JP2009283637A - Solid state imaging device and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid state imaging device that can control smear signals while ensuring a margin for misalignment in matching at a processing time, and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The solid state imaging device includes a semiconductor substrate having a light receiving section on which two or more pixels containing photodetectors are arranged in a two-dimensional way, an insulating layer formed on the semiconductor substrate, an optical waveguide formed in the insulating layer on the light-receiving section in a direction perpendicular with the light-receiving surface of the light-receiving section, and an on-chip micro-lens formed on the upper portion of the optical waveguide, wherein the optical waveguide becomes narrower in a direction from the on-chip micro-lens to the light-receiving surface, and has a sidewall in which at least two-stage inclinations are made to the light-receiving surface of the light-receiving section, and at least the two-stage inclination angles of the sidewall are configured such that one on the semiconductor substrate side is larger than the other on the on-chip micro-lens side. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、光導波路を備える固体撮像装置とその製造方法に関する。   The present invention relates to a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a solid-state imaging device including an optical waveguide and a manufacturing method thereof.

近年、固体撮像装置においては、感度特性を向上するためにオンチップマイクロレンズ及び光導波路を形成し、開口率の向上を図っている（例えば、下記特許文献１）。ここで、開口率とは、１画素の中でどのくらいの割合が光を取り込む領域になっているかを示す指標であり、開口率が高いほど効率よく光を通過させることができる。   In recent years, in a solid-state imaging device, an on-chip microlens and an optical waveguide are formed in order to improve sensitivity characteristics, and the aperture ratio is improved (for example, Patent Document 1 below). Here, the aperture ratio is an index indicating how much of a pixel is a region that captures light, and the higher the aperture ratio, the more efficiently light can pass.

下記特許文献１では、かかる技術をＣＭＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｍｏｄｕｌａｉｏｎ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像装置に適用したものが開示されている。以下、図を参照しながら、下記特許文献１に開示されている技術内容について説明する。   Japanese Patent Application Laid-Open Publication No. 2004-228561 discloses a technique in which such a technique is applied to a CMD (Charge Modulation Device) imaging device. Hereinafter, the technical contents disclosed in Patent Document 1 below will be described with reference to the drawings.

図６及び図７は、オンチップマイクロレンズを備えた従来の固体撮像装置の断面図である。   6 and 7 are cross-sectional views of a conventional solid-state imaging device provided with an on-chip microlens.

図６の固体撮像装置１００は、ＭＯＳ型ダイオード１０１を受光部として備え、さらに、ＭＯＳ型ダイオード１０１上に、かつ、ＭＯＳ型ダイオード１０１とオンチップマイクロレンズ１０３との間に光導波路１０２を備えている。光導波路１０２は、オンチップマイクロレンズ１０３により集光した光を効率的に受光部に導くことができる。   The solid-state imaging device 100 of FIG. 6 includes a MOS diode 101 as a light receiving unit, and further includes an optical waveguide 102 on the MOS diode 101 and between the MOS diode 101 and the on-chip microlens 103. Yes. The optical waveguide 102 can efficiently guide the light collected by the on-chip microlens 103 to the light receiving unit.

光導波路１０２を備えることにより、マイクロレンズ用平坦化層を構成する絶縁層の厚さ、またはオンチップマイクロレンズ１０３の厚さに、プロセス上の制限はなくなる。すなわち、光導波路１０２を備えることにより、自由度が大きいオンチップマイクロレンズ１０３の設計が可能となっている。   By providing the optical waveguide 102, there is no process limitation on the thickness of the insulating layer constituting the microlens planarization layer or the thickness of the on-chip microlens 103. That is, by providing the optical waveguide 102, the on-chip microlens 103 with a high degree of freedom can be designed.

また、下記特許文献１では、図７に示すように、入射光をより効率よく光導波路１０２に導くために、図６で示される矩形状の光導波路１０２をすり鉢形状に形成した点を特徴とする光導波路２０２を有する固体撮像装置２００が提案されている。   In addition, as shown in FIG. 7, the following Patent Document 1 is characterized in that the rectangular optical waveguide 102 shown in FIG. 6 is formed in a mortar shape in order to guide incident light to the optical waveguide 102 more efficiently. A solid-state imaging device 200 having an optical waveguide 202 is proposed.

図７に示す固体撮像装置２００では、光導波路２０２の光入射面側の面積（開口面積）が図６のものに比べ拡がるため、オンチップマイクロレンズ１０３からの入射光をより効率よく光導波路２０２に導くことが可能となる。   In the solid-state imaging device 200 shown in FIG. 7, since the area (opening area) of the light incident surface side of the optical waveguide 202 is larger than that in FIG. 6, incident light from the on-chip microlens 103 is more efficiently transmitted. It becomes possible to lead to.

図７に示す固体撮像装置２００では、また、光導波路２０２のフォトダイオード側（ＭＯＳ型ダイオード１０１側）の開口面積は、オンチップマイクロレンズ１０３側の開口面積に比べて小さくてよいので、光導波路２０２のフォトダイオード側の開口とフォトダイオード（ＭＯＳ型ダイオード１０１）との合わせずれに対する許容度が大きくなる。すなわち、光導波路２０２を備えることにより、プロセス時の合わせずれに対するマージンを大きくすることが可能となる。
特開平７−４５８０５号公報 In the solid-state imaging device 200 shown in FIG. 7, the opening area on the photodiode side (MOS type diode 101 side) of the optical waveguide 202 may be smaller than the opening area on the on-chip microlens 103 side. The tolerance for misalignment between the photodiode side opening 202 and the photodiode (MOS type diode 101) is increased. That is, by providing the optical waveguide 202, it is possible to increase the margin for misalignment during the process.
JP 7-45805 A

しかしながら、従来の固体撮像装置では、以下のような課題がある。
図８は、従来のＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像装置の断面図である。図８に示すＣＣＤ撮像装置３００は、フォトダイオード３０１と、ＣＣＤ３０２と、遮光膜３０３と、受光開口部３０４と、絶縁層３０５と、マイクロレンズ３０６とを備える。図８に示すＣＣＤ撮像装置３００は、フォトダイオード３０１で受光した光を光電変換し、光電変換した電荷をＣＣＤ３０２に読み出して転送することで撮像を行う。 However, the conventional solid-state imaging device has the following problems.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a conventional CCD (Charge Coupled Device) imaging device. A CCD imaging device 300 shown in FIG. 8 includes a photodiode 301, a CCD 302, a light shielding film 303, a light receiving opening 304, an insulating layer 305, and a microlens 306. The CCD imaging device 300 shown in FIG. 8 performs imaging by photoelectrically converting the light received by the photodiode 301 and reading and transferring the photoelectrically converted charge to the CCD 302.

しかしながら、固体撮像装置の画素サイズの微細化に伴い、遮光膜３０３の開口部である受光開口部３０４が光の波長と同等またはそれ以下になった場合には、光が受光開口部３０４を通過する際に干渉を起こしてしまう。この現象は、フォトダイオード３０１に入射する光の入射角に依存する。入射する光は、その入射角が大きくなるほど受光開口部３０４を通過時に干渉を起こし、フォトダイオード３０１中で表面に水平な方向に広がる。これはＣＣＤ撮像装置３００で動画を撮影する場合にスミア信号となり画質の課題となる。そのため、図６で示した光導波路１０２を図８の固体撮像装置３００に備える場合には、光の入射角度が大きくなり課題となる。特に図７で示したすり鉢形状の光導波路２０２を図８の固体撮像装置に備える場合には、それが顕著となる。   However, as the pixel size of the solid-state imaging device is miniaturized, when the light receiving opening 304, which is the opening of the light shielding film 303, becomes equal to or less than the wavelength of light, the light passes through the light receiving opening 304. Cause interference. This phenomenon depends on the incident angle of light incident on the photodiode 301. Incident light has interference when passing through the light receiving opening 304 as its incident angle increases, and spreads in the photodiode 301 in a direction horizontal to the surface. This is a smear signal when moving images are captured by the CCD image pickup apparatus 300, and this causes a problem of image quality. Therefore, when the optical waveguide 102 shown in FIG. 6 is provided in the solid-state imaging device 300 of FIG. 8, the incident angle of light becomes large, which is a problem. In particular, when the mortar-shaped optical waveguide 202 shown in FIG. 7 is provided in the solid-state imaging device of FIG.

そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、プロセス時の合わせずれに対するマージンを確保しつつ、スミア信号を抑制することができる固体撮像装置及びその製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and provides a solid-state imaging device capable of suppressing a smear signal while ensuring a margin for misalignment during the process, and a method for manufacturing the same. Objective.

上記問題点を解決するため、本発明に係る固体撮像装置は、受光素子を含む画素を２次元状に複数配置した受光部を有する半導体基板と、前記半導体基板上に形成された絶縁層と、前記受光部上の前記絶縁層に前記受光部の受光面に対して垂直方向に形成される光導波路と、前記光導波路の上部に形成されたオンチップマイクロレンズとを備え、前記光導波路は、前記オンチップマイクロレンズから前記受光面の方向へ狭くなり、かつ、前記受光部の受光面に対して少なくとも２段階の傾斜が形成される側壁を有し、前記少なくとも２段階の傾斜の角度は、前記半導体基板側の方が前記オンチップマイクロレンズ側よりも大きいことを特徴とする。   In order to solve the above problems, a solid-state imaging device according to the present invention includes a semiconductor substrate having a light receiving portion in which a plurality of pixels including light receiving elements are arranged two-dimensionally, an insulating layer formed on the semiconductor substrate, An optical waveguide formed in the insulating layer on the light receiving portion in a direction perpendicular to the light receiving surface of the light receiving portion, and an on-chip microlens formed on the upper portion of the optical waveguide, the optical waveguide comprises: The on-chip microlens has a side wall that narrows in the direction of the light receiving surface and has at least two steps of inclination with respect to the light receiving surface of the light receiving unit, and the angle of the at least two steps of inclination is: The semiconductor substrate side is larger than the on-chip microlens side.

この構成により、オンチップマイクロレンズから受光部の方向へ狭くなる側壁を光導波路が有することによりオンチップマイクロレンズからの入射光をより効率よく光導波路に導くことができる。また、オンチップマイクロレンズから受光部の方向へ段階的に傾斜が大きくなる多段階の傾斜を光導波路が有することにより、フォトダイオードに入射する光の入射角を小さくすることができ、光導波路から受光部に光が入射される際の干渉を起こしにくくすることができる。それにより、プロセス時の合わせずれに対するマージンを確保しつつ、スミア信号を抑制することができる固体撮像装置を実現することができる。具体的には、微細画素で高感度かつ低スミア信号なＣＣＤ固体撮像装置が実現可能となる。   With this configuration, since the optical waveguide has a side wall that narrows from the on-chip microlens toward the light receiving portion, incident light from the on-chip microlens can be more efficiently guided to the optical waveguide. In addition, since the optical waveguide has a multi-stage inclination in which the inclination gradually increases from the on-chip microlens toward the light receiving portion, the incident angle of light incident on the photodiode can be reduced. It is possible to make it difficult to cause interference when light is incident on the light receiving unit. Thereby, it is possible to realize a solid-state imaging device capable of suppressing a smear signal while ensuring a margin for misalignment during the process. Specifically, it is possible to realize a CCD solid-state imaging device with fine pixels and high sensitivity and low smear signal.

本発明によれば、プロセス時の合わせずれに対するマージンを確保しつつ、スミア信号を抑制することができる固体撮像装置及びその製造方法を実現することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solid-state imaging device which can suppress a smear signal, and its manufacturing method are realizable, ensuring the margin with respect to the misalignment at the time of a process.

具体的には、本発明に係る固体撮像装置の製造方法によれば、感度、スミア信号及び感度、スミア信号のＦ値依存性などの特性への設計マージンが大きいといった微細画素で高感度かつ低スミア信号を実現可能な固体撮像装置及びその製造方法を実現することができる。   Specifically, according to the method for manufacturing a solid-state imaging device according to the present invention, high sensitivity and low sensitivity can be achieved with a fine pixel having a large design margin for characteristics such as sensitivity, smear signal and sensitivity, and F value dependency of the smear signal. It is possible to realize a solid-state imaging device capable of realizing a smear signal and a manufacturing method thereof.

以下、本発明の実施の形態における固体撮像装置について、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.

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置１０００の構成を示す断面図である。 (First embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a solid-state imaging device 1000 according to the first embodiment of the present invention.

図１に示す固体撮像装置１０００は、Ｎ型半導体基板１と、光電変換領域２と、ＣＣＤチャネル領域３と、ゲート酸化膜４と、ＣＣＤのゲート電極５と、第１の絶縁層６と、反射防止膜７と、遮光膜８と、第２の絶縁層９と、金属薄膜１３、１７及び２１と、第２の絶縁層９の開口部（光導波路２２）に堆積されたレンズ用平坦化層２３と、レンズ用平坦化層２３上に形成されたマイクロレンズ２４とを備える。   A solid-state imaging device 1000 shown in FIG. 1 includes an N-type semiconductor substrate 1, a photoelectric conversion region 2, a CCD channel region 3, a gate oxide film 4, a CCD gate electrode 5, a first insulating layer 6, Planarization for lenses deposited in the antireflection film 7, the light shielding film 8, the second insulating layer 9, the metal thin films 13, 17 and 21, and the opening (optical waveguide 22) of the second insulating layer 9. A layer 23 and a microlens 24 formed on the lens flattening layer 23 are provided.

光電変換領域２及びＣＣＤチャネル領域３は、Ｎ型半導体基板１上部に形成されている。   The photoelectric conversion region 2 and the CCD channel region 3 are formed on the N-type semiconductor substrate 1.

光電変換領域２は、例えば、フォトダイオードからなり、光を受光する。光電変換領域２は、入射された光を光電変換し、光電変換した電荷をＣＣＤチャネル領域３に読み出し、転送する。   The photoelectric conversion region 2 is made of, for example, a photodiode and receives light. The photoelectric conversion area 2 photoelectrically converts the incident light, and reads out and transfers the photoelectrically converted charge to the CCD channel area 3.

反射防止膜７は、チッ化シリコン（ＳｉＮ）膜等よりなり、ゲート酸化膜４を介して光電変換領域２上に形成されている。   The antireflection film 7 is made of a silicon nitride (SiN) film or the like, and is formed on the photoelectric conversion region 2 via the gate oxide film 4.

ゲート電極５は、多結晶シリコンよりなり、ＣＣＤチャネル領域３の上方のゲート酸化膜４上に形成されている。   The gate electrode 5 is made of polycrystalline silicon and is formed on the gate oxide film 4 above the CCD channel region 3.

第１の絶縁層６は、第１の酸化膜よりなり、ゲート電極５を覆うように形成されている。   The first insulating layer 6 is made of a first oxide film and is formed so as to cover the gate electrode 5.

遮光膜８は、高融点金属よりなり、ゲート電極５に光が当たらないようにゲート酸化膜４を覆うように形成されている。   The light shielding film 8 is made of a refractory metal and is formed so as to cover the gate oxide film 4 so that light does not strike the gate electrode 5.

第２の絶縁層９は、第２の酸化膜よりなり、反射防止膜７及び遮光膜８上に形成され、表面が平坦化されている。また、第２の絶縁層９は、光電変換領域２に光が導入するための開口部（光導波路２２）を光電変換領域２の上方の領域に備えている。   The second insulating layer 9 is made of a second oxide film, is formed on the antireflection film 7 and the light shielding film 8, and has a flat surface. Further, the second insulating layer 9 includes an opening (optical waveguide 22) for introducing light into the photoelectric conversion region 2 in a region above the photoelectric conversion region 2.

第２の絶縁層９を形成する第２の酸化膜は、例えば二酸化シリコン（ＳｉＯ2）、Ｂ（ボロン）とＰ（リン）が入っているＳｉＯ2膜であるＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）またはチッ化シリコン（ＳｉＮ）等の電気的な絶縁性に優れた可視光を透過させる透明なものが良い。また、第２の絶縁層９を形成する第２の酸化膜は、金属薄膜１３と、ゲート電極５または第２の絶縁層９中に存在するアルミニウム等からなる配線（不図示）との間の電気的な短絡を避けるための機能を兼ねている。 The second oxide film forming the second insulating layer 9 is, for example, BPSG (Boro-Phospho Silicate Glass) which is a SiO 2 film containing silicon dioxide (SiO 2 ), B (boron) and P (phosphorus). Or the transparent thing which permeate | transmits the visible light which was excellent in electrical insulation, such as silicon nitride (SiN), is good. The second oxide film forming the second insulating layer 9 is between the metal thin film 13 and the wiring (not shown) made of aluminum or the like existing in the gate electrode 5 or the second insulating layer 9. It also functions to avoid electrical shorts.

光導波路２２は、マイクロレンズ２４を介して入射された光を光電変換領域２に導く。光導波路２２は、図１に示すように、略一定の導波路の幅を有する矩形状でもなく、略一定の傾斜を有することにより狭くなるすり鉢状でもない側壁を有する。すなわち、光導波路２２は、マイクロレンズ２４から光電変換領域２の方向へ、段階的に傾斜角度が大きくなる多段階の傾斜を有し、マイクロレンズ２４から光電変換領域２の方向へ狭くなる側壁を備える。ここでは、光導波路２２の側壁として、３段階の傾斜角度を有し、かつ、光電変換領域２の方向に狭くなる側壁を示している。この形状は、金属薄膜１３、１７及び２１が段階的に形成されることにより実現することができる。   The optical waveguide 22 guides light incident through the microlens 24 to the photoelectric conversion region 2. As shown in FIG. 1, the optical waveguide 22 has a side wall that is not a rectangular shape having a substantially constant waveguide width but is not a mortar shape that becomes narrow by having a substantially constant inclination. That is, the optical waveguide 22 has a multi-step inclination in which the inclination angle increases stepwise from the microlens 24 toward the photoelectric conversion region 2, and a side wall that narrows from the microlens 24 toward the photoelectric conversion region 2. Prepare. Here, as the side wall of the optical waveguide 22, a side wall having a three-step inclination angle and narrowing in the direction of the photoelectric conversion region 2 is shown. This shape can be realized by forming the metal thin films 13, 17 and 21 in stages.

金属薄膜１３、１７及び２１は、第２の絶縁層９の開口部である光導波路２２の側壁に形成される。金属薄膜１３、１７及び２１は、段階的に形成されることにより、段階的に傾斜が大きくなる、それぞれ傾斜の違う側壁を形成する。それにより、光導波路２２は、マイクロレンズ２４から光電変換領域２の方向へ、段階的に傾斜角度が大きくなる３段階の傾斜を有し、かつ、光電変換領域２の方向に狭くなる側壁を有することができる。   The metal thin films 13, 17, and 21 are formed on the side wall of the optical waveguide 22 that is the opening of the second insulating layer 9. The metal thin films 13, 17 and 21 are formed in stages, thereby forming side walls with different inclinations, the inclination of which increases gradually. Thereby, the optical waveguide 22 has a three-step inclination in which the inclination angle increases stepwise from the microlens 24 toward the photoelectric conversion region 2 and has a side wall that narrows in the direction of the photoelectric conversion region 2. be able to.

ここで、金属薄膜１３の材料としては、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）等の、所定の値（第２絶縁膜の反射率の値）より高い高光反射率を有する材料が好適である。   Here, as a material of the metal thin film 13, high light higher than a predetermined value (a reflectance value of the second insulating film) such as tungsten (W), aluminum (Al), silver (Ag), gold (Au), or the like. A material having reflectivity is preferred.

レンズ用平坦化層２３は、第２の絶縁層９上に形成され、第２の絶縁層９の開口部である光導波路２２を埋めるように堆積される。レンズ用平坦化層２３は、表面が平坦化されている。   The lens planarization layer 23 is formed on the second insulating layer 9 and is deposited so as to fill the optical waveguide 22 that is the opening of the second insulating layer 9. The surface of the lens flattening layer 23 is flattened.

マイクロレンズ２４は、レンズ用平坦化層２３上に形成され、光を光導波路２２に導入する。   The microlens 24 is formed on the lens planarizing layer 23 and introduces light into the optical waveguide 22.

次に、固体撮像装置１０００の製造方法について以下に説明する。
図２は、本発明の第１の実施の形態に係る光導波路２２を備えた固体撮像装置１０００の製造工程を説明するための断面図である。 Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device 1000 will be described below.
FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the solid-state imaging device 1000 including the optical waveguide 22 according to the first embodiment of the present invention.

図２は、光導波路２２が形成される前の固体撮像装置１０００に、光導波路２２を形成して、マイクロレンズ２４を形成するまでの工程を示している。   FIG. 2 shows a process from the formation of the optical waveguide 22 to the formation of the microlens 24 in the solid-state imaging device 1000 before the optical waveguide 22 is formed.

光導波路２２が形成される前の固体撮像装置１０００とは、Ｎ型半導体基板１の上部に光電変換領域２及びＣＣＤチャネル領域３が形成され、Ｎ型半導体基板１上にゲート酸化膜４が形成され、ゲート酸化膜４上に、多結晶シリコンよりなるＣＣＤのゲート電極５と、そのＣＣＤゲート電極５に酸化膜よりなる第１の絶縁層６と、その第１の絶縁層６上に高融点金属よりなる遮光膜８と、第２の酸化膜よりなり、表面は平坦化されている第２の絶縁層９が形成されている。また、ＣＣＤのゲート電極５上の遮光膜８が形成されていない、光電変換領域２上方にチッ化シリコン（ＳｉＮ）膜等よりなる反射防止膜７が形成されている。   In the solid-state imaging device 1000 before the optical waveguide 22 is formed, the photoelectric conversion region 2 and the CCD channel region 3 are formed on the N-type semiconductor substrate 1, and the gate oxide film 4 is formed on the N-type semiconductor substrate 1. On the gate oxide film 4, a CCD gate electrode 5 made of polycrystalline silicon, a first insulating layer 6 made of an oxide film on the CCD gate electrode 5, and a high melting point on the first insulating layer 6. A light-shielding film 8 made of metal and a second insulating layer 9 made of a second oxide film and having a flat surface are formed. Further, an antireflection film 7 made of a silicon nitride (SiN) film or the like is formed above the photoelectric conversion region 2 where the light shielding film 8 on the gate electrode 5 of the CCD is not formed.

まず、図２（Ａ）に示すように、第２の絶縁層９上の全面にレジスト膜１０を形成したのち、光電変換領域２の少なくともその上方の領域を開口するように、フォトリソグラフィー法を用いて図２（Ａ）中に開口部１１として示している部分のレジスト膜１０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、開口部１１に面した第２の絶縁層９を異方的に除去し、光導波路２２用の穴１２を形成する。   First, as shown in FIG. 2A, after a resist film 10 is formed on the entire surface of the second insulating layer 9, a photolithography method is used so that at least a region above the photoelectric conversion region 2 is opened. The portion of the resist film 10 shown as the opening 11 in FIG. Thereafter, the second insulating layer 9 facing the opening 11 is anisotropically removed using a reactive ion etching (RIE) method to form a hole 12 for the optical waveguide 22.

次に、図２（Ａ）に示す構成を形成する工程が終了したのち、レジスト膜１０を除去し、次いで、図２（Ｂ）に示すように、スパッタリング法またはＰｌａｓｍａ ＣＶＤ（ＰＣＶＤ）法等により、穴１２が形成された第２の絶縁層９上に金属薄膜１３を形成する。ここで、金属薄膜１３の材料としては、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）または金（Ａｕ）等の高光反射率を有する材料が好適である。   Next, after the step of forming the structure shown in FIG. 2A is completed, the resist film 10 is removed, and then, as shown in FIG. 2B, a sputtering method or a plasma CVD (PCVD) method is used. The metal thin film 13 is formed on the second insulating layer 9 in which the holes 12 are formed. Here, as a material of the metal thin film 13, a material having a high light reflectance such as tungsten (W), aluminum (Al), silver (Ag), or gold (Au) is suitable.

次に、金属薄膜１３の形成後、金属薄膜１３のみを除去できるＲＩＥ工程により、異方的に金属薄膜１３の除去を行い、図２（Ｃ）に示すように、光導波路２２用の穴１２の側壁にのみ金属薄膜１３が形成された状態にする。   Next, after the metal thin film 13 is formed, the metal thin film 13 is anisotropically removed by an RIE process in which only the metal thin film 13 can be removed. As shown in FIG. 2C, the hole 12 for the optical waveguide 22 is removed. The metal thin film 13 is formed only on the side wall.

次に、第２の絶縁層９上の全面にレジスト膜１４を形成したのち、光導波路２２用の穴１２と穴１２の側壁に形成された金属薄膜１３の一部の面とが開口（露出）するように、フォトリソグラフィー法を用いて図２（Ｄ）中に開口部１５として示している部分のレジスト膜１４を除去する。   Next, after a resist film 14 is formed on the entire surface of the second insulating layer 9, the hole 12 for the optical waveguide 22 and a part of the surface of the metal thin film 13 formed on the side wall of the hole 12 are opened (exposed). As illustrated in FIG. 2D, the resist film 14 in the portion shown as the opening 15 in FIG. 2D is removed by photolithography.

その後、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて、図２（Ｃ）に示す穴１２に面した第２の絶縁層９、すなわち、光導波路２２用の穴１２の側壁に形成された金属薄膜１３の内側の下部に面した第２の絶縁層９を異方的に除去することで、図２（Ｄ）に示すように、光導波路２２用の穴１２の下にさらに光導波路２２用の穴１６を形成する。   Thereafter, a thin metal film formed on the side wall of the second insulating layer 9 facing the hole 12 shown in FIG. 2C, that is, the hole 12 for the optical waveguide 22 by using reactive ion etching (RIE). By anisotropically removing the second insulating layer 9 facing the lower part on the inner side of 13, as shown in FIG. 2D, the optical waveguide 22 is further provided under the hole 12 for the optical waveguide 22. Hole 16 is formed.

次に、図２（Ｄ）に示す構成を形成する工程が終了したのち、レジスト膜１４を除去する。次いで、図２（Ｅ）に示すように、スパッタリング法またはＰｌａｓｍａ ＣＶＤ（ＰＣＶＤ）法等により、穴１２及び穴１６が形成された第２の絶縁層９上に金属薄膜１３と同じ材料からなる金属薄膜１７を形成する。   Next, after the step of forming the structure shown in FIG. 2D is completed, the resist film 14 is removed. Next, as shown in FIG. 2E, a metal made of the same material as the metal thin film 13 is formed on the second insulating layer 9 in which the holes 12 and 16 are formed by sputtering or plasma CVD (PCVD). A thin film 17 is formed.

次に、金属薄膜１７の形成後、金属薄膜１７のみを除去できるＲＩＥ工程により、異方的に金属薄膜１７の除去を行い、図２（Ｆ）に示すように、光導波路２２用の穴１６の側壁に金属薄膜１７が形成された状態にする。   Next, after the metal thin film 17 is formed, the metal thin film 17 is anisotropically removed by an RIE process in which only the metal thin film 17 can be removed. As shown in FIG. The metal thin film 17 is formed on the side wall.

次に、第２の絶縁層９上の全面にレジスト膜１８を形成したのち、光導波路２２用の穴１６と穴１６の側壁に形成された金属薄膜１７の一部の面とが開口するように、フォトリソグラフィー法を用いて図２（Ｇ）中に開口部１９として示している部分のレジスト膜１８を除去する。   Next, after a resist film 18 is formed on the entire surface of the second insulating layer 9, the hole 16 for the optical waveguide 22 and a part of the surface of the metal thin film 17 formed on the side wall of the hole 16 are opened. Then, a portion of the resist film 18 shown as the opening 19 in FIG. 2G is removed by photolithography.

その後、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）法を用いて、図２（Ｆ）に示す穴１６に面した第２の絶縁層９、すなわち、光導波路２２用の穴１６の側壁に形成された金属薄膜１７の内側の下部に面した第２の絶縁層９を異方的に除去することで、図２（Ｇ）に示すように、光導波路２２用の穴１６の下部にさらに光導波路２２用の穴２０を形成する。   Thereafter, a thin metal film formed on the side wall of the second insulating layer 9 facing the hole 16 shown in FIG. 2F, that is, the hole 16 for the optical waveguide 22 by using reactive ion etching (RIE). As shown in FIG. 2G, the second insulating layer 9 facing the lower portion inside 17 is anisotropically removed, so that the portion for the optical waveguide 22 is further provided below the hole 16 for the optical waveguide 22. Hole 20 is formed.

次に、図２（Ｇ）に示す構成を形成する工程が終了したのち、レジスト膜１８を除去する。次いで、図２（Ｈ）に示すように、スパッタリング法またはＰｌａｓｍａ ＣＶＤ（ＰＣＶＤ）法等により、穴１２、１６及び２０が形成された第２の絶縁層９上に金属薄膜１３及び１７と同じ材料からなる金属薄膜２１を形成する。   Next, after the step of forming the structure shown in FIG. 2G is completed, the resist film 18 is removed. Next, as shown in FIG. 2H, the same material as the metal thin films 13 and 17 is formed on the second insulating layer 9 in which the holes 12, 16, and 20 are formed by sputtering or plasma CVD (PCVD). A metal thin film 21 made of is formed.

次に、金属薄膜２１の形成後、金属薄膜２１のみを除去できるＲＩＥ工程により、異方的に金属薄膜２１の除去を行い、図２（Ｉ）に示すように、光導波路２２用の穴２０の側壁に金属薄膜２１が形成された状態にする。   Next, after the metal thin film 21 is formed, the metal thin film 21 is anisotropically removed by an RIE process in which only the metal thin film 21 can be removed. As shown in FIG. The metal thin film 21 is formed on the side wall.

その後、図２（Ｊ）に示すように、光導波路２２用の穴２０、１６及び１２の内部に例えばＳｉＯ2等の、可視光に対して透明な材料を埋め込んで、光導波路２２を形成する。続いて、熱軟化性樹脂等を用いて、レンズ用平坦化層２３及びマイクロレンズ２４を順次形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 2 (J), a material transparent to visible light, such as SiO 2 , is embedded in the holes 20, 16 and 12 for the optical waveguide 22 to form the optical waveguide 22. . Subsequently, the lens flattening layer 23 and the microlens 24 are sequentially formed using a thermosoftening resin or the like.

以上のように、光導波路２２を備えた固体撮像装置１０００は形成される。
なお、図２（Ｊ）に示す工程において、スミア信号を抑制するには、レンズ用平坦化層２３の厚さは厚く、かつ、マイクロレンズ２４のレンズの厚さを薄くして、レンズを通過した入射光の角度を基板表面に対して垂直に近くすることが望ましい。この場合はマイクロレンズ２４による光導波路２２への集光率が悪くなる方向であるが、光導波路２２の光入射面側（マイクロレンズ２４側）の開口面積を大きくしているので設計マージンが大きい。 As described above, the solid-state imaging device 1000 including the optical waveguide 22 is formed.
In the step shown in FIG. 2J, in order to suppress the smear signal, the lens flattening layer 23 is made thick and the microlens 24 is made thin to pass through the lens. It is desirable that the incident light angle be close to perpendicular to the substrate surface. In this case, the light condensing rate to the optical waveguide 22 by the microlens 24 is deteriorated, but since the opening area on the light incident surface side (microlens 24 side) of the optical waveguide 22 is increased, the design margin is large. .

また、図２（Ｊ）に示す工程において、感度及びスミア信号のカメラレンズのＦ値（絞り値）依存性を小さくするには、レンズ用平坦化層２３の厚さは薄く、マイクロレンズ２４のレンズの厚さを厚くすることが望ましい。この場合は、スミア信号が増加する方向であるが、光出射面側（光電変換領域２側）の光導波路２２の側壁の傾斜が基板表面に対して垂直に形成されているので設計マージンが大きい。ここで、Ｆ値とは、絞り値とも呼ばれ、レンズに入ってくる光の量を数値化したものである。一般にＦ値が小さいほど、光量が多いことを意味する。   Further, in the process shown in FIG. 2 (J), in order to reduce the dependence of the sensitivity and smear signal on the F value (aperture value) of the camera lens, the lens flattening layer 23 is thin, It is desirable to increase the thickness of the lens. In this case, the smear signal increases, but the design margin is large because the inclination of the side wall of the optical waveguide 22 on the light emitting surface side (photoelectric conversion region 2 side) is formed perpendicular to the substrate surface. . Here, the F value is also called an aperture value, and is a numerical value of the amount of light entering the lens. In general, the smaller the F value, the greater the amount of light.

また、光導波路２２の形状は、光導波路２２を構成する穴１２、１６及び２０の開口面積及び深さと、金属薄膜１３、１７及び２０の膜厚と、金属薄膜を除去するＲＩＥ工程の条件とにより調整することができる。そのため、本発明における固体撮像装置１０００は、感度及びスミア信号や、感度及びスミア信号のＦ値依存性などの特性への設計マージンが大きい。   Further, the shape of the optical waveguide 22 includes the opening area and depth of the holes 12, 16 and 20 constituting the optical waveguide 22, the thickness of the metal thin films 13, 17 and 20, and the conditions of the RIE process for removing the metal thin film. Can be adjusted. Therefore, the solid-state imaging device 1000 according to the present invention has a large design margin for characteristics such as sensitivity and smear signal and sensitivity and smear signal F value dependency.

なお、上記製造工程の説明において、光導波路２２を構成する穴を３段で形成したが、段数は任意に設計してもよい。   In the above description of the manufacturing process, the holes constituting the optical waveguide 22 are formed in three stages, but the number of stages may be arbitrarily designed.

また、本発明における固体撮像装置１０００は、光導波路２２における側壁の傾斜は光入射面側（マイクロレンズ２４側）で最も小さくなるが、この傾斜を小さくしすぎると光導波路２２に入射した光が側壁で反射し、上方に向かって反射する確率が増加する。そのため、レンズ用平坦化層２３の厚さ、マイクロレンズ２４のレンズの厚さ及び固体撮像装置１０００における画素ピッチなどに応じて、集光率を低下させないように傾斜角を設定することが望ましい。   Further, in the solid-state imaging device 1000 according to the present invention, the inclination of the side wall of the optical waveguide 22 is the smallest on the light incident surface side (microlens 24 side). The probability of reflection at the side wall and reflection upward increases. Therefore, it is desirable to set the inclination angle so as not to reduce the light collection rate according to the thickness of the lens flattening layer 23, the lens thickness of the microlens 24, the pixel pitch in the solid-state imaging device 1000, and the like.

また、上記実施の形態１において、光導波路２２を構成する穴１２、１６及び２０の２次元的な形状はマスクパターンにより制御可能である。したがって、図３に示すように光導波路２２―１用の穴１２、１６及び２０を基板表面に対して水平方向にずらしたり、広げたりすることで、光導波路２２―１の位置や開口面積を変えることができる。ここで、図３は、本発明の第１の実施の形態の変形例に係る固体撮像装置１００１の構成を示す断面図である。   In the first embodiment, the two-dimensional shapes of the holes 12, 16 and 20 constituting the optical waveguide 22 can be controlled by a mask pattern. Therefore, as shown in FIG. 3, by shifting or expanding the holes 12, 16 and 20 for the optical waveguide 22-1 in the horizontal direction with respect to the substrate surface, the position and opening area of the optical waveguide 22-1 can be increased. Can be changed. Here, FIG. 3 is a cross-sectional view showing a configuration of a solid-state imaging device 1001 according to a modification of the first embodiment of the present invention.

この構成によれば、フォトダイオードを含む画素を２次元状に多数配置した受光部を有する固体撮像装置１００１において、画素の２次元的な位置によって光導波路２２―１の位置や開口面積を変えることができるので、マイクロレンズ２４―１の位置も含めて最適化することができる。   According to this configuration, in the solid-state imaging device 1001 having a light receiving unit in which a large number of pixels including photodiodes are two-dimensionally arranged, the position and opening area of the optical waveguide 22-1 are changed depending on the two-dimensional position of the pixels. Therefore, it is possible to optimize including the position of the microlens 24-1.

それにより、Ｆ値の小さなカメラレンズで課題となる受光部の中央から端に向かって感度が小さくなり撮像した画像の外周部が中央部より暗くなるシェーディング現象やスミア信号が画像の中央部より外周部が大きくなり動画撮像時に外周部にスミアが発生する現象の課題を解決することができる。   As a result, the sensitivity decreases from the center to the edge of the light receiving unit, which is a problem with a camera lens having a small F value, and the shading phenomenon and smear signal in which the outer peripheral part of the captured image becomes darker than the central part are outside the central part of the image It is possible to solve the problem of a phenomenon in which smearing occurs at the outer peripheral portion when a moving image is captured due to a large portion.

具体的には、図３に示すように、受光部の中央の画素は光電変換領域２の中央を中心軸としてその中心軸上に光導波路２２―１とマイクロレンズ２４―１とを配置し、かつ、受光部の端の画素ほど中心軸より受光部の中央方向にずらして光導波路２２―１とマイクロレンズ２４―１とを配置すれば良い。ずらす距離は、レンズ用平坦化層２３―１の厚さ、マイクロレンズ２４―１のレンズの厚さ、及びカメラレンズの設計などにより調整することができる。   Specifically, as shown in FIG. 3, the central pixel of the light receiving unit has an optical waveguide 22-1 and a microlens 24-1 arranged on the central axis with the center of the photoelectric conversion region 2 as the central axis, In addition, the optical waveguide 22-1 and the microlens 24-1 may be arranged so that the pixels at the end of the light receiving unit are shifted from the central axis toward the center of the light receiving unit. The shifting distance can be adjusted by the thickness of the lens flattening layer 23-1, the thickness of the microlens 24-1, the design of the camera lens, and the like.

また、上記製造工程の説明において、光導波路２２を構成する穴２０、１６及び１２の内部に、可視光に対して透明な材料を埋め込む埋め込み工程とレンズ用平坦化層２３の形成工程とを、別工程として説明を行った。しかし、レンズ用平坦化層２３の形成工程において、光導波路２２を構成する穴２０、１６及び１２の内部に可視光に対して透明な材料の埋め込みを一挙に行い光導波路２２を形成する工程を行うことも可能である。   Further, in the description of the above manufacturing process, an embedding process of embedding a material transparent to visible light in the holes 20, 16 and 12 constituting the optical waveguide 22 and a process of forming the planarizing layer 23 for the lens, It explained as a separate process. However, in the step of forming the flattening layer 23 for the lens, the step of forming the optical waveguide 22 by burying a material transparent to visible light all at once in the holes 20, 16 and 12 constituting the optical waveguide 22. It is also possible to do this.

また、上記実施の形態１では、マイクロレンズ２４はレンズ用平坦化層２３の表面に形成した例を示したが、レンズ用平坦化層２３より高屈折率を有する材料からなるマイクロレンズを、レンズ用平坦化層２３中に埋め込んで形成する埋込レンズ構成とする固体撮像装置１０００であってももちろんよい。さらに、その埋込レンズと表面に形成されたマイクロレンズを併用した二階建レンズ構成とする固体撮像装置１０００であってもよい。   In the first embodiment, the microlens 24 is formed on the surface of the lens flattening layer 23. However, a microlens made of a material having a higher refractive index than the lens flattening layer 23 is used as the lens. Of course, the solid-state imaging device 1000 having an embedded lens structure embedded in the planarizing layer 23 may be used. Further, it may be a solid-state imaging device 1000 having a two-story lens configuration using both the embedded lens and a microlens formed on the surface.

以上のように、本実施の形態１の固体撮像装置１０００は、マイクロレンズ２４から光電変換領域２の方向へ、段階的に傾斜が大きくなる多段階の傾斜を有し、かつマイクロレンズ２４から光電変換領域２の方向へ狭くなる側壁を有する光導波路２２を備える。したがって、オンチップマイクロレンズから受光部の方向へ狭くなる側壁を有することによりオンチップマイクロレンズからの入射光をより効率よく光導波路に導くことができる。また、オンチップマイクロレンズから受光部の方向へ段階的に傾斜が大きくなる多段階の傾斜を有することにより、フォトダイオードに入射する光の入射角を小さくすることができ、光導波路から受光部に光が入射される際の干渉を起こしにくくすることができる。   As described above, the solid-state imaging device 1000 according to the first embodiment has multi-step inclinations in which the inclination increases stepwise from the microlens 24 toward the photoelectric conversion region 2, and An optical waveguide 22 having a side wall that narrows in the direction of the conversion region 2 is provided. Therefore, the incident light from the on-chip microlens can be more efficiently guided to the optical waveguide by having the side wall that narrows from the on-chip microlens toward the light receiving unit. In addition, by having a multi-step inclination in which the inclination increases stepwise from the on-chip microlens to the light receiving portion, the incident angle of light incident on the photodiode can be reduced, and the light guide from the optical waveguide to the light receiving portion. It is possible to make it difficult to cause interference when light is incident.

それにより、プロセス時の合わせずれに対するマージンを確保しつつ、スミア信号を抑制することができる固体撮像装置１０００及びその製造方法を実現することができる。具体的には、本実施の形態１に係る固体撮像装置１０００の製造方法によれば、感度、スミア信号及び感度、スミア信号のＦ値依存性などの特性への設計マージンが大きいといった微細画素で高感度かつ低スミア信号を実現可能な固体撮像装置及びその製造方法を実現することができる。   Accordingly, it is possible to realize a solid-state imaging device 1000 that can suppress a smear signal and a manufacturing method thereof while ensuring a margin for misalignment during the process. Specifically, according to the manufacturing method of the solid-state imaging device 1000 according to the first embodiment, it is possible to use a fine pixel having a large design margin for characteristics such as sensitivity, smear signal, sensitivity, and F value dependency of the smear signal. A solid-state imaging device capable of realizing a high sensitivity and low smear signal and a manufacturing method thereof can be realized.

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置２０００の構成を示す断面図である。 (Second Embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a configuration of a solid-state imaging device 2000 according to the second embodiment of the present invention.

図１と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。図４に示す固体撮像装置２０００は、実施の形態１に係る固体撮像装置１０００に対して、エッチングストッパー膜２５の構成が異なる。   Elements similar to those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The solid-state imaging device 2000 shown in FIG. 4 differs from the solid-state imaging device 1000 according to Embodiment 1 in the configuration of the etching stopper film 25.

エッチングストッパー膜２５は、光導波路２２を構成する穴１２、１６及び２０をＲＩＥで形成する際のエッチングストッパーとなる膜であり、第２の絶縁層９の内部に形成される。エッチングストッパー膜２５は、光導波路２２を構成する穴１２、１６及び２０を形成する際にエッチングを止める役割をする。エッチングストッパー膜２５の一部は、金属薄膜１３、１７及び２１をＲＩＥで除去する際に同時に除去される。   The etching stopper film 25 is a film that serves as an etching stopper when the holes 12, 16, and 20 constituting the optical waveguide 22 are formed by RIE, and is formed inside the second insulating layer 9. The etching stopper film 25 serves to stop etching when the holes 12, 16 and 20 constituting the optical waveguide 22 are formed. A part of the etching stopper film 25 is removed at the same time when the metal thin films 13, 17 and 21 are removed by RIE.

次に固体撮像装置２０００の製造方法について説明する。
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る光導波路２２を備えた固体撮像装置２０００の製造工程を説明するための断面図である。図２と同様の要素には同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。 Next, a method for manufacturing the solid-state imaging device 2000 will be described.
FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a manufacturing process of the solid-state imaging device 2000 including the optical waveguide 22 according to the second embodiment of the present invention. Elements similar to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

第２の実施の形態に係る製造工程は、上記第１の実施の形態に係る製造工程に比べて、光導波路２２を構成する穴１２、１６及び２０をＲＩＥで形成する際のエッチングストッパーとなる膜であるエッチングストッパー膜２５を第２の絶縁層９の内部に形成する点が異なっている。   Compared with the manufacturing process according to the first embodiment, the manufacturing process according to the second embodiment serves as an etching stopper when the holes 12, 16 and 20 constituting the optical waveguide 22 are formed by RIE. The difference is that an etching stopper film 25, which is a film, is formed inside the second insulating layer 9.

具体的には、第２の実施の形態に係る製造工程において、図５（Ａ）、図５（Ｄ）及び図５（Ｇ）に示すように、光導波路２２を構成する穴１２、１６及び２０を形成する際にエッチングストッパー膜２５でエッチングを止める点が異なっている。また、図５（Ｃ）、図５（Ｆ）及び図５（Ｉ）に示すように、金属薄膜１３、１７及び２１をＲＩＥで除去する際にエッチングストッパー膜２５も同時に除去する点が異なっている。   Specifically, in the manufacturing process according to the second embodiment, as shown in FIGS. 5 (A), 5 (D) and 5 (G), the holes 12 and 16 constituting the optical waveguide 22 and The difference is that the etching is stopped by the etching stopper film 25 when forming 20. Further, as shown in FIGS. 5 (C), 5 (F) and 5 (I), the etching stopper film 25 is also removed simultaneously when the metal thin films 13, 17 and 21 are removed by RIE. Yes.

なお、エッチングストッパー膜２５は、形成する位置と膜の層数により光導波路２２を構成する穴（ここでは穴１２、１６及び２０）の深さと穴の段数（ここでは３段）を制御できる。   The etching stopper film 25 can control the depth of holes (here, holes 12, 16 and 20) constituting the optical waveguide 22 and the number of holes (three stages here) depending on the position and number of layers of the film.

また、エッチングストッパー膜２５の材料としては、第２の絶縁層９とのエッチング選択比が高く、かつ金属薄膜１３、１７及び２１とのエッチング選択比が低い材料が良く、金属薄膜１３と同じ材料が好適である。   The material of the etching stopper film 25 is preferably a material having a high etching selectivity with the second insulating layer 9 and a low etching selectivity with the metal thin films 13, 17 and 21, and the same material as the metal thin film 13. Is preferred.

また、上記実施の形態２は、ＭＯＳ型の固体撮像装置にも適用することができ、第２の絶縁層９を形成する前段の製造工程が異なるだけで第２の絶縁層９を形成する工程以降はそのまま適用することができる。その場合は、隣り合う画素に光が漏れこむことにより発生する混色の抑制に効果が期待できる。   The second embodiment can also be applied to a MOS type solid-state imaging device, and the step of forming the second insulating layer 9 is different only in the manufacturing process of the previous stage for forming the second insulating layer 9. Thereafter, it can be applied as it is. In that case, an effect can be expected to suppress color mixing that occurs due to light leaking into adjacent pixels.

また、銅（Ｃｕ）を配線に使用した固体撮像装置では、銅（Ｃｕ）上の銅拡散防止膜（ライナー膜）を、上記実施の形態２におけるエッチングストッパー膜２５として利用することも可能である。   In a solid-state imaging device using copper (Cu) for wiring, a copper diffusion prevention film (liner film) on copper (Cu) can also be used as the etching stopper film 25 in the second embodiment. .

以上のように、本実施の形態２の固体撮像装置２０００は、マイクロレンズ２４から光電変換領域２の方向へ、段階的に傾斜が大きくなる多段階の傾斜を有し、かつマイクロレンズ２４から光電変換領域２の方向へ狭くなる側壁を有する光導波路２２を備える。それにより、プロセス時の合わせずれに対するマージンを確保しつつ、スミア信号を抑制することができる固体撮像装置２０００及びその製造方法を実現することができる。具体的には、本実施の形態２に係る固体撮像装置２０００の製造方法によれば、感度、スミア信号及び感度、スミア信号のＦ値依存性などの特性への設計マージンが大きいといった微細画素で高感度かつ低スミア信号を実現可能な固体撮像装置及びその製造方法を実現することができる。   As described above, the solid-state imaging device 2000 according to the second embodiment has a multi-step inclination in which the inclination increases stepwise from the microlens 24 toward the photoelectric conversion region 2 and An optical waveguide 22 having a side wall that narrows in the direction of the conversion region 2 is provided. Accordingly, it is possible to realize a solid-state imaging device 2000 and a manufacturing method thereof that can suppress a smear signal while securing a margin for misalignment during the process. Specifically, according to the manufacturing method of the solid-state imaging device 2000 according to the second embodiment, the fine pixel having a large design margin for characteristics such as sensitivity, smear signal and sensitivity, and F value dependency of the smear signal. A solid-state imaging device capable of realizing a high sensitivity and low smear signal and a manufacturing method thereof can be realized.

以上、本発明によれば、プロセス時の合わせずれに対するマージンを確保しつつ、スミア信号を抑制することができる固体撮像装置及びその製造方法を実現することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to realize a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof that can suppress a smear signal while ensuring a margin for misalignment during a process.

本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に利用でき、特に、光導波路を備える固体撮像装置及びその製造方法に利用することができる。   The present invention can be used for a solid-state imaging device and a manufacturing method thereof, and in particular, can be used for a solid-state imaging device including an optical waveguide and a manufacturing method thereof.

本発明の第１の実施の形態に係る固体撮像装置１０００の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state imaging device 1000 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態に係る光導波路２２を備えた固体撮像装置１０００の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the solid-state imaging device 1000 provided with the optical waveguide 22 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第１の実施の形態の変形例に係る固体撮像装置１００１の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state imaging device 1001 which concerns on the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態に係る固体撮像装置２０００の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solid-state imaging device 2000 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第２の実施の形態に係る光導波路２２を備えた固体撮像装置２０００の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the solid-state imaging device 2000 provided with the optical waveguide 22 which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 従来のオンチップマイクロレンズを備えた従来の固体撮像装置の断面図である。It is sectional drawing of the conventional solid-state imaging device provided with the conventional on-chip microlens. 従来のオンチップマイクロレンズを備えた従来の固体撮像装置の断面図である。It is sectional drawing of the conventional solid-state imaging device provided with the conventional on-chip microlens. ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）撮像装置の断面図である。It is sectional drawing of a CCD (Charge Coupled Device) imaging device.

符号の説明Explanation of symbols

１ Ｎ型半導体基板
２ 光電変換領域
３ ＣＣＤチャネル領域
４ ゲート酸化膜
５ ゲート電極
６ 第１の絶縁層
７ 反射防止膜
８、３０３ 遮光膜
９ 第２の絶縁層
１０、１４、１８ レジスト膜
１１、１５、１９ 開口部
１２、１６、２０ 穴
１３、１３―１、１７、１７―１、２１、２１―１ 金属薄膜
２２、２２―１、１０２、２０２ 光導波路
２３、２３―１ レンズ用平坦化層
２４、２４―１、３０６ マイクロレンズ
２５ エッチングストッパー膜
１００、２００、１０００、１００１、２０００ 固体撮像装置
１０１ ＭＯＳ型ダイオード
１０３ オンチップマイクロレンズ
３００ ＣＣＤ撮像装置
３０１ フォトダイオード
３０２ ＣＣＤ
３０４ 受光開口部
３０５ 絶縁層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 N type semiconductor substrate 2 Photoelectric conversion area | region 3 CCD channel area | region 4 Gate oxide film 5 Gate electrode 6 1st insulating layer 7 Antireflection film 8, 303 Light-shielding film 9 2nd insulating layer 10, 14, 18 Resist film 11, 15, 19 Opening 12, 16, 20 Hole 13, 13-1, 17, 17-1, 21, 21, 21 Metal thin film 22, 22-1, 102, 202 Optical waveguide 23, 23-1 Flattening for lens Layer 24, 24-1, 306 Microlens 25 Etching stopper film 100, 200, 1000, 1001, 2000 Solid-state imaging device 101 MOS type diode 103 On-chip microlens 300 CCD imaging device 301 Photodiode 302 CCD
304 Light receiving opening 305 Insulating layer

Claims (8)

受光素子を含む画素を２次元状に複数配置した受光部を有する半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された絶縁層と、
前記受光部上の前記絶縁層に前記受光部の受光面に対して垂直方向に形成される光導波路と、
前記光導波路の上部に形成されたオンチップマイクロレンズとを備え、
前記光導波路は、前記オンチップマイクロレンズから前記受光面の方向へ狭くなり、かつ、前記受光部の受光面に対して少なくとも２段階の傾斜が形成される側壁を有し、
前記少なくとも２段階の傾斜の角度は、前記半導体基板側の方が前記オンチップマイクロレンズ側よりも大きい
ことを特徴とする固体撮像装置。 A semiconductor substrate having a light receiving portion in which a plurality of pixels including light receiving elements are arranged two-dimensionally;
An insulating layer formed on the semiconductor substrate;
An optical waveguide formed in the insulating layer on the light receiving portion in a direction perpendicular to the light receiving surface of the light receiving portion;
An on-chip microlens formed on the top of the optical waveguide,
The optical waveguide has a side wall that narrows in the direction of the light receiving surface from the on-chip microlens, and has at least two stages of inclination with respect to the light receiving surface of the light receiving unit,
The angle of the at least two steps of inclination is larger on the semiconductor substrate side than on the on-chip microlens side. 前記側壁は、所定値より高い高光反射率を有する薄膜で覆われている
ことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 1, wherein the side wall is covered with a thin film having a high light reflectance higher than a predetermined value. 前記薄膜は、タングステン、アルミニウム、銅、銀及び金のいずれかで形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置。 The solid-state imaging device according to claim 2, wherein the thin film is formed of any one of tungsten, aluminum, copper, silver, and gold. 半導体基板に受光素子を含む画素を２次元状に複数配置した受光部を形成する工程と、
前記半導体基板上に絶縁層を形成する工程と、
前記受光部上の前記絶縁層に前記受光部の受光面に対して垂直方向に光導波路を形成する工程と、
前記光導波路の上部にオンチップマイクロレンズを形成する工程とを含み、
前記光導波路を形成する工程は、
前記受光部の上方の前記絶縁層の前記受光部と反対側の一部をエッチングして第１の凹部を形成し、前記第１の凹部の側壁に所定値より高い高光反射率を有する薄膜を形成することで、前記受光部の受光面に対して第１の傾斜を有する光導波路の側壁を形成する工程と、
前記第１の凹部の底面の前記絶縁層の一部をエッチングして第２の凹部を形成し、前記第２の凹部の側壁に前記高光反射率を有する薄膜を形成することで、前記受光部の受光面に対して第２の傾斜を有する光導波路の側壁を形成する工程とを含み、
前記第２の傾斜は、前記第１の傾斜よりも大きい
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。 Forming a light receiving portion in which a plurality of pixels including light receiving elements are two-dimensionally arranged on a semiconductor substrate;
Forming an insulating layer on the semiconductor substrate;
Forming an optical waveguide in a direction perpendicular to the light receiving surface of the light receiving portion in the insulating layer on the light receiving portion;
Forming an on-chip microlens on top of the optical waveguide,
The step of forming the optical waveguide includes:
A thin film having a high light reflectance higher than a predetermined value is formed on a side wall of the first recess by etching a part of the insulating layer above the light receiving portion on the side opposite to the light receiving portion to form a first recess. Forming a side wall of the optical waveguide having a first inclination with respect to the light receiving surface of the light receiving unit,
Etching a part of the insulating layer on the bottom surface of the first recess to form a second recess, and forming the thin film having the high light reflectance on the side wall of the second recess, thereby the light receiving unit Forming a side wall of the optical waveguide having a second inclination with respect to the light receiving surface of
The method for manufacturing a solid-state imaging device, wherein the second inclination is larger than the first inclination. 前記絶縁層を形成する工程において、
絶縁膜とエッチングストッパー膜とを交互に形成することにより、複数の絶縁膜の間にエッチングストッパー膜が形成された前記絶縁層を形成し、
前記光導波路を形成する工程において、
前記第１の凹部は、前記複数の絶縁膜のうち、前記半導体基板からみて最上の絶縁膜をエッチングすることにより形成され、
前記第２の凹部は、前記最上の絶縁膜の下にあるエッチングストッパー膜とその下にある絶縁膜とをエッチングすることにより形成される
ことを特徴とする請求項４に記載の固体撮像装置の製造方法。 In the step of forming the insulating layer,
By alternately forming insulating films and etching stopper films, the insulating layer in which an etching stopper film is formed between a plurality of insulating films is formed,
In the step of forming the optical waveguide,
The first recess is formed by etching an uppermost insulating film as viewed from the semiconductor substrate among the plurality of insulating films,
5. The solid-state imaging device according to claim 4, wherein the second recess is formed by etching an etching stopper film under the uppermost insulating film and an insulating film under the etching stopper film. Production method. 前記エッチングストッパー膜は、前記高光反射率を有する薄膜と同じ材料により形成される
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5, wherein the etching stopper film is formed of the same material as the thin film having a high light reflectance. 前記エッチングストッパー膜は、前記固体撮像装置に形成される銅（Ｃｕ）配線上の銅（Ｃｕ）拡散防止膜である
ことを特徴とする請求項５に記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 5, wherein the etching stopper film is a copper (Cu) diffusion prevention film on a copper (Cu) wiring formed in the solid-state imaging device. 前記絶縁膜は、ＢＰＳＧ（Ｂｏｒｏ−Ｐｈｏｓｐｈｏ Ｓｉｌｉｃａｔｅ Ｇｌａｓｓ）により形成される
ことを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。 The method for manufacturing a solid-state imaging device according to claim 4, wherein the insulating film is formed of BPSG (Boro-Phospho Silicate Glass).
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