JP2005340498A - Solid-state imaging device - Google Patents

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映志 藤井
Akiko Murata
晶子 村田
Atsushi Tomosawa
淳 友澤
Hideo Torii
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid-state imaging device whose condensing efficient and reliability is high. <P>SOLUTION: This solid-state imaging device is provided with a light receiver 101 formed on the surface of a semiconductor substrate 100 for performing photoelectric conversion, an insulating film 110 formed on the semiconductor substrate 100 and equipped with a recess at the upper part of the light receiving part 101, and an optical waveguide 111 formed at the recess for condensing incident rays of light to the light receiving part 101. The refractive index of the optical waveguide 111 is made larger than the refractive index of the insulating film 110, and a void 112 is formed at the central part of the optical waveguide 111. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、受光部上に光導波路が形成されている固体撮像素子に関するものである。   The present invention relates to a solid-state imaging device in which an optical waveguide is formed on a light receiving portion.

小型で軽量のデジタルスチルカメラやカメラ機能付の携帯電話の普及により、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型等の固体撮像素子の小型化及び画素の高密度化が急速に進んでいる。これに伴って受光部上の受光領域が小さくなり、感度の低下が発生している。このような感度低下を解消する対策としては、例えば、カラーフィルタの上部に有機高分子材料からなるマイクロレンズを形成するのに加えて、受光部とカラーフィルターとの間に層内レンズ形成し、前記マイクロレンズと併用する方法がとられている。層内レンズはオンチップレンズにより集光されて層間絶縁膜中に入射した光を再度集光する役割を持ち、これにより、固体撮像素子全体としての集光効率を高めることが出来る。   With the spread of small and light digital still cameras and mobile phones with camera functions, solid-state imaging devices such as CCD (Charge Coupled Device) or MOS (Metal Oxide Semiconductor) type have become smaller and higher density pixels. It is out. Along with this, the light receiving area on the light receiving portion becomes smaller, resulting in a decrease in sensitivity. As a measure to eliminate such a decrease in sensitivity, for example, in addition to forming a microlens made of an organic polymer material above the color filter, an in-layer lens is formed between the light receiving portion and the color filter, A method is used in combination with the microlens. The intra-layer lens has a role of condensing again the light collected by the on-chip lens and incident on the interlayer insulating film, thereby improving the light collection efficiency of the solid-state imaging device as a whole.

層内レンズの形成は、遮光膜の上にＢＰＳＧ（borophosphosilicate glass ）膜等の材料によってリフロー形状を持つ層間絶縁膜を形成し、転送電極間、つまり受光部の上方に形成されたくぼみの中に高屈折率材料を埋め込むことによって行なう。しかしながら、このプロセスでは層内レンズの形状が層間絶縁膜の形状で決まってしまうため、集光に最適な形状のレンズを得ることが困難である。そのため、今後さらに固体撮像素子の小型化や画素の高密度化が進むと、受光部の受光領域が更に狭くなり、十分な集光効率を得ることが困難となると予想される。   The intra-layer lens is formed by forming an interlayer insulating film having a reflow shape with a material such as a BPSG (borophosphosilicate glass) film on the light shielding film, and in a recess formed between the transfer electrodes, that is, above the light receiving portion. This is done by embedding a high refractive index material. However, in this process, since the shape of the inner lens is determined by the shape of the interlayer insulating film, it is difficult to obtain a lens having an optimum shape for condensing light. For this reason, if the solid-state imaging device is further miniaturized and the pixel density is further increased in the future, it is expected that the light receiving area of the light receiving unit will be further narrowed and it will be difficult to obtain sufficient light collection efficiency.

そこで、層内レンズに代わる技術として、受光部の直上位置の平坦化膜に凹部を形成し、該凹部に高屈折率材料を埋め込むことによって光導波路を形成することにより、受光部により多くの光を集光させる方法が提案されている。例えば、特許文献１において、光導波路となる高屈折率材料には、屈折率２．０のＳｉＮ膜が用いられている。   Therefore, as an alternative to the intra-layer lens, a concave portion is formed in the planarizing film immediately above the light receiving portion, and an optical waveguide is formed by embedding a high refractive index material in the concave portion. A method for condensing light is proposed. For example, in Patent Document 1, a SiN film having a refractive index of 2.0 is used as a high refractive index material serving as an optical waveguide.

ここで、光導波路となる高屈折率材料を埋め込むための凹部は、層間絶縁膜をエッチングにより除去することで形成する。このエッチング時に受光部がエッチングによるダメージを受けることを防ぐため、特許文献２では、光導波路を形成するための凹部の底にエッチングストッパ層としてＳｉＮ系膜を形成する構成が提案されている。   Here, the recess for embedding the high refractive index material to be the optical waveguide is formed by removing the interlayer insulating film by etching. In order to prevent the light receiving portion from being damaged by etching during this etching, Patent Document 2 proposes a configuration in which a SiN-based film is formed as an etching stopper layer on the bottom of a recess for forming an optical waveguide.

また、さらに集光効率を上げるために、特許文献３では、図２に示すような、光導波路を屈折率の異なる多層膜とした構造が提案されている。特許文献３の固体撮像素子においては、シリコン基板１１の表面部に複数個の光電変換素子（受光部）１２（図２では一つだけ示している）が形成され、シリコン基板１１及び受光部１２を覆う層間絶縁膜１３が形成されている。また、層間絶縁膜１３中に、第１層メタル配線１４、第２層メタル配線１５及び第３層メタル配線１６が形成されていると共に、層間絶縁膜１３中で且つ受光部１２の上方に、光導波路１７が形成されている。更に、光導波路１７及び層間絶縁膜１３の上側に、カラーフィルター１８を介してオンチップレンズ１９が形成されている。   In order to further increase the light collection efficiency, Patent Document 3 proposes a structure in which the optical waveguide is a multilayer film having a different refractive index as shown in FIG. In the solid-state imaging device of Patent Document 3, a plurality of photoelectric conversion elements (light receiving portions) 12 (only one is shown in FIG. 2) are formed on the surface portion of the silicon substrate 11. An interlayer insulating film 13 is formed to cover. In addition, the first layer metal wiring 14, the second layer metal wiring 15, and the third layer metal wiring 16 are formed in the interlayer insulating film 13, and in the interlayer insulating film 13 and above the light receiving portion 12. An optical waveguide 17 is formed. Further, an on-chip lens 19 is formed above the optical waveguide 17 and the interlayer insulating film 13 via a color filter 18.

また、光導波路１７は、層間絶縁膜１３中に形成された凹部に、第１の光導波路膜２０、第２の光導波路膜２１及び第３の光導波路膜２２が順に積層され、更に内側に透明膜２３を埋め込んだ構成となっている。ここで、第１の光導波路膜２０、第２の光導波路膜２１及び第３の光導波路膜２２は、いずれも層間絶縁膜１３よりも屈折率が高い。これと共に、第１の光導波膜２０よりも第２の光導波路膜２１は屈折率が高く且つ第２の光導波路膜２１よりも第３の光導波路膜２２は屈折率の高い構成とし、更に、第１、第２及び第３の光導波路膜は、それぞれ屈折率の低い膜と屈折率の高い膜との積層膜となっている。このような構成とすることによって、臨界角度の大きい光を光導波路１７により受光部１２に集光させることができ、集光効率の高い固体撮像素子を実現している。
特開平１０−３２６８８５号公報 特開２０００−１５０８４５号公報 特開２００３−２４９６３３号公報 The optical waveguide 17 is formed by laminating a first optical waveguide film 20, a second optical waveguide film 21, and a third optical waveguide film 22 in this order in a recess formed in the interlayer insulating film 13, and further on the inner side. The transparent film 23 is embedded. Here, the first optical waveguide film 20, the second optical waveguide film 21, and the third optical waveguide film 22 are all higher in refractive index than the interlayer insulating film 13. At the same time, the second optical waveguide film 21 has a higher refractive index than the first optical waveguide film 20 and the third optical waveguide film 22 has a higher refractive index than the second optical waveguide film 21. Each of the first, second, and third optical waveguide films is a laminated film of a film having a low refractive index and a film having a high refractive index. With such a configuration, light having a large critical angle can be condensed on the light receiving unit 12 by the optical waveguide 17, and a solid-state imaging device with high light collection efficiency is realized.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-326885 JP 2000-150845 A JP 2003-249633 A

しかしながら、前記のようにＳｉＮ系膜を光導波路として凹部を完全に埋め込むように形成する場合、リーク電流の増加及びクラックの発生等の課題があった。これは、特性安定化のために行う高温熱処理等の過程において発生する素子内の大きな応力を原因として生じる課題である。例えばＳｉウエハ、層間絶縁膜（ＳｉＯ2 ）及びＳｉＮ膜高屈折率材料の線膨張係数の違いと、ＳｉＮ膜の成膜時に発生する内部応力とに起因して、このような応力が発生する。 However, when the SiN film is formed as an optical waveguide so as to completely fill the recess as described above, there are problems such as an increase in leakage current and generation of cracks. This is a problem caused by a large stress in the element generated in a process such as a high-temperature heat treatment performed for characteristic stabilization. For example, such a stress is generated due to the difference in linear expansion coefficient between the Si wafer, the interlayer insulating film (SiO 2 ), and the SiN film high refractive index material and the internal stress generated when the SiN film is formed.

また、光導波路を多数の膜を積層により形成する場合には、各層の線膨張係数の違い及び製造プロセスの違い、特に成膜温度等の違いにより、リーク電流の増加及びクラックの発生等の同様の課題が発生する。   In addition, when an optical waveguide is formed by laminating a number of films, the leakage current increases and cracks occur due to differences in the linear expansion coefficient of each layer and manufacturing processes, especially the film forming temperature. Issue arises.

さらに、層間絶縁膜であるＳｉＯ2 薄膜と、エッチングストッパ層であるＳｉＮ系膜とは、エッチングレートの差が小さい。このため、例えばＣＦ4 系ガスを用いたドライエッチングによって異方性エッチングを行うと、ＳｉＯ2 薄膜（層間絶縁膜）だけではなくＳｉＮ系膜（エッチングストッパ層）も容易にエッチングされる。このことからエッチングストッパ層の膜厚にバラツキが生じ易くなると共に、受光部表面における反射率に影響して受光部に入射する光量にもバラツキが生じる。このような課題もあった。 Furthermore, the difference in etching rate between the SiO 2 thin film as the interlayer insulating film and the SiN-based film as the etching stopper layer is small. For this reason, when anisotropic etching is performed by dry etching using, for example, CF 4 gas, not only the SiO 2 thin film (interlayer insulating film) but also the SiN film (etching stopper layer) is easily etched. As a result, the film thickness of the etching stopper layer is likely to vary, and the amount of light incident on the light receiving portion varies due to the reflectance on the surface of the light receiving portion. There was also such a problem.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、撮像素子において、受光部により多くの光が入射する、つまり集光効率が高く、且つ信頼性の高い固体撮像素子を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a solid-state imaging device in which more light is incident on the light receiving portion in the imaging device, that is, the light collection efficiency is high and the reliability is high. .

前記の目的を達成するために、本発明の固体撮像素子は、半導体基板表面に形成され、光電変換を行なう受光部と、半導体基板上に形成され且つ受光部上に凹部を有する絶縁膜と、凹部に形成され、入射光を受光部に集光する光導波路とを備え、光導波路の屈折率は絶縁膜の屈折率よりも大きく、光導波路の中央部に空隙を有する
本発明の固体撮像素子によると、受光部上に絶縁膜に比べて屈折率の大きい光導波路を有することから、集光効率が高くなっており、光電変換を行なう受光部に、より多くの光を集光することができる。これと共に、光導波路の中央部に空隙を有するため、固体撮像素子の製造工程における熱処理等によって素子内に発生する応力を緩和することができる。この結果、素子内の応力に起因するリーク電流及びクラックの発生を防止することができる。これらのことから、集光効率が高く、且つ信頼性の高い固体撮像素子を提供することができる。また、固体撮像素子の複数の受光部について、感度バラツキも軽減される。これは、リーク電流及びクラックが減少することから一定の性能を得ることが容易になるためである。 In order to achieve the above object, a solid-state imaging device according to the present invention is formed on a semiconductor substrate surface and performs photoelectric conversion, an insulating film formed on the semiconductor substrate and having a recess on the light receiving portion, The solid-state image pickup device according to the present invention has an optical waveguide that is formed in the recess and collects incident light on the light receiving portion, the refractive index of the optical waveguide is larger than the refractive index of the insulating film, and there is a gap in the center of the optical waveguide According to the above, since the optical waveguide having a refractive index larger than that of the insulating film is provided on the light receiving portion, the light collection efficiency is high, and more light can be collected on the light receiving portion that performs photoelectric conversion. it can. At the same time, since there is a gap in the center of the optical waveguide, it is possible to relieve stress generated in the element due to heat treatment or the like in the manufacturing process of the solid-state imaging element. As a result, it is possible to prevent leakage current and cracks due to stress in the element. For these reasons, it is possible to provide a solid-state imaging device with high light collection efficiency and high reliability. In addition, variations in sensitivity are reduced with respect to the plurality of light receiving units of the solid-state imaging device. This is because it is easy to obtain a certain performance since the leakage current and cracks are reduced.

ここで、光導波路は、単数の膜によって構成されていても良いし、複数の膜の積層構造になっていても良い。いずれの場合であっても、空隙を有することによって、本発明の効果が得られる。   Here, the optical waveguide may be constituted by a single film or may have a laminated structure of a plurality of films. In any case, the effect of the present invention can be obtained by having a void.

尚、光導波路が有する空隙は、入射光の散乱を防ぐ所定の幅を有することが好ましい。   In addition, it is preferable that the space | gap which an optical waveguide has has a predetermined | prescribed width | variety which prevents scattering of incident light.

このようにすると、光導波路の有する空隙が原因となって入射光の散乱が起こるのを抑制することができる。このため、感度特性の低下及び受光部ごとの感度のバラツキが生じるのを防ぐことができる。   In this way, it is possible to suppress the scattering of incident light due to the voids of the optical waveguide. For this reason, it is possible to prevent the sensitivity characteristics from being deteriorated and the sensitivity variation among the light receiving portions from occurring.

また、空隙の有する所定の幅は、入射光の最短波長の１／１０以下であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the predetermined | prescribed width | variety which a space | gap has is 1/10 or less of the shortest wavelength of incident light.

入射光は、波長の分布に一定の広がりを有する。これに対し、空隙の幅は、そのうち最も短い波長の１／１０以下の幅であることが好ましいのである。   Incident light has a certain spread in the wavelength distribution. On the other hand, the width of the gap is preferably 1/10 or less of the shortest wavelength.

波長の１／１０以下の空間であれば光の散乱は無視することが出来るから、前記のように空隙の幅が入射光の最短波長の１／１０以下となっていると、全ての入射光について散乱を確実に防ぐことができる。このため、感度特性の低下及び感度のバラツキが生じるのを防ぐことが確実にできる。   Since light scattering can be ignored if the space is 1/10 or less of the wavelength, if the gap width is 1/10 or less of the shortest wavelength of incident light as described above, all incident light Scattering can be reliably prevented. For this reason, it can be surely prevented that the sensitivity characteristic is deteriorated and the sensitivity is varied.

また、空隙の有する所定の幅は、１ｎｍ以上であることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the predetermined width | variety which a space | gap has is 1 nm or more.

このようにすると、素子内に発生する応力を緩和することが確実にできる。   In this way, it is possible to reliably relieve the stress generated in the element.

また、本発明の固体撮像素子は、受光部と光導波路の間に、酸化アルミニウムからなるエッチングストッパ層を有することが好ましい。   The solid-state imaging device of the present invention preferably has an etching stopper layer made of aluminum oxide between the light receiving portion and the optical waveguide.

このようにすると、光導波路を形成するための凹部を絶縁膜に形成する際に、オーバーエッチングを行なったとしても、受光部表面が受ける損傷を軽減することができる。これは、凹部は、例えばＣＦ4 系ガスを用いた異方性ドライエッチングによって形成されるが、このようなエッチングを行なう場合に、酸化アルミニウムからなるエッチングストッパ層はＳｉＯ2 からなる絶縁膜に対して十分大きな選択比を有するからである。 In this way, even if overetching is performed when forming the recess for forming the optical waveguide in the insulating film, damage to the light receiving portion surface can be reduced. This is because the recess is formed by, for example, anisotropic dry etching using a CF 4 gas, but when performing such etching, the etching stopper layer made of aluminum oxide is in contrast to the insulating film made of SiO 2. This is because it has a sufficiently large selection ratio.

これにより、受光部表面の損傷によって受光部表面の反射率が影響されるのを防ぐことができ、入射光量のバラツキを軽減することができる。このようにして、固体撮像素子の信頼性を向上することができる。   Thereby, it can prevent that the reflectance of the light-receiving part surface is influenced by the damage of the light-receiving part surface, and can reduce the variation in incident light quantity. In this way, the reliability of the solid-state imaging device can be improved.

また、本発明の固体撮像素子において、光導波路は、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化インジウム及び酸化ニオブのいずれか一つからなることが好ましい。   In the solid-state imaging device of the present invention, the optical waveguide is preferably made of any one of titanium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, indium oxide, and niobium oxide.

これらの物質は、それぞれ次に示すような屈折率を有する。つまり、酸化チタンは２．２以上で且つ２．７以下、酸化タンタルは１．９以上で且つ２．２以下、酸化ジルコニウムは２．０以上で且つ２．１以下、酸化インジウムは１．９以上で且つ２．１以下、酸化ニオブは２．１以上で且つ２．３以下の屈折率を有する。これらのいずれの物質も１．９以上の屈折率を有し、１．５程度であるＳｉＯ2 系の絶縁膜の屈折率よりも大きい。このことから、これらの物質を用いると光導波路として利用できる。 Each of these materials has a refractive index as shown below. That is, titanium oxide is 2.2 or more and 2.7 or less, tantalum oxide is 1.9 or more and 2.2 or less, zirconium oxide is 2.0 or more and 2.1 or less, and indium oxide is 1.9. The refractive index is 2.1 or more and niobium oxide is 2.1 or more and 2.3 or less. Any of these substances has a refractive index of 1.9 or more, and is higher than the refractive index of the SiO 2 insulating film which is about 1.5. Therefore, when these materials are used, they can be used as an optical waveguide.

また、いずれも酸化物であるこれらの物質は、水素の透過性に優れている。そのため、暗電流低減処理として固体撮像素子の製造工程において行われる水素雰囲気中での熱処理を有効に進めることが出来る。また、従来光導波路として用いられているＳｉＮ薄膜等に比べて内部応力が小さいため、結晶欠陥に由来して出力画像に発生する白傷を低減できる効果もある。このことによっても、固体撮像素子の信頼性が向上する。   In addition, these substances, which are all oxides, are excellent in hydrogen permeability. Therefore, the heat treatment in the hydrogen atmosphere performed in the manufacturing process of the solid-state imaging device can be effectively advanced as the dark current reduction process. Further, since the internal stress is smaller than that of a SiN thin film or the like conventionally used as an optical waveguide, there is an effect that white scratches generated in the output image due to crystal defects can be reduced. This also improves the reliability of the solid-state imaging device.

本発明の固体撮像素子は、受光部上方で且つ絶縁膜内に形成した光導波路の中央部に空隙を設けた構成であるため、素子内に発生する応力によるリーク電流の増加及びクラックの発生を防止することができる。また、該空隙の幅を入射光の最短波長の１／１０以下とすることで、入射光の散乱が起こるのを抑制することができる。   Since the solid-state imaging device of the present invention has a structure in which a gap is provided in the central portion of the optical waveguide formed in the insulating film above the light receiving portion, an increase in leakage current due to stress generated in the device and generation of cracks are prevented. Can be prevented. Moreover, the scattering of incident light can be suppressed by setting the width of the gap to 1/10 or less of the shortest wavelength of incident light.

また、受光部と光導波路との間に酸化アルミニウムからなるエッチングストッパ層を設けているため、光導波路を形成するための凹部をエッチングによって形成する際に、受光部表面が損傷を受けるのを防ぐことができる。   In addition, since an etching stopper layer made of aluminum oxide is provided between the light receiving portion and the optical waveguide, the surface of the light receiving portion is prevented from being damaged when the concave portion for forming the optical waveguide is formed by etching. be able to.

また、光導波路を、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化インジウム及び酸化ニオブのいずれか一つで形成することにより、光導波路として確実に利用できると共に、いずれの物質も水素の透過性に優れることから、製造工程における水素雰囲気中の熱処理を有効に進めることができる。   In addition, when the optical waveguide is formed of any one of titanium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, indium oxide, and niobium oxide, the optical waveguide can be reliably used as an optical waveguide, and any material is excellent in hydrogen permeability. Therefore, the heat treatment in the hydrogen atmosphere in the manufacturing process can be effectively advanced.

以上から、本発明の固体撮像素子は、集光効率が高く且つ信頼性の高い固体撮像素子となっている。   From the above, the solid-state imaging device of the present invention is a solid-state imaging device with high light collection efficiency and high reliability.

以下、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子について、図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, a solid-state imaging device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は、本実施形態の固体撮像素子の一例であるＣＣＤの断面を示す図であり、一つの受光部及び受光部周辺の構造について示している。   FIG. 1 is a diagram showing a cross section of a CCD, which is an example of a solid-state imaging device of the present embodiment, and shows a single light receiving unit and a structure around the light receiving unit.

図１において、シリコン基板１００表面に受光部１０１が形成されている。受光部１０１の一方に隣接して、読み出しゲート１０２を介して電荷転送部１０３が形成されている。これと共に、受光部１０１の他方に、受光部１０１の隣の他の受光部（図示していない）に付属する他の電荷転送部１０３がチャネルストップ１０４を介して形成されている。   In FIG. 1, a light receiving portion 101 is formed on the surface of a silicon substrate 100. A charge transfer unit 103 is formed adjacent to one of the light receiving units 101 via a read gate 102. At the same time, another charge transfer unit 103 attached to another light receiving unit (not shown) adjacent to the light receiving unit 101 is formed on the other side of the light receiving unit 101 via a channel stop 104.

また、シリコン基板１００上に形成された受光部１０１、読み出しゲート１０２、電荷転送部１０３及びチャネルストップ１０４等を覆うように、第１の絶縁膜１０５が形成されている。ここで、第１の絶縁膜１０５は、例えば熱酸化又はＣＶＤ法等により形成されたＳｉＯ2 膜でもある。更に、第１の絶縁膜１０５上には、反射防止膜としても利用されるエッチングストッパ層１０６が、例えば酸化アルミニウム等を材料として形成されている。 In addition, a first insulating film 105 is formed so as to cover the light receiving portion 101, the readout gate 102, the charge transfer portion 103, the channel stop 104, and the like formed on the silicon substrate 100. Here, the first insulating film 105 is also a SiO 2 film formed by, for example, thermal oxidation or a CVD method. Further, an etching stopper layer 106 that is also used as an antireflection film is formed on the first insulating film 105 using, for example, aluminum oxide as a material.

また、各電荷転送部１０３上には、第１の絶縁膜１０５及びエッチングストッパ層１０６を介してそれぞれ電荷転送電極１０７が形成されている。   On each charge transfer portion 103, a charge transfer electrode 107 is formed via a first insulating film 105 and an etching stopper layer 106, respectively.

また、電荷転送電極１０７の上面及び側面を覆うように、例えばＳｉＯ2 等からなる第２の絶縁膜１０８が形成されている。更に、第２の絶縁膜１０８を覆うように、例えばアルミニウム（Ａｌ）又はタングステン（Ｗ）等からなる遮光膜１０９が形成されている。つまり、遮光膜１０９は、第２の絶縁膜１０８を介して電荷転送電極１０７を覆っている。また、遮光膜１０９を更に覆うように、例えばＳｉＯ2 系薄膜（屈折率１．４５程度）である第３の絶縁膜１１０が形成されている。 A second insulating film 108 made of, for example, SiO 2 is formed so as to cover the upper surface and side surfaces of the charge transfer electrode 107. Further, a light shielding film 109 made of, for example, aluminum (Al) or tungsten (W) is formed so as to cover the second insulating film 108. That is, the light shielding film 109 covers the charge transfer electrode 107 with the second insulating film 108 interposed therebetween. Further, a third insulating film 110 made of, for example, a SiO 2 thin film (refractive index of about 1.45) is formed so as to further cover the light shielding film 109.

第３の絶縁膜１１０は、受光部１０１上に円筒形の凹部を有する。該凹部を埋めるように、受光部１０１上に円筒形の光導波路１１１が形成されている。光導波路１１１の中央部には、円筒状の空隙１１２が形成されている。また、空隙１１２の幅は、入射光の最短波長の１／１０以下となっている。   The third insulating film 110 has a cylindrical recess on the light receiving unit 101. A cylindrical optical waveguide 111 is formed on the light receiving portion 101 so as to fill the concave portion. A cylindrical gap 112 is formed at the center of the optical waveguide 111. The width of the gap 112 is 1/10 or less of the shortest wavelength of incident light.

ここで、光導波路１１１は、例えば、減圧ＣＶＤ法による酸化タンタルからなる薄膜等として形成する。この際、光導波路１１１の形成を途中で停止することによって、空隙１１２を形成する。つまり、空隙１１２の幅が所定の寸法になった時点で光導波路１１１の形成を停止するのである。   Here, the optical waveguide 111 is formed as, for example, a thin film made of tantalum oxide by a low pressure CVD method. At this time, the gap 112 is formed by stopping the formation of the optical waveguide 111 halfway. That is, the formation of the optical waveguide 111 is stopped when the width of the gap 112 reaches a predetermined dimension.

また、第３の絶縁膜１１０及び光導波路１１１の上に、例えばＳｉＮ系薄膜等からなるパッシベーション膜１１３が形成され、更に、パッシベーション膜１１３上には例えば樹脂等からなるカラーフィルタ層１１４が形成されている。また、カラーフィルタ層１１４上に、例えば透明樹脂等からなる凸形状のオンチップレンズ１１５が形成されている。   Further, a passivation film 113 made of, for example, a SiN-based thin film is formed on the third insulating film 110 and the optical waveguide 111, and a color filter layer 114 made of, for example, resin is formed on the passivation film 113. ing. A convex on-chip lens 115 made of, for example, a transparent resin is formed on the color filter layer 114.

本実施形態の固体撮像素子において、入射光は、オンチップレンズ１１５によって集光され、カラーフィルター層１１４によって色分離され、更に光導波路１１１によって受光部１０１に集光される。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, incident light is collected by the on-chip lens 115, color-separated by the color filter layer 114, and further collected on the light receiving unit 101 by the optical waveguide 111.

受光部１０１に集光された入射光は、光電変換されて信号電荷となり、読み出しゲート１０２を介して電荷転送部１０３に読み出され、電荷転送電極１０７により転送される。   Incident light collected on the light receiving unit 101 is photoelectrically converted into signal charges, read out to the charge transfer unit 103 via the read gate 102, and transferred by the charge transfer electrode 107.

本実施形態の固体撮像素子は、光導波路１１１が形成されていることにより、集光できる最大の入射角度が光導波路を形成しない従来構成の固体撮像素子が集光できる最大の入射角度に比べて大きくなっている。ここで、入射角度は、シリコン基板１０１の主面に対する法線と入射光とがなす角度である。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, since the optical waveguide 111 is formed, the maximum incident angle at which light can be collected is larger than the maximum incident angle at which a solid-state imaging device having a conventional configuration that does not form an optical waveguide can collect light. It is getting bigger. Here, the incident angle is an angle formed by a normal to the main surface of the silicon substrate 101 and incident light.

このことから、本実施形態の固体撮像素子の感度は、光導波路を形成しない従来構造の固体撮像素子に比べて大幅に向上している。また、光導波路１１１中に空隙１１２を設けることにより、歪及び応力の発生を抑制でき、大幅に信頼性が向上する。   For this reason, the sensitivity of the solid-state imaging device of the present embodiment is greatly improved as compared with a solid-state imaging device having a conventional structure that does not form an optical waveguide. Further, by providing the air gap 112 in the optical waveguide 111, the generation of strain and stress can be suppressed, and the reliability is greatly improved.

尚、本実施形態の固体撮像素子では光導波路１１１は単数の膜によって構成されているが、これに限るものではなく、複数の薄膜による積層構造となっている場合にも、光導波路１１１中に空隙１１２を設けることによる効果が得られる。特に、複数の薄膜が線膨張係数の異なる材料からなっていると、内部応力が高くなりやすいため、空隙１１２を設ける効果が顕著に得られる。   In the solid-state imaging device of the present embodiment, the optical waveguide 111 is constituted by a single film. However, the optical waveguide 111 is not limited to this, and the optical waveguide 111 is not limited to this. The effect by providing the space | gap 112 is acquired. In particular, when the plurality of thin films are made of materials having different linear expansion coefficients, the internal stress tends to be high, so that the effect of providing the gap 112 is remarkably obtained.

チャネルストップ１０４は、受光部１０１の隣の受光部（図示していない）に付属する他の電荷転送部１０３と受光部１０１との間を絶縁している。   The channel stop 104 insulates between the light receiving unit 101 and another charge transfer unit 103 attached to a light receiving unit (not shown) adjacent to the light receiving unit 101.

次に、図１に示す本実施形態の固体撮像素子の製造方法について、図面を参照して説明する。   Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device of this embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to the drawings.

まず、Ｐ型のシリコン基板１００に、例えばリン等のｎ型不純物をイオン注入等の手段によって導入することにより、フォトダイオードである受光部１０１を形成する。同様にｎ型又はｐ型の不純物イオンを導入することにより、読み出しゲート１０２、電荷転送部１０３及びチャンネルストップ１０４を形成する。   First, an n-type impurity such as phosphorus is introduced into a P-type silicon substrate 100 by means such as ion implantation to form a light receiving portion 101 that is a photodiode. Similarly, by introducing n-type or p-type impurity ions, the read gate 102, the charge transfer unit 103, and the channel stop 104 are formed.

次に、シリコン基板１００及びシリコン基板１００上に形成されている受光部１０１等のパターンを覆うように、例えば熱酸化による膜厚２０ｎｍのシリコン酸化膜等として、第１の絶縁膜１０５を形成する。続いて第１の絶縁膜１０５上に、例えば熱ＣＶＤ法等によりエッチングストッパ層１０６を形成する。ここでは、エッチングストッパ層１０６は、出発原料にアルミニウムアセチルアセトナートを用い、Ａｒ／Ｏ2 混合雰囲気且つ４５０℃の条件において、膜厚が６０ｎｍの酸化アルミニウム薄膜として成膜した。また、エッチングストッパ層１０６は、反射防止膜としても機能する。 Next, the first insulating film 105 is formed as a silicon oxide film having a thickness of 20 nm, for example, by thermal oxidation so as to cover the silicon substrate 100 and the pattern of the light receiving portion 101 and the like formed on the silicon substrate 100. . Subsequently, an etching stopper layer 106 is formed on the first insulating film 105 by, eg, thermal CVD. Here, the etching stopper layer 106 was formed as an aluminum oxide thin film having a film thickness of 60 nm under the conditions of Ar / O 2 mixed atmosphere and 450 ° C. using aluminum acetylacetonate as a starting material. The etching stopper layer 106 also functions as an antireflection film.

次に、エッチングストッパ層１０６上に、例えば減圧ＣＶＤ法等を用いて膜厚３００ｎｍのポリシリコン膜等を形成し、その後、ドライエッチングによって選択的にエッチングする等の方法により、電荷転送電極１０７を形成する。更に、熱酸化等によって電荷転送電極１０７の上面及び側面を覆うように、シリコン酸化膜である第２の絶縁膜１０８を形成する。この第２の絶縁膜１０８によって、電荷転送電極１０７を周囲から絶縁することができる。   Next, a 300 nm-thickness polysilicon film or the like is formed on the etching stopper layer 106 by using, for example, a low pressure CVD method, and then the charge transfer electrode 107 is formed by a method such as selective etching by dry etching. Form. Further, a second insulating film 108 that is a silicon oxide film is formed so as to cover the upper surface and side surfaces of the charge transfer electrode 107 by thermal oxidation or the like. The charge transfer electrode 107 can be insulated from the surroundings by the second insulating film 108.

次に、例えばアルミニウム（Ａｌ）又はタングステン（Ｗ）等からなる金属膜を、シリコン基板１００と、シリコン基板１００上に形成された受光部１０１、第１の絶縁膜１０５、エッチングストッパ層１０６及び第２の絶縁膜１０８等のパターンとを覆うように形成する。続いて、該金属膜上にレジストをパターニングした後に異方性ドライエッチングを行なう等の方法により、受光部１０１上に開口部を有し且つ電荷転送電極１０７を遮光する形状を有する遮光膜１０９を形成する。   Next, a metal film made of, for example, aluminum (Al) or tungsten (W) is formed on the silicon substrate 100, the light receiving portion 101 formed on the silicon substrate 100, the first insulating film 105, the etching stopper layer 106, and the first 2 to cover the pattern of the insulating film 108 and the like. Subsequently, a light shielding film 109 having an opening on the light receiving portion 101 and a shape for shielding the charge transfer electrode 107 is formed by a method such as anisotropic dry etching after patterning a resist on the metal film. Form.

次に、例えばＢＰＳＧ又はＳＯＧ（Spin On Glass ）等によって第３の絶縁膜１１０を形成する。続いて、例えば絶縁膜１１０上にレジストをパターニングした後にＣＦ4 系ガスによる異方性ドライエッチングを行なう等の方法により、受光部１０１の上方に光導波路１０１を形成するための凹部を形成する。本実施形態では、幅０．７μｍ且つ深さ４μｍの凹部を形成した。但し、この大きさに限定するものではなく、受光部１０１の大きさ等に応じて設定すれば良い。 Next, the third insulating film 110 is formed by, for example, BPSG or SOG (Spin On Glass). Subsequently, a recess for forming the optical waveguide 101 is formed above the light receiving portion 101 by, for example, a method of patterning a resist on the insulating film 110 and then performing anisotropic dry etching with a CF 4 gas. In this embodiment, a recess having a width of 0.7 μm and a depth of 4 μm is formed. However, the size is not limited to this, and may be set according to the size of the light receiving unit 101 or the like.

ここで、エッチングストッパ層１０６は酸化アルミニウムを用いて形成されている。ＣＦ4 系ガスによるドライエッチングにおいて、酸化アルミニウムはＢＰＳＧ又はＳＯＧ等からなる第３の絶縁膜１１０に対して十分大きな選択比を有する。このため、オーバーエッチングを行なった場合でも、エッチングストッパ層１０６の膜厚が大きく変化することはなく、これによって、エッチングストッパ層１０６のもうひとつの機能である反射防止膜としての性能の低下が回避されている。 Here, the etching stopper layer 106 is formed using aluminum oxide. In dry etching using a CF 4 gas, aluminum oxide has a sufficiently large selection ratio with respect to the third insulating film 110 made of BPSG or SOG. For this reason, even when over-etching is performed, the film thickness of the etching stopper layer 106 does not change greatly, and this prevents the performance of the etching stopper layer 106 as another function as an antireflection film from being deteriorated. Has been.

次に、前記のように形成した凹部に、例えば屈折率が２．０である酸化タンタル薄膜として光導波路１１１を形成する。これは、出発原料としてペンタエトキシタンタルを用い、成膜温度４００℃且つＡｒ／Ｏ2 混合雰囲気の条件において、減圧ＣＶＤ法により形成した。光導波路１１１は中央に空隙１１２を有するが、空隙１１２は、光導波路１１１を形成する際、中央に円筒状の空隙を残して減圧ＣＶＤ法による成膜を停止することによって形成する。ここでは空隙が幅０．０１５μｍ且つ深さ３．６μｍとなった時点で成膜を停止し、該寸法の空隙１１２を形成している。この幅は、入射光の最短波長が例えば４００ｎｍ程度であることから、その１／１０である４０ｎｍ以下の値となっており、入射光を散乱させることはない。これと共に、空隙１１２の幅は１ｎｍ以上であるから、素子内に発生する応力を緩和する効果が確実に得られる。 Next, the optical waveguide 111 is formed as a tantalum oxide thin film having a refractive index of 2.0, for example, in the recess formed as described above. This was formed by low pressure CVD using pentaethoxy tantalum as a starting material under conditions of a film forming temperature of 400 ° C. and an Ar / O 2 mixed atmosphere. The optical waveguide 111 has a gap 112 in the center. When the optical waveguide 111 is formed, the gap 112 is formed by stopping the film formation by the low pressure CVD method leaving a cylindrical gap in the center. Here, when the gap becomes 0.015 μm in width and 3.6 μm in depth, the film formation is stopped, and the gap 112 having the dimensions is formed. Since the shortest wavelength of incident light is, for example, about 400 nm, this width has a value of 40 nm or less, which is 1/10 of the width, and does not scatter incident light. At the same time, since the width of the gap 112 is 1 nm or more, the effect of relieving the stress generated in the element can be surely obtained.

次に、エッチバック法等により、光導波路１１１及び第３の絶縁膜１１０の表面を平坦化した後、ＳｉＮ薄膜等からなるパッシベーション膜１１３をプラズマＣＶＤ法により形成する。この後、染色法又はカラーレジスト塗布等の手段によってカラーフィルター層１１４を形成し、更に、カラーフィルター層１１４上にオンチップレンズ１１５を形成する。   Next, after planarizing the surfaces of the optical waveguide 111 and the third insulating film 110 by an etch back method or the like, a passivation film 113 made of a SiN thin film or the like is formed by a plasma CVD method. Thereafter, a color filter layer 114 is formed by means such as a dyeing method or a color resist coating, and an on-chip lens 115 is further formed on the color filter layer 114.

ここで、オンチップレンズ１１５は、エッチバック転写法により作製した。エッチバック転写法とは、次のような手法である。つまり、カラーフィルター層１１４上に例えば熱溶融性透明樹脂膜又は常温無加熱でＣＶＤ成膜可能な高密度ＳｉＮ薄膜等を形成し、その上に更にレジストを塗布し、レンズを形成する場所にパターニングする。次に、該レジスト膜に対して熱リフロー処理行なうことによって所定の曲率を有する凸レンズ形状とし、これをマスクとして用いて前記の透明樹脂又は高密度ＳｉＮ薄膜をエッチングする。この後レジストを除去すると、透明樹脂又は高密度ＳｉＮ薄膜よりなるオンチップレンズ１１５が形成できる。   Here, the on-chip lens 115 was produced by an etch back transfer method. The etch back transfer method is the following method. That is, for example, a heat-meltable transparent resin film or a high-density SiN thin film that can be formed by CVD without heating at room temperature is formed on the color filter layer 114, a resist is further applied thereon, and patterning is performed at a place where a lens is formed To do. Next, the resist film is subjected to a thermal reflow process to form a convex lens having a predetermined curvature, and this is used as a mask to etch the transparent resin or the high-density SiN thin film. Thereafter, when the resist is removed, an on-chip lens 115 made of a transparent resin or a high-density SiN thin film can be formed.

以上のようにすると、本実施形態の固体撮像素子を得ることができる。   If it carries out as mentioned above, the solid-state image sensor of this embodiment can be obtained.

また、本実施形態の固体撮像素子を従来構造の固体撮像素子と比較するため、次の２つの従来構造の固体撮像素子を製造した。   Moreover, in order to compare the solid-state image sensor of this embodiment with the solid-state image sensor of conventional structure, the following two solid-state image sensors of conventional structure were manufactured.

第１の従来構造の固体撮像素子は、光導波路を形成しない固体撮像素子である。これは、光導波路を形成する工程を除いて本実施形態の固体撮像素子と同様に製造した。つまり、第３の絶縁膜１１０の形成工程までを本実施形態と同様に行なった後、エッチングによる凹部の形成及び光導波路１１１の形成を省略し、第３の絶縁膜１１０上にパッシベーション膜１１３を形成した。これより後の工程は再び本実施形態の固体撮像素子の製造工程と同様である。   The solid-state imaging device having the first conventional structure is a solid-state imaging device that does not form an optical waveguide. This was manufactured in the same manner as the solid-state imaging device of this embodiment except for the step of forming the optical waveguide. That is, after the steps up to the formation of the third insulating film 110 are performed in the same manner as in the present embodiment, the formation of the recesses by etching and the formation of the optical waveguide 111 are omitted, and the passivation film 113 is formed on the third insulating film 110. Formed. The subsequent steps are the same as the manufacturing steps of the solid-state imaging device of this embodiment again.

このような第１の従来構造の固体撮像素子の特性と本実施形態の固体撮像素子の特性とを比較すると、本実施形態の固体撮像素子では感度が約二倍に向上していた。これは、光導波路１１１を形成しているために集光効率が向上したためであると考えられる。   When the characteristics of the solid-state image sensor having the first conventional structure and the characteristics of the solid-state image sensor of the present embodiment are compared, the sensitivity of the solid-state image sensor of the present embodiment is improved about twice. This is considered to be because the light collection efficiency is improved because the optical waveguide 111 is formed.

また、第２の従来構造の固体撮像素子は、本実施形態の固体撮像素子において空隙１１２が形成されていない構造を有する固体撮像素子である。これは、本実施形態の固体撮像素子の製造工程において、光導波路１１１を形成する際に、空隙１１２を残すことなく凹部が完全に埋まるまで酸化タンタルからなる光導波路１１１を形成しすることによって製造した。   The second conventional solid-state imaging device is a solid-state imaging device having a structure in which the air gap 112 is not formed in the solid-state imaging device of the present embodiment. This is manufactured by forming the optical waveguide 111 made of tantalum oxide until the recess is completely filled without leaving the gap 112 when forming the optical waveguide 111 in the manufacturing process of the solid-state imaging device of the present embodiment. did.

このような第２の従来構造の固体撮像素子に比べると、本実施形態の固体撮像素子は信頼性が大幅に向上していた。具体的には、例えば、１枚のシリコンウエハから切り出した１００万画素の固体撮像素子１００個について感度バラツキを調べたところ、１００万画素の素子内バラツキは約三分の一、素子間バラツキでは約四分の一に低下しており、信頼性が向上していた。更に、第２の従来構造の固体撮像素子では全画素のうちの約８％の画素においてクラックが発生していたが、本実施形態の固体撮像素子ではクラックの発生は見られなかった。   Compared to such a solid-state image sensor having the second conventional structure, the reliability of the solid-state image sensor of the present embodiment is greatly improved. Specifically, for example, when the sensitivity variation of 100 million pixel solid-state imaging devices cut out from a single silicon wafer was examined, the variation within the device of 1 million pixels was about one third, and the variation between devices was The reliability was improved by about a quarter. Furthermore, cracks occurred in about 8% of all pixels in the solid-state image sensor having the second conventional structure, but no cracks were observed in the solid-state image sensor of this embodiment.

尚、本実施形態において、光導波路１１１の材料として酸化タンタルを用いたが、この他に、例えば酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化インジウム又は酸化ニオブ等を用いても、本実施形態が実現するのと同様の良好な特性が得られた。更に、前記の物質の他にも、屈折率が第３の絶縁膜の材料よりも高く且つ水素の透過性に優れた材料を用いれば、本実施形態の効果を実現できる。また、製膜の際の条件についても特に限定するものではなく、適宜設定すればよい。   In the present embodiment, tantalum oxide is used as the material of the optical waveguide 111. However, the present embodiment can be realized by using, for example, titanium oxide, zirconium oxide, indium oxide or niobium oxide. Similar good characteristics were obtained. Further, in addition to the above-described substances, the effect of the present embodiment can be realized by using a material having a refractive index higher than that of the third insulating film and excellent in hydrogen permeability. Also, the conditions for film formation are not particularly limited, and may be set as appropriate.

また、本実施形態において、反射防止膜としても使用されるエッチングストッパ層１０６は素子全面に形成したが、これに限定されるものではない。エッチングストッパ層及び反射防止膜としての機能を果たす構成になっていれば良いから、少なくとも光導波路１１１を形成する領域以上に形成してあれば良い。また、上記エッチングストップ層１０６の膜厚を６０ｎｍとしているが、これに限定されるものではなく、反射防止膜としての最適な厚みを選択すればよい。更に、製膜の条件も特に限定するものではなく必要に応じて設定すればよいし、エッチングストップ層１０６の材料としては、酸化アルミニウム以外を用いることも可能であり、エッチングの際に十分な選択比が得られる材料であれば良い。   In this embodiment, the etching stopper layer 106 that is also used as an antireflection film is formed on the entire surface of the element. However, the present invention is not limited to this. Since it only needs to be configured to function as an etching stopper layer and an antireflection film, it may be formed at least in a region where the optical waveguide 111 is formed. The thickness of the etching stop layer 106 is 60 nm, but the thickness is not limited to this, and an optimum thickness as an antireflection film may be selected. Furthermore, the conditions for film formation are not particularly limited, and may be set as necessary. As a material for the etching stop layer 106, it is possible to use materials other than aluminum oxide. Any material can be used as long as the ratio can be obtained.

以上のように、本実施形態の固体撮像素子は、光導波路１１１が形成されていることによって集光効率が向上していると共に、空隙１１２によって素子内に発生する応力を軽減し、応力に起因するリーク電流及びクラックを抑制している。   As described above, the solid-state imaging device according to the present embodiment has improved light collection efficiency due to the formation of the optical waveguide 111 and reduces stress generated in the device due to the air gap 112. Leakage current and cracks are suppressed.

また、本実施形態において、光導波路１１１とオンチップレンズ１１５は異なる材料で形成したが、これに限定されるものではなく、光導波路１１１オンチップレンズ１１５とを共に同一の材料、例えば、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化インジウム又は酸化ニオブ等を用いて形成しても良い。   In this embodiment, the optical waveguide 111 and the on-chip lens 115 are formed of different materials. However, the present invention is not limited to this, and both the optical waveguide 111 and the on-chip lens 115 are made of the same material, for example, titanium oxide. Alternatively, tantalum oxide, zirconium oxide, indium oxide, niobium oxide, or the like may be used.

また、本実施形態では、光導波路１１１は単一の材料からなる一層構造となっているが、これに代えて、別々の材料からなる複数の層を有する積層構造としても良い。このようにする場合にも、光導波路１１１の中央部に空隙１１２を設けることにより、応力を緩和して固体撮像素子の信頼度を向上するという本実施形態の効果が実現できる。   In the present embodiment, the optical waveguide 111 has a single-layer structure made of a single material, but may instead have a laminated structure having a plurality of layers made of different materials. Even in this case, by providing the air gap 112 in the central portion of the optical waveguide 111, it is possible to realize the effect of the present embodiment in which the stress is relaxed and the reliability of the solid-state imaging device is improved.

また、本実施形態において、光導波路１１１の形状は円筒型としているが、これに限定されるものではなく、例えば多角形形状等でもよい。また、本実施形態では入射側（オンチップレンズ１１５側）と受光部１０１側とが同じ大きさとなっているが、テーパー形状であっても良い。つまり、入射側と受光部１０１側との大きさが異なる形状であっても良い。特に、入射側が大きく受光センサ側が小さいテーパー形状は好ましい形状である。更に、本実施形態において、光導波路１１１内に形成する空隙１１２のサイズは幅０．０１５μｍ且つ深さ３．６μｍとしたが、これに限定されるものではなく、入射光の最短は長の１／１０以下の幅であれば良い。また、空隙の深さは特に限定するものではない。   In the present embodiment, the shape of the optical waveguide 111 is a cylindrical shape, but is not limited to this, and may be, for example, a polygonal shape. In the present embodiment, the incident side (on-chip lens 115 side) and the light receiving unit 101 side have the same size, but may be tapered. In other words, the incident side and the light receiving unit 101 side may have different sizes. In particular, a tapered shape having a large incident side and a small light receiving sensor side is a preferable shape. Furthermore, in this embodiment, the size of the gap 112 formed in the optical waveguide 111 is 0.015 μm in width and 3.6 μm in depth. However, the present invention is not limited to this, and the shortest incident light has a length of 1 A width of / 10 or less is sufficient. The depth of the gap is not particularly limited.

また、本実施形態において、光導波路１１１内に形成する空隙１１２は１個としたが、これに限定されるものではなく、それぞれの空隙１１２の幅が入射光の１／１０以下の幅であれば、複数個有っても良い。   In the present embodiment, the number of the gaps 112 formed in the optical waveguide 111 is one. However, the present invention is not limited to this, and the width of each gap 112 may be 1/10 or less of the incident light. For example, there may be a plurality.

また、本実施形態において、Ｐ型のシリコン基板を用いたが、Ｎ型のシリコン基板を用いることも可能である。   In this embodiment, a P-type silicon substrate is used, but an N-type silicon substrate can also be used.

本発明にかかる固体撮像素子は、集光効率及び信頼性が高く、デジタルカメラ、ビデオカメラ、カメラ付き携帯電話、スキャナ、デジタル複写機及びファクシミリ等に利用できる。   The solid-state imaging device according to the present invention has high light collection efficiency and high reliability, and can be used for digital cameras, video cameras, camera-equipped mobile phones, scanners, digital copying machines, facsimiles, and the like.

本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の断面図である。It is sectional drawing of the solid-state image sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 従来の固体撮像素子の断面図である。It is sectional drawing of the conventional solid-state image sensor.

符号の説明Explanation of symbols

１００ シリコン基板
１０１ 受光部
１０２ 読み出しゲート
１０３ 電荷転送部
１０４ チャネルストップ
１０５ 第１の絶縁膜
１０６ エッチングストッパ層（反射防止膜）
１０７ 電荷転送電極
１０８ 第２の絶縁膜
１０９ 遮光膜
１１０ 第３の絶縁膜
１１１ 光導波路
１１２ 空隙
１１３ パッシベーション膜
１１４ カラーフィルター
１１５ オンチップレンズ 100 Silicon substrate 101 Light receiving portion 102 Read gate 103 Charge transfer portion 104 Channel stop 105 First insulating film 106 Etching stopper layer (antireflection film)
107 charge transfer electrode 108 second insulating film 109 light shielding film 110 third insulating film 111 optical waveguide 112 gap 113 passivation film 114 color filter 115 on-chip lens

Claims (5)

半導体基板表面に形成され、光電変換を行なう受光部と、
前記半導体基板上に形成され且つ前記受光部上に凹部を有する絶縁膜と、
前記凹部に形成され、入射光を前記受光部に集光する光導波路とを備え、
前記光導波路の屈折率は前記絶縁膜の屈折率よりも大きく、
前記光導波路の中央部に空隙を有することを特徴とする固体撮像素子。 A light receiving portion formed on the surface of the semiconductor substrate and performing photoelectric conversion;
An insulating film formed on the semiconductor substrate and having a recess on the light receiving portion;
An optical waveguide that is formed in the concave portion and collects incident light on the light receiving portion;
The refractive index of the optical waveguide is larger than the refractive index of the insulating film,
A solid-state imaging device having a gap in the center of the optical waveguide. 前記空隙は、前記入射光の散乱を防ぐ所定の幅を有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the gap has a predetermined width that prevents scattering of the incident light. 前記所定の幅は、前記入射光の最短波長の１／１０以下であることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the predetermined width is 1/10 or less of a shortest wavelength of the incident light. 前記受光部と前記光導波路との間に、酸化アルミニウムからなるエッチングストッパ層が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の固体撮像素子。   The solid-state imaging device according to claim 1, wherein an etching stopper layer made of aluminum oxide is formed between the light receiving portion and the optical waveguide. 前記光導波路は、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ジルコニウム、酸化インジウム及び酸化ニオブのいずれか一つからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の固体撮像素子。   5. The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the optical waveguide is made of any one of titanium oxide, tantalum oxide, zirconium oxide, indium oxide, and niobium oxide.
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