JP2005340498A - 固体撮像素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 集光効率及び信頼性の高い固体撮像素子を提供する。
【解決手段】 固体撮像素子は、半導体基板１００表面に形成され、光電変換を行なう受光部１０１と、半導体基板１００上に形成され且つ受光部１０１上に凹部を有する絶縁膜１１０と、前記凹部に形成され、入射光を受光部１０１に集光する光導波路１１１とを備え、光導波路１１１の屈折率は絶縁膜１１０の屈折率よりも大きく、光導波路１１１の中央部に空隙１１２を有する。
【選択図】 図１

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。 従来の固体撮像素子の断面図である。

符号の説明

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

Claims (5)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。

Images