垂直ＣＣＤレジスタ102
の間には信号電荷の転送を制御するトランスファゲート
領域が配置されている。103 は並列に転送されてきた垂
直ＣＣＤレジスタ102 の信号を、１ライン毎に出力部10
4 へ読み出す水平ＣＣＤレジスタである。図４は図３の
拡大図で、101は光電変換素子、102 は垂直ＣＣＤレジ
スタ、105 はトランスファゲート領域、106 ，107 は垂
直ＣＣＤレジスタ102 の転送電極で、通常多結晶シリコ
ンが使用されている。転送電極106 ，107 は１つの光電
変換素子101 に対応して１／２段のＣＣＤを形成してお
り、図示していないが各転送電極とも垂直ＣＣＤレジス
タ102 の部分では２つの異なる電位をもつように、２層
ゲート構造、あるいは基板半導体の不純物制御を行って
いる。また、転送電極106 ，107 は光電変換素子101 の
垂直分離部108 を通して隣接する垂直ＣＣＤレジスタへ
接続されている。また、トランスファゲート領域105 及
び垂直ＣＣＤレジスタ102 は、例えばAlのような光を通
さない層109 で遮光されている。このように構成されて
いるＣＣＤ撮像装置においては、光電変換素子101 の実
際の開口率は20〜40％に制限されている。

【０００４】次に、上記公報に開示されているかかるＣ
ＣＤ撮像装置における開口率を向上させるため設けたマ
イクロレンズの形成方法について説明する。図５は図４
のＡ−Ａ′線に沿った断面を模式的に示している。イン
ターライン転送ＣＣＤ撮像装置は半導体基板100 の主面
に、例えば基板不純物と反対の導電型をもつホトダイオ
ードなどの光電変換素子101 、閾値電圧を不純物によっ
て制御されたトランスファゲート領域105 ，埋め込みチ
ャネルからなる垂直ＣＣＤレジスタ102 が形成されてい
る。そして基板の表面には絶縁膜110 を介して転送電極
106 が配置されている。更にリンガラス層111 を介し
て、垂直ＣＣＤレジスタ102 及びトランスファゲート領
域105 を遮光するようにアルミニウムからなる遮光層10
9 が配置されている。

【０００５】このような構成のインターライン転送ＣＣ
Ｄ撮像装置に開口率向上用のレンズを形成するには、ま
ず図６に示すように、ＣＣＤ撮像装置の主面に、透明で
感光性のある第１の樹脂層112 を形成する。該感光性樹
脂層112 はＣＣＤ撮像装置の主面の凹凸をなくすと共
に、後で形成するレンズの焦点が光電変換素子上に結ぶ
ように、レンズの焦点距離を調整する役目を兼ねてい
る。透明感光性樹脂層112の厚さはレンズの曲率，レン
ズ材料の屈折率によって決定される。

【０００６】感光性樹脂層112 を被着した後、撮像装置
のボンデングパッド部及びスクライブライン上の感光性
樹脂層112 を樹脂自身のホトレジスト作用を用いて除去
する。その後感光性樹脂層112 を硬化するため、該樹脂
層112 の転化温度以上で熱処理する。次に、感光性樹脂
層112 上にレンズアレイを形成するための第２の感光性
樹脂層113 を被着する。その後、第２の感光性樹脂層11
3 は、露光，現像のホトレジスト工程により、遮光層10
9 上の一部及び光電変換素子101 を垂直方向に分離して
いる垂直分離部108 上の一部が除去される。図７は第２
感光性樹脂層113 の現像後の平面模式図で、該第２感光
性樹脂層113 は光電変換素子101 に対応してモザイク状
に形成される。なお図８は、図７の断面を示す図であ
る。

【０００７】その後、第２感光性樹脂層113 は、樹脂の
転化温度以上で、且つ第１の感光性樹脂層112 を熱処理
した温度より低い条件で熱処理を行い、該樹脂層113 の
熱流動によりレンズ形状に成形され、マイクロレンズア
レイ部114 が形成される。図９は第２感光性樹脂層113
の熱処理後の断面図である。

【０００８】このようにマイクロレンズアレイ部114 が
形成されたＣＣＤ撮像装置においては、入射光はレンズ
状の第２感光性樹脂層113 からなるレンズアレイ部114
の曲率半径及び第１感光性樹脂層112 の厚さにより集光
効率が変わるものの、遮光層109 及び光電変換素子101
の垂直分離部108 に照射された光までも、光電変換素子
101 の中に完全に集光することができる。

【０００９】そして、入射光がレンズアレイ部114 に対
して垂直に入射されると仮定した場合、図10に示すよう
に、絶縁層110 ，リンガラス層111 （図示せず），樹脂
層112 等からなる中間層の厚さｔ₁，レンズアレイ部の
厚さｔ₂としたとき、次式（１）を満足すると、開口率
はほぼ100 ％になる。ｔ₁＝｛ｎ₁／（ｎ₁−ｎ₀）｝・｛（ｐ²＋ｔ₂ ²）／２ｔ₂｝−ｔ₂ ・・・・・（１）ここで、ｎ₀，ｎ₁は、それぞれ空気及び中間層の屈折
率、ｐは水平方向画素ピッチの１／２であり、屈折率を
1.5 ，レンズの曲率半径を光電変換素子101 のピッチの
１／２とする。透明感光性樹脂112 の厚さはレンズの曲
率、レンズ材料の屈折率によって決定される。

【００１０】レンズの曲率半径を光電変換素子101 のピ
ッチの１／２としたのは、図11に示すように、マイクロ
レンズが、球形状マイクロレンズ115 の形状をなしてい
たのでは集光レンズとして機能しないからである。つま
り、レンズ曲率半径と光電変換素子ピッチが等しくなる
条件が、マイクロレンズが集光レンズとして機能する臨
界条件となる。この条件を（１）式に代入すると、中間
層厚（マイクロレンズ〜光電変換素子）ｔ₁は、レンズ
の曲率半径（厚さ）と水平方向画素ピッチの１／２が等
しいので（ｔ₂＝ｐ）、ｔ₁＝２ｐとなる。この計算結
果からわかるように、感光性樹脂112 の厚さは、少なく
とも光電変換素子101 のピッチ以上を必要とする。

【００１１】ところで、半導体製造工程により作成され
る固体撮像装置においては、配線を形成するポリシリコ
ン層あるいはアルミニウム層等を受光部上に多層に積層
配置しているため、平坦化層上部までの距離ｔ₁は、約
４μｍ程度が最低必要となる。

【００１２】一方、固体撮像装置においては、高解像度
化を目的とした画素の縮小化が進められており、例えば
１／２インチハイビジョン用固体撮像装置においては、
画素サイズが3.８μｍ前後となっている。このような画
素サイズの固体撮像装置において、ｎ₀＝１，ｎ₁＝1.
５，ｔ₁＝4.０μｍ，ｐ＝3.８／２＝1.９μｍとして、
前記（１）式から、レンズの厚さｔ₂を求めると、ｔ₂
＝1.73μｍとなる。

【００１３】この場合、レンズの厚さｔ₂＝1.73μｍ
と、レンズ底面の長さ（画素ピッチ）２ｐ＝3.８μｍか
らわかるように、マイクロレンズはほぼ半球形となる。
このような半球形マイクロレンズの製作工程は、そのプ
ロセスが難しくなる。

【００１４】また、全反射を起こすブリュースター角θ
は、次式（２）より算出される。 sinθ＝ｎ₀／ｎ₁ ・・・・・（２）ｎ₀＝１，ｎ₁＝1.５の場合、θ＝41.8°となる。そし
て、この角度以上に入射面に対し傾いて進入する光は全
反射される。したがって、前記半球形レンズの場合、上
部よりレンズ部に垂直に均一光が入射した場合、全反射
により無効となる割合は、１−｛ cos（90−θ）｝²＝
0.56となる。

【００１５】すなわち、レンズ部に入射する均一光のう
ち、56％の光は全反射により受光部に入らないことにな
り、大幅な光感度の低下が生じることになる。更に、レ
ンズ周辺部で全反射された入射光は、他画素に入射する
場合があるが、この場合は、クロストークの発生とな
り、解像度及びレスポンスの低下を生じることとなる。

【００１６】レンズの厚さｔ₂は、中間層の厚さｔ₁を
増すことにより薄くすることができる。例えば、ｔ₁＝
８μｍとした場合は、上記（１）式より、ｔ₂＝0.71μ
ｍととなる。この場合、図11において114 で示すよう
に、円弧形状のマイクロレンズとなり、垂直入射光は全
反射されることなく、レンズ層を通過する。したがっ
て、このような円弧形状のマイクロレンズは、レンズ形
状としては問題はないが、次に述べるような光路上での
問題が生じる。すなわち、4.０μｍ²前後に画素サイズ
が縮小された場合、画素部における受光開口部は、２μ
ｍ²以下と小さいものとなる。しかも開口部周辺は配線
用のポリシリコンあるいは多層アルミニウム配線が縦横
に存在している。オンチップマイクロレンズの製造工程
において、画素部における開口部とマイクロレンズの中
心に合わせずれが生じると、入射光の一部が上記ポリシ
リコン配線あるいは多層アルミニウム配線に当たり、反
射，吸収を受け、感度の低下を生じる。

【００１７】したがって、オンチップマイクロレンズに
おいて、レンズ層の厚さが薄いほど、レンズを通過した
入射光の角度が垂直に近くなるため、配線による反射，
吸収は、レンズ層が厚い場合に比べ、起こり易くなるこ
ととなる。またレンズ層の厚さが薄く焦点距離が長いほ
ど、入射光波長の差による焦点位置のずれ（色収差）が
大きくなるため、マイクロレンズの焦点の位置（平坦層
の厚さ）の設定が難しくなる。

【００１８】更に、カメラレンズのＦナンバ（絞り）に
よって、マイクロレンズに入射する入射光の角度が変わ
る（Ｆ値が小さいほど大きい入射角の成分が増える）
が、この入射角度が変わった時の光路のずれは、平坦化
層が厚いほど（レンズの厚さが薄いほど）大きくなる。
以上の理由により、レンズ層の厚さをあまり薄くするこ
とは不具合が生じ、望ましくない。しかし平坦化層が厚
くなる要因が現実には存在する。

【００１９】上記のようなマイクロレンズに関わる問題
点を回避する手段として、本件出願人は先に特願平５−
２０５６３２号において、光導波路を持った固体撮像装
置を提案した。この固体撮像装置は、入射光をマイクロ
レンズにより光導波路の光入射面近辺に集光し、光導波
路により効率的に受光部に導くようにしたものである。
したがって、マイクロレンズ用平坦化層の厚さ、あるい
はマイクロレンズの厚さに、プロセス上の制限はなくな
り、自由度が大きいマイクロレンズの設計が可能とな
る。

【００２０】次に上記特願平５−２０５６３２号におい
て提案した固体撮像装置の製造方法を、図12に基づいて
簡単に説明する。図12の（Ａ）において、１はｎ⁺拡散
層よりなるＣＭＤ（Charge Modulation Device）のソー
ス領域、２はｎ⁺拡散層よりなるドレイン領域、３はｎ
^-エピタキシャル層よりなるチャネル領域である。４は
ゲート酸化膜、５は多結晶シリコンよりなるＣＭＤのゲ
ート電極であり、チャネル領域３，ゲート酸化膜４及び
ゲート電極５とでＭＯＳ型ホトダイオードを形成してい
る。６は酸化膜等よりなる絶縁層であり、パッシベーシ
ョン膜形成工程及び表面平坦化工程の終了後は、絶縁層
６の表面７は受光領域一様にわたり良好に平坦化されて
いる。次に、全面にレジスト膜８を形成した後、ＭＯＳ
型ホトダイオード部の少なくともその一領域を開口する
ように、ホトリソグラフィー法を用いて開口部９となる
部分のレジスト膜８を除去する。その後、リアクティブ
イオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて、異方的に開口
部９の下部の絶縁層６を除去し、光導波路用の穴10を形
成する。次に図12の（Ｂ）に示すように、ゾル−ゲル法
を用いて、絶縁層６の屈折率よりも高屈折率を有するTi
Ｏ₂（屈折率2.0 ）等の材料を塗布し、光導波路10ａを
形成すると共に、全面に高屈折率膜11を形成する。次
に、レジスト膜12を高屈折率膜11の上に塗布し、レジス
ト膜12と高屈折率膜11の選択比が１であるようなエッチ
ング条件でエッチバックして、表面の平坦化を行う。次
いで、図12の（Ｃ）に示すように、レンズ用平坦化層13
及びマイクロレンズ14を光導波路10ａの直上に形成し、
マイクロレンズ付の固体撮像装置を完成する。

【００２１】このように構成した固体撮像装置において
は、光導波路10ａを構成している材料が、光導波路10ａ
を囲んでいる絶縁層６の構成材料より高屈折率を有する
ため、光導波路10ａと絶縁層６の構成はコア−クラッド
の関係を満たし、マイクロレンズ14で集光された光は良
好にホトダイオード部に導かれる。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記特許出
願で提案した固体撮像装置には、次のような問題点があ
る。すなわち、高屈折率膜の一部である光導波路を構成
している材料が、該光導波路を囲んでいる絶縁層の構成
材料より高屈折率を有するものでなければならない。例
えば光導波路を囲んでいる絶縁層がSiＯ₂で形成されて
いる場合、光導波路及び高屈折率膜には約2.0 の屈折率
の材料を用いなければならない。このような高屈折率膜
を用いると、マイクロレンズとＣＭＤのゲート電極間に
は、高屈折率膜と平坦化層という屈折率の異なる膜が積
層されることになるので、高屈折率膜の上面に凹凸があ
ると、図12の（Ｃ）に示すように、平坦化層13と高屈折
率膜11の接合部で入射光15の散乱が生じ、入射光15の一
部が光導波路10ａに導かれなくなるという問題点があ
る。

【００２３】本発明は、先に提案した固体撮像装置にお
ける上記問題点を解消するためになされたもので、請求
項１〜４記載の発明は、平坦化層と光導波路との接合部
において入射光の散乱を抑えることの可能なマイクロレ
ンズと光導波路を備えた固体撮像装置を提供することを
目的とする。また、請求項５，６記載の発明は、平坦化
層と光導波路との接合部において入射光の散乱を殆ど生
じさせないようにしたマイクロレンズと光導波路を備え
た固体撮像装置を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段及び作用】上記問題点を解
決するため、請求項１記載の発明は、ホトダイオードを
含む画素を１次元あるいは２次元状に多数配置した受光
部と、該受光部上に形成された絶縁層とを有し、少なく
とも前記ホトダイオード上の絶縁層の一部に、受光部の
受光面に対して垂直に光導波路を設けると共に、該光導
波路の上部に平坦化膜を介してオンチップマイクロレン
ズを形成し、該オンチップマイクロレンズの焦点が前記
光導波路の光入射面近辺に存在するように構成した固体
撮像装置において、前記光導波路は、前記平坦化膜の屈
折率との差が0.2 以下であって、且つ前記絶縁層との境
界面において入射光の全反射が生じるような該絶縁層と
の屈折率差となる高屈折率材料で形成するものである。
また請求項２記載の発明は、前記平坦化膜及び絶縁層を
SiＯ₂膜で形成し、前記光導波路をSiＯ₂と酸化ゲルマ
ニウム（GeＯ₂）の混合物で形成するものであり、また
請求項３記載の発明は、前記平坦化膜及び絶縁層をSiＯ
₂膜で形成し、前記光導波路をSiＯ₂と酸化ベリリウム
（BeＯ₂）の混合物で形成するものであり、また請求項
４記載の発明は、前記平坦化膜及び絶縁層をSiＯ₂膜で
形成し、前記光導波路をSiＯ₂と酸化マグネシウム（Mg
Ｏ）の混合物で形成するものである。

【００２５】このように、光導波路を、絶縁層との境界
面において入射光の全反射を生じさせながら、平坦化層
の屈折率との差が0.2 以下になるような屈折率をもつ材
料で構成することにより、光導波路と平坦化層との接合
面において、若干の凹凸があっても入射光の散乱を低減
することが可能となり、入射光を効率よく光導波路に導
くことができる。

【００２６】また請求項５記載の発明は、ホトダイオー
ドを含む画素を１次元あるいは２次元状に多数配置した
受光部と、該受光部上に形成された絶縁層を有し、少な
くとも前記ホトダイオード上の絶縁層の一部に、受光部
の受光面に対して垂直に光導波路を設けると共に、該光
導波路の上部に平坦化膜を介してオンチップマイクロレ
ンズを形成し、該オンチップマイクロレンズの焦点が前
記光導波路の光入射面近辺に存在するように構成した固
体撮像装置において、前記光導波路と前記絶縁層との間
に、前記光導波路の屈折率よりも低屈折率を有する光導
波路クラッド膜を設けるものであり、また請求項６記載
の発明は、前記光導波路クラッド膜を、SiＯ₂と三酸化
二ホウソ（Ｂ₂Ｏ₃）の混合物で形成するものである。

【００２７】このように、光導波路と絶縁層との間に、
光導波路より低屈折率の光導波路クラッド膜を設けるこ
とにより、光導波路と平坦化層の屈折率に殆ど差を与え
なくても、光導波路と絶縁層との境界部においては光導
波路クラッド膜を介して確実に入射光を全反射させるこ
とが可能となり、したがって光導波路と平坦化層との接
合面における入射光の散乱を殆どなくすことができ、集
光可能な入射光の角度範囲が広くなり、入射光を一層効
率的に光導波路に導くことができる。また絶縁層に入射
した迷光が受光部へ入射するのを、確実に防止すること
ができる。

【００２８】

【実施例】

〔第１実施例〕次に実施例について説明する。図１は、
本発明に係るオンチップマイクロレンズを備えた固体撮
像装置の第１実施例を説明するための製造工程を示す図
である。本発明は、固体撮像装置の受光部を構成するホ
トダイオードとして、ｐ−ｎ接合ダイオード，ＭＯＳ型
ホトダイオードのいずれを用いたものにも適用可能であ
るが、以下述べる各実施例は、ＭＯＳ型ホトダイオード
からなるＣＭＤを画素として用いたもので説明を行うこ
ととする。

【００２９】この実施例は、コア−クラッド（core cla
d ）型の光導波路を備えたものである。図１の（Ａ）に
おいて、１はｎ⁺拡散層よりなるＣＭＤのソース領域、
２はｎ⁺拡散層よりなるドレイン領域、３はｎ^-エピタ
キシャル層よりなるチャネル領域である。４はゲート酸
化膜、５は多結晶シリコンよりなるＣＭＤのゲート電極
であり、チャネル領域３，ゲート酸化膜４及びゲート電
極５とでＭＯＳ型ホトダイオードを形成している。６は
絶縁層であり、パッシベーション膜形成工程及び表面平
坦化工程の終了後は、絶縁層６の表面７は受光領域一様
にわたり良好に平坦化されている。なお、絶縁層６は屈
折率が約1.5 のSiＯ₂で形成されている。次に、全面に
レジスト膜８を形成した後、ホトリソグラフィー法を用
いて開口部９となる部分のレジスト膜８を除去する。そ
の後、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法を用
いて、異方的に開口部９の下部の絶縁層６を除去し、光
導波路用の穴10を形成する。なお、上記エッチングにお
いては、絶縁層６とゲート電極５を構成している多結晶
シリコンとのエッチング選択性の良好なエッチングガス
を用いる。

【００３０】図１の（Ａ）に示す構成を形成する工程を
終了した後、レジスト膜８を除去し、次に図１の（Ｂ）
に示すように、ゾル−ゲル法等を用いて、絶縁層６の屈
折率よりも高屈折率を有し、後述の平坦化層の屈折率と
の差は0.2 以下の屈折率をもつ材料を塗布し、光導波路
10ａを形成すると共に、全面に光導波路コア膜11を形成
する。次いで、全面に前記絶縁層６と同様にSiＯ₂から
なる平坦化層13を形成した後、マイクロレンズ14を光導
波路10ａの直上に形成する。

【００３１】上記絶縁層６の屈折率よりも高屈折率を有
する光導波路10ａ及び光導波路コア膜11は、SiＯ₂に高
屈折率不純物を混合したもので形成するもので、SiＯ₂
〔屈折率：1.5 〕に混合する割合を変化させることによ
り、光導波路10ａ及び光導波路コア膜11の屈折率を、高
屈折率不純物の屈折率近傍まで自由に変えることができ
る。そして混合する高屈折率不純物としては、例えば酸
化ベリリウム（BeＯ₂）〔屈折率：1.73〕，酸化マグネ
シウム（MgＯ）〔屈折率：1.74〕，酸化ゲルマニウム
（IV）（GeＯ₂）などが用いられる。

【００３２】このような混合割合を適切に行って、光導
波路10ａ及び光導波路コア膜11の屈折率と平坦化層13の
屈折率の差を0.2 以下とすることにより、平坦化層13と
光導波路コア膜11の接合部において、若干の凹凸があっ
ても入射光の散乱を抑え、入射光を効率よく光導波路10
ａを介して受光部へ集めることができる。もちろんこの
場合、光導波路10ａと絶縁層６との境界面において、入
射光の全反射条件を満たしていることが前提条件であ
る。例えば、絶縁層６として屈折率1.5 のSiＯ₂を用
い、光導波路10ａとしてSiＯ₂とBeＯ₂の混合物からな
る屈折率1.6 の材料を用いた場合、前記（２）式からブ
リュースター角θは69.6度となり、光導波路10ａの内壁
に対して約30度の範囲内に光入射しておれば、光導波路
10ａと絶縁層６の境界面は入射光に対して全反射条件を
満たしていることになる。

【００３３】このような全反射条件を満たしておれば、
平坦化層と光導波路コア膜との屈折率差は小さい方が、
平坦化層と光導波路コア膜の接合部における入射光散乱
が抑えられることは明らかである。本発明において、屈
折率差を0.2 以下としたのは、次の理由による。通常平
坦化層には屈折率1.5 のSiＯ₂が用いられ、一方、光導
波路コア膜に用いる高屈折率不純物の屈折率は1.7 〜1.
8 程度なので、SiＯ₂と高屈折率不純物とからなる光導
波路コア膜の屈折率は、現実的には約1.7 位までに設定
することができる。したがって、屈折率差の上限を0.2
に設定するものである。

【００３４】図12に示した従来例においては、屈折率1.
5 のSiＯ₂からなる平坦化層に対して屈折率2.0 のTiＯ
₂からなる高屈折率膜を用いていたので、屈折率差は0.
5 であり、したがって屈折率差を0.2 以下とした本発明
が、従来例より入射光を散乱させず効率よく集めること
が可能であることがわかる。

【００３５】〔第２実施例〕上記第１実施例に示した構
成により、従来例と比較して集光効率において、かなり
の改善がなされているが、光導波路コア膜の上面におい
て、特に光導波路上の光導波路コア膜の上面において、
かなりの凹凸がある場合、光導波路コア膜と平坦化層と
は屈折率に差があるため、やはり図12の（Ｃ）に示した
ように入射光の一部が光導波路に入射しないおそれがあ
る。第２実施例は、この問題点を解決できるようにした
もので、光導波路と絶縁層の間に光導波路クラッド膜を
形成した点に特徴を有するものである。

【００３６】次に、図２に示す製造工程図に基づいて第
２実施例を説明する。なお、図１に示した第１実施例と
同一又は対応する部材には同一符号を付して示してい
る。まず図２の（Ａ）に示すように、第１実施例と同様
の工程で、光導波路用の穴10を形成する。次に、図２の
（Ｂ）に示すように、 500℃以下の温度で、膜厚の均一
性がよく且つ被覆性のよい絶縁膜の形成可能な低温ＬＰ
ＣＶＤ法あるいはプラズマＣＶＤ法等により、厚さ1000
Å程度の低屈折率膜21を、光導波路用の穴10内を含む全
表面に形成する。次いで、図２の（Ｃ）に示すように、
リアクティブイオンエッチング法を用いて異方的に、絶
縁層６の上方部とゲート電極５の上方部の低屈折率膜21
を除去し、光導波路用の穴10の内周壁に低屈折率膜から
なる光導波路クラッド膜21ａを形成する。

【００３７】低屈折率膜からなる光導波路クラッド膜21
ａの形成材料としては、例えばSiＯ₂に、これよりも低
屈折率の不純物を混合したものを用いる。SiＯ₂に混合
する低屈折率不純物としては、例えば酸化ホウ素（Ｂ₂
Ｏ₃）〔屈折率：1.46〕がある。また、この不純物のSi
Ｏ₂に混合する割合を変化させることにより、光導波路
クラッド膜21ａの屈折率を低屈折率不純物の屈折率の近
傍まで、自由に変えることが可能である。

【００３８】次に図２の（Ｄ）に示すように、絶縁層６
と次に述べる平坦化層の屈折率に近い材料を、ゾル−ゲ
ル法等により塗布し、光導波路10ａを形成すると共に、
全面に光導波路コア膜11を形成する。次いで、全面に前
記絶縁層６と同様にSiＯ₂からなる平坦化層13を形成し
たのち、マイクロレンズ14を光導波路10ａの直上に形成
する。

【００３９】この実施例においては、上記のように光導
波路10ａと絶縁層６との間に、それらの屈折率よりも低
屈折率の光導波路クラッド膜21ａを設けたので、光導波
路10ａ及び光導波路コア膜11の屈折率を平坦化層13ある
いは絶縁層６の屈折率に近い値にしても、光導波路10ａ
と絶縁層６との境界部は、光導波路クラッド膜21ａを介
して入射光に対する全反射条件を満たすことができ、ま
た光導波路コア膜11と平坦化層13との屈折率は近接して
いるので、それらの接合面における入射光の散乱は殆ど
妨げるので、第１実施例よりも入射光の散乱阻止効果が
あり、集光可能な入射角の角度範囲を広げることができ
る。また絶縁層６に入射した迷光22は、絶縁層６と光導
波路クラッド膜21ａとの境界面における全反射により、
受光部への入射は確実に阻止することができる。

【００４０】

【発明の効果】以上実施例に基づいて説明したように、
請求項１〜４記載の発明によれば、光導波路とマイクロ
レンズを備えた固体撮像装置において、光導波路と平坦
化膜との接合面における入射光の散乱を最小限に抑え
て、マイクロレンズの効果を十分に引き出すことができ
る。また請求項５，６記載の発明によれば、低屈折率の
光導波路クラッド膜を設けると共に光導波路と平坦化膜
の各屈折率を近い値としたため、光導波路と平坦化膜と
の接合面における入射光の散乱を殆ど抑えることがで
き、集光可能な入射光の角度範囲を広げることが可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る固体撮像装置の第１実施例を説明
するための製造工程を示す図である。

【図２】本発明の第２実施例を説明するための製造工程
を示す図である。

【図３】従来のインターライン転送ＣＣＤ固体撮像装置
の構成例を示す概略平面図である。

【図４】図３の部分拡大図である。

【図５】図４のＡ−Ａ′線に沿った断面を示す図であ
る。

【図６】従来のマイクロレンズアレイ部を備えたＣＣＤ
固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。

【図７】図６に示す製造工程に続く製造工程を示す平面
図である。

【図８】図７の断面を示す図である。

【図９】マイクロレンズアレイ部が形成されたＣＣＤ固
体撮像装置の断面を示す図である。

【図10】レンズアレイ部の厚さ及び中間層の厚さと開口
率との関係を説明するための説明図である。

【図11】マイクロレンズの形状についての説明図であ
る。

【図12】先に提案した固体撮像装置の構成を説明するた
めの製造工程図である。

【符号の説明】

１ソース領域２ドレイン領域３チャネル領域４ゲート酸化膜５ゲート電極６絶縁層７絶縁層表面８レジスト膜９開口部 10 光導波路用穴 10ａ光導波路 11 光導波路コア膜 13 平坦化層 14 マイクロレンズ 15 入射光 21 低屈折率膜 21ａ光導波路クラッド膜

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホトダイオードを含む画素を１次元ある
いは２次元状に多数配置した受光部と、該受光部上に形
成された絶縁層とを有し、少なくとも前記ホトダイオー
ド上の絶縁層の一部に、受光部の受光面に対して垂直に
光導波路を設けると共に、該光導波路の上部に平坦化膜
を介してオンチップマイクロレンズを形成し、該オンチ
ップマイクロレンズの焦点が前記光導波路の光入射面近
辺に存在するように構成した固体撮像装置において、前
記光導波路は、前記平坦化膜の屈折率との差が0.2 以下
であって、且つ前記絶縁層との境界面において入射光の
全反射が生じるような該絶縁層との屈折率差となる高屈
折率材料で形成されていることを特徴とする固体撮像装
置。
【請求項２】前記平坦化膜及び絶縁層をSiＯ₂膜で形
成し、前記光導波路をSiＯ₂と酸化ベリリウム（Be
Ｏ₂）の混合物で形成したことを特徴とする請求項１記
載の固体撮像装置。
【請求項３】前記平坦化膜及び絶縁層をSiＯ₂膜で形
成し、前記光導波路をSiＯ₂と酸化マグネシウム（Mg
Ｏ）の混合物で形成したことを特徴とする請求項１記載
の固体撮像装置。
【請求項４】前記平坦化膜及び絶縁層をSiＯ₂膜で形
成し、前記光導波路をSiＯ₂と酸化ゲルマニウム（IV）
（GeＯ₂）の混合物で形成したことを特徴とする請求項
１記載の固体撮像装置。
【請求項５】ホトダイオードを含む画素を１次元ある
いは２次元状に多数配置した受光部と、該受光部上に形
成された絶縁層を有し、少なくとも前記ホトダイオード
上の絶縁層の一部に、受光部の受光面に対して垂直に光
導波路を設けると共に、該光導波路の上部に平坦化膜を
介してオンチップマイクロレンズを形成し、該オンチッ
プマイクロレンズの焦点が前記光導波路の光入射面近辺
に存在するように構成した固体撮像装置において、前記
光導波路と前記絶縁層との間に、前記光導波路の屈折率
よりも低屈折率を有する光導波路クラッド膜を備えてい
ることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項６】前記光導波路クラッド膜を、SiＯ₂と三
酸化二ホウソ（Ｂ₂Ｏ₃）の混合物で形成したことを特
徴とする請求項５記載の固体撮像装置。