JP2010212535A - 固体撮像装置とその製造方法および撮像装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、各色の波長による導波路の光射出端からの広がり角の違いによる分光バランスを一定に整えることを可能にする。
【解決手段】入射光を電気信号に変換する光電変換部２１を有する複数の画素１２で構成される画素アレイ部１３を設けた基板１１と、前記基板１１の上部に積層される複数の配線３２と該複数の配線３２を被覆する絶縁層３４を有する配線層３１と、前記配線層３１中に形成されて前記複数の画素１２のそれぞれの前記光電変換部２１に光を導く導波路１４を有し、前記導波路１４から光が射出される導波路射出端１４Ｅと、その導波路１４から射出される光を受光する前記光電変換部２１の表面との距離Ｌが、前記導波路１４により導かれる光の波長の長さにしたがって前記距離Ｌを短く形成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像装置とその製造方法および撮像装置に関するものである。
固体撮像素子では、多画素化や画素サイズの微細化の進展に対応し、各画素の集光効率を上げる手段として導波路構造を用いることが提案されている。特に、ＣＭＯＳイメージセンサでは、金属配線をフォトダイオードの光入射側に形成するため、その金属配線を回避して光を閉じ込めつつフォトダイオードに入射光を導く、導波路構造は必要不可欠な技術になりつつある。
導波路構造を有する固体撮像素子の従来例を説明する。
従来例の固体撮像素子は、シリコン基板に形成された素子分離絶縁膜等によって分離された領域に光電変換部としてのフォトダイオードが形成されている。この光電変換部に隣接した上記シリコン基板の上面には、酸化シリコン膜等からなるゲート絶縁膜を介して転送ゲート電極が配置されている。そして、このシリコン基板の上部には、複数の金属配線からなる配線層が複数層に形成され、各配線層間の金属配線はスルーホール（ビアホール）によって適宜接続されている。
上記配線層の最上部には、パッシベーション膜および平坦化膜を介してカラーフィルターが配置され、そのカラーフィルター上にマイクロレンズが配置されている。
上記マイクロレンズとフォトダイオードの位置に対応して各配線層間を貫通する導波路が形成されている。この導波路は光の吸収の小さい膜が埋め込まれて形成されている。
上記導波路は、オンチップレンズとフォトダイオードを光学的に接続するものであり、オンチップレンズから入射される光をフォトダイオードに効率よく導く役割を有している。そのために、導波路内部は、各配線層を構成する絶縁膜材料より屈折率の高い材料が埋め込まれている（例えば、特許文献１参照。）。
微細化に伴い、入射される光の絶対量は減少し、さらに光を検知するフォトダイオードの受光面積も減少する。これらの減少分が各色（ＲＧＢ）で同じ比率で減少すれば、各色の分光バランスは前世代を引き継ぎ、前世代のデバイス設計、回路設計を小さな改善のみで引き継ぐことができる。
同じ光量が入射された場合における量子効率は、例えば１．７５μｍ□セルと１．１μｍ□セルの場合では、微細化に伴い、１．１μｍ□セルで各色の量子効率に違いが見られるようになる。オンチップレンズへの光（自然光）の入射は、色に関係なく、同じ光量である。そのため、オンチップレンズ、カラーフィルター、平坦化膜などの入射光が導波する材料においてその損失が一定ならば、各色から出力される信号は量子効率に比例することになり、各色のバランス（分光バランス）が劣化する。
分光バランスの補正についてはいくつかの報告がある。
オンチップレンズの設置位置に対して、その直下に存在する画素と離れた画素では入射する光の量が違うため、離れた画素の導波路径を太くするような構成が採られている（例えば、特許文献２参照。）。
また、固体撮像素子のフォトダイオード側から光を入射させる方式では、シリコン基板にトレンチを形成し、色ごとにトレンチの深さを変えて、トレンチ底面からフォトダイオードまでの距離を変える構造が開示されている（例えば、特許文献３参照。）。
特開２００３−２２４２４９号公報 特開２００６−１９０７６６号公報 特開２００７−１８４６０３号公報
解決しようとする問題点は、画素の微細化にともない、分光バランスが劣化する点である。
本発明は、各色の波長による導波路射出端からの光の拡がり角の違いによる分光バランスを一定に整えることを可能にする。
本発明の固体撮像装置は、入射光を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素で構成される画素アレイ部を設けた基板と、前記基板の上部に積層される複数の配線と該複数の配線を被覆する絶縁層を有する配線層と、前記配線層中に形成されて前記複数の画素のそれぞれの前記光電変換部に光を導く導波路を有し、前記導波路から光が射出される導波路射出端と、その導波路から射出される光を受光する前記光電変換部の表面との距離が、前記導波路により導かれる光の波長の長さにしたがって前記距離を短く形成されている。
本発明の固体撮像装置では、導波路から光が射出される導波路射出端と、その導波路から射出される光を受光する光電変換部の表面との距離が、導波路により導かれる光の波長の長さにしたがってその距離を短く形成している。これによって、各色の波長による導波路射出端からの光の拡がり角の違いによる分光バランスを一定に整えることが可能になる。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、基板に、入射光を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素で構成される画素アレイ部を形成する工程と、前記基板の上部に、複数層に積層される配線と該配線を被覆する絶縁層を有する配線層を形成する工程と、前記配線層中に、前記複数の画素のそれぞれの前記光電変換部に光を導く導波路を形成する工程を有し、前記導波路は、前記導波路から光が射出される導波路射出端と、その導波路から射出される光を受光する前記光電変換部の表面との距離が、前記導波路により導かれる光の波長の長さにしたがって前記距離が短く形成される。
本発明の固体撮像装置の製造方法では、導波路から光が射出される導波路射出端と、その導波路から射出される光を受光する光電変換部の表面との距離が、導波路により導かれる光の波長の長さにしたがってその距離を短く形成される。これによって、各色の波長による導波路射出端からの光の拡がり角の違いによる分光バランスを一定に整えることが可能になる。
本発明の撮像装置は、入射光を集光する集光光学部と、前記集光光学部で集光した光を受光して光電変換する固体撮像装置と、光電変換された信号を処理する信号処理部を有し、前記固体撮像装置は、入射光を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素で構成される画素アレイ部を設けた基板と、前記基板の上部に積層される複数の配線と該複数の配線を被覆する絶縁層を有する配線層と、前記配線層中に形成されて前記複数の画素のそれぞれの前記光電変換部に光を導く導波路を有し、前記導波路から光が射出される導波路射出端と、その導波路から射出される光を受光する前記光電変換部の表面との距離が、前記導波路により導かれる光の波長の長さにしたがって前記距離を短く形成されている。
本発明の撮像装置では、集光光学部で集光した光を受光して光電変換する固体撮像装置が各色の波長による導波路射出端からの光の拡がり角の違いによる分光バランスを一定に整えることが可能になる。
本発明の固体撮像装置は、分光バランスを整えることができるため、自然に近い色に画像を整える際の画像合成マージンができ、色補正が容易にできるので、色再現性に優れた画像が得られるという利点がある。
本発明の固体撮像装置の製造方法は、分光バランスを整えることができるため、自然に近い色に画像を整える際の画像合成マージンができ、色補正が容易にできるので、色再現性に優れた画像が得られるという利点がある。
本発明の撮像装置は、固体撮像装置の分光バランスを整えることができるため、自然に近い色に画像を整える際の画像合成マージンができ、色補正が容易にできるので、色再現性に優れた画像が得られるという利点がある。
固体撮像装置の構成の第１例を示した概略構成断面図である。 導波路射出端から光電変換部までの光路図である。 効率と導波路射出端から光電変換部まで距離との関係図である。 効率の逆数と導波路射出端から光電変換部まで距離との関係図である。 比較例の第１例を説明する概略構成断面図および効率と波長との関係図である。 マイクロレンズから導波路の入り口までの光路図と導波路射出端から光電変換部までの効率と波長との関係図である。 比較例の第２例を説明する概略構成断面図および効率と波長との関係図である。 固体撮像装置の構成の第２例を示した概略構成断面図である。 固体撮像装置の製造方法の第１例を示した製造工程断面図である。 固体撮像装置の製造方法の第１例を示した製造工程断面図である。 固体撮像装置の製造方法の第１例を示した製造工程断面図である。 固体撮像装置の製造方法の第２例を示した製造工程断面図である。 固体撮像装置の製造方法の第２例を示した製造工程断面図である。 固体撮像装置の製造方法の第３例を示した製造工程断面図である。 固体撮像装置の製造方法の第３例を示した製造工程断面図である。 本発明の第３実施の形態に係る撮像装置の構成の一例を示したブロック図である。
以下、発明を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
＜１．第１の実施の形態＞
［固体撮像装置の構成の第１例］
本発明の第１実施の形態に係る固体撮像装置の構成の第１例を、図１の概略構成断面図によって説明する。
図１に示すように、基板１１には、入射光を電気信号に変換する光電変換部２１を有する複数の画素１２で構成される画素アレイ部１３が設けられている。上記基板１１には、例えば、半導体基板としてシリコン基板が用いられている。上記光電変換部２１は例えばフォトダイオードで構成されている。また上記基板１１上には、光電変換部２１に隣接してゲート絶縁膜２２を介して転送ゲート電極２３が形成されている。
さらに、上記基板１１上には、これらの光電変換部２１、転送ゲート電極２３等を被覆する保護膜４１、およびその保護膜４１上に平坦化膜４２が形成されている。
上記基板１１の上部、すなわち上記平坦化膜４２上には、複数の配線３２が積層され、その複数の配線３２を被覆する絶縁層３４を有する配線層３１が形成されている。
上記各配線３２は、例えば銅（Ｃｕ）、タングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属で形成され、各配線３２の周囲は、例えばバリアメタル層３３が形成されている。
上記絶縁層３４は、例えば酸化シリコン、低誘電率材料等で形成されている。例えば、上記絶縁層３４が酸化シリコンもしくは酸化シリコン系の材料で形成されている場合、その屈折率は１．４〜１．５である。
上記配線層３１中には、上記複数の画素１２のそれぞれの光電変換部２１に光を導く導波路１４（１４Ｂ、１４Ｇ、１４Ｒ）が形成されている。この導波路１４の一部は、上記平坦化膜４２に形成されていてもよい。一例として、図面では、導波路１４Ｒが平坦化膜４２中にも形成されている。
上記導波路１４について詳述する。
上記導波路１４は、上記配線層３１に上記配線３２と離間するように形成された導波路孔３５の内部に導波路材料３６が埋め込まれて形成されている。例えば、上記導波路材料３６は、図示したように、上記導波路孔３５を埋め込み、かつ上記配線層３１の絶縁層３４上にも形成されている。したがって、上記導波路孔３５に埋め込まれた導波路材料３６部分が導波路１４となっている。
そして、上記導波路１４は、上記導波路１４から光が射出される導波路射出端１４Ｅと、そこから射出される光を受光する上記光電変換部２１の表面との距離Ｌ（Ｌｂ，Ｌｇ，Ｌｒ）が、上記導波路１４により導かれる光の波長の長さにしたがって短くなるように形成されている。上記導波路射出端１４Ｅは導波路孔３５の底部である。
また上記導波路１４を形成する上記導波路材料３６は、上記絶縁層３４よりも屈折率が高い材料で、例えば可視光領域の波長の透過率の高い材料で形成されている。そのような材料としては、窒化シリコン膜、ダイヤモンド膜、ダイヤモンドと有機系材料との複合材料膜、酸化チタンと有機系材料との複合材料膜等がある。
上記導波路１４は、第１色（赤色）画素用導波路１４Ｒ、第２色（緑色）画素用導波路１４Ｇおよび第３色（青色）画素用導波路１４Ｂからなる。上記第１色（赤色）、上記第２色（緑色）、上記第３色（青色）の順に波長が短くなっていて、例えば、赤色の波長λｒ＝６５０ｎｍ、緑色の波長λｇ＝５５０ｎｍ、青色の波長λｂ＝４５０ｎｍとなっている。上記各波長はいずれも各色の光強度がピークとなる波長である。
また、上記各導波路１４上方（光入射側）のそれぞれには、導波路材料３６を被覆する平坦化膜４４を介してカラーフィルター５１が形成されている。さらにそのカラーフィルター５１上には入射光を導波路１４の光入射口に導くマイクロレンズ５２が形成されている。
このように、上記マイクロレンズ５２と上記光電変換部２１とは、上記導波路１４によって光学的に接続されている。
次に、導波路射出端１４Ｅと、その導波路１４から射出される光を受光する上記光電変換部２１の表面との距離Ｌについて説明する。
赤色のカラーフィルター５１（５１Ｒ）を透過した赤色光が入射される導波路１４Ｒの導波路射出端１４Ｅとその導波路１４Ｒから射出される光を受光する上記光電変換部２１の表面との距離Ｌｒとする。同様に、緑色のカラーフィルター５１（５１Ｇ）を透過した緑色光が入射される導波路１４Ｇの導波路射出端１４Ｅとその導波路１４Ｇから射出される光を受光する上記光電変換部２１の表面との距離Ｌｇとする。青色のカラーフィルター５１（５１Ｂ）を透過した青色光が入射される導波路１４Ｂの導波路射出端１４Ｅとその導波路１４Ｂから射出される光を受光する上記光電変換部２１の表面との距離Ｌｂとする。
上記赤色画素用導波路１４Ｒの距離Ｌｒは上記緑色画素用導波路１４Ｇの距離Ｌｇより短く形成されている。また、上記緑色画素用導波路１４Ｇの距離Ｌｇは上記青色画素用導波路１４Ｂの距離Ｌｂより短く形成されている。
一例として、上記光電変換部２１のサイズを１．１μｍ□とし、上記導波路１４Ｂの導波路射出端１４Ｅの径を４６０ｎｍとする。この場合、例えば、距離Ｌｒ＝５８０ｎｍとした場合、Ｌｇ＝６９０ｎｍ、Ｌｂ＝８４０ｎｍとなるように形成されている。
なお、上記距離Ｌ（Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂ）が３００ｎｍ未満の場合、導波路１４に入射される波長によらず、導波路射出端１４Ｅから射出される光は、光電変換部２１にほぼ１００％受光される。
したがって、距離Ｌｒ＜３００ｎｍ、距離Ｌｇ＜３００ｎｍ、距離Ｌｂ＜３００ｎｍの場合、Ｌｒ＝Ｌｇ＝Ｌｂとすることができる。
もちろん、光電変換部２１のサイズが１．１μｍ□よりさらに縮小された場合には、距離Ｌをさらに短くする必要がある。
次に、上記距離Ｌの求め方の一例を、図２によって説明する。
図２に示すように、上記導波路射出端１４Ｅから射出された光は、回折によって拡がり、光電変換部２１の表面に照射される。
ここで、導波路射出端１４Ｅから射出された光の拡がり角をθ、導波路１４の導波路射出端１４Ｅでの半径をｗｆ、導波路１４の導波路射出端１４Ｅから光電変換部２１の表面までの距離をＬとする。また入射光の波長をλ、光電変換部２１の表面に照射されるスポット半径をＷとする。すると、
ｔａｎθ＝Ｗ／Ｌ＝λ／（π・ｗｆ）…（１）
なる関係式が得られる。よって、上記（１）式は、
ｗｆ＝λＬ／πＷ…（２）
と変形することができる。
上記（２）式において、スポット半径Ｗは、波長λ及び距離Ｌにより変化する。なぜならば、波長λの違いにより回折状態が異なり、波長λが短いほど導波路射出端１４Ｅから射出された光はより広がるためである。
ここで、上記（２）式から、導波路１４の導波路射出端１４Ｅの直径（２ｗｆ）をパラメータにして、上記距離Ｌに対する波長λごとのスポット径（２Ｗ）と光電変換部２１の受光面積との比である効率を算出して、その結果を、図３に示した。ここでは、光電変換部２１の面積を０．３μｍ2とした。このとき、赤色の波長λｒ＝６５０ｎｍ、緑色の波長λｇ＝５５０ｎｍ、青色の波長λｂ＝４５０ｎｍとした。
図３に示すように、導波路射出端１４Ｅの径２ｗｆ＝４６０ｎｍの場合も、２ｗｆ＝７００ｎｍの場合も、距離Ｌが３００ｎｍ未満の場合、効率が１となり、導波路射出端１４Ｅから射出された光は光電変換部２１に１００％照射されることがわかる。
また、２ｗｆ＝７００ｎｍの場合で効率が一定（効率が１）となるのは、およそＬｒ＝５８０ｎｍ、Ｌｇ＝６９０ｎｍ、Ｌｂ＝８４０ｎｍであることがわかる。
上記図３のように、導波路射出端１４Ｅの直径（２ｗｆ）をパラメータにして、上記距離Ｌに対する波長λごとのスポット径（２Ｗ）と光電変換部２１の受光面積との比である効率を求めることで、各色の距離Ｌを求めることが容易になる。
また、上記図３に示した１．１μｍ□のセルの場合において、その効率の逆数を取りそれを縦軸に示し、横軸には導波路射出端１４Ｅから光電変換部２１表面までの距離Ｌをとって示した図面を図４に示す。
図４に示す各色の効率の逆数と距離Ｌとの関係から、効率の逆数を一定値として、各色の距離Ｌ（Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂ）の関係を２次方程式で近似した場合、近似式として、８Ｌｒ2＝６Ｌｇ2＝４Ｌｂ2なる関係式（（３）式）を導くことができる。
したがって、例えば、距離Ｌｒが設定されれば、距離Ｌｇ、Ｌｂが求まることになる。距離Ｌｇ、Ｌｂを設定した場合についても同様である。
なお、前記（２）式を用いて導かれ各色の距離Ｌと上記（３）式で導かれる各色の距離Ｌとは、４％程度の誤差を生じることがあるが、その誤差は半導体製造プロセス上の誤差と同等の範囲内であり、問題とはならない。
上記説明では、カラーフィルター５１によって分光された光が、赤色光、緑色光、青色光の場合について説明したが、カラーフィルター５１による分光は、上記色に限定されない。それぞれの補色に分光されたものであってもよい。また、例えばオレンジ色の波長、青緑色の波長等、上記赤色、緑色、青色以外の波長の色についても、同様に、導波路１４を透過導波路１４の導波路射出端１４Ｅから光電変換部２１の表面までの距離Ｌを調整することが好ましい。
［固体撮像装置の構成の第１例の変形例］
また、上記各導波路１４の光入射位置が同一平面上に形成され、また上記各光電変換部２１の表面が基板１１の同一表面上に形成されている場合、各導波路１４の深さによって規定することもできる。すなわち、基板１１表面と各導波路１４の光入射位置が形成される平面との距離から上記距離Ｌを差し引いた値が、各導波路１４の深さとなる。この場合、赤色画素用導波路１４Ｒが最も深く形成され、青色画素用導波路１４Ｂが最も浅く形成され、緑色画素用導波路１４Ｇがそれらの間の深さに形成される。
例えば、上記配線層３１の厚さが２０００ｎｍの場合、青色画素用導波路１４Ｂの深さは１６００ｎｍ〜１８００ｎｍ、緑色画素用導波路１４Ｇの深さは１８００ｎｍ〜２０００ｎｍ、赤色画素用導波路１４Ｒの深さは２０００〜２２００ｎｍが目安となる。ただし、上記配線３２の配線層数や上記配線３２の高さや上記絶縁層３４の高さなどはデバイス速度や消費電力などの性能にリンクするため、製品の性能に合わせた導波路深さが選択されることになる。
［固体撮像装置の比較例の第１例］
次に、比較例の第１例を図５によって説明する。
図５（１）に示すように、比較例１の固体撮像装置１０１では、導波路１４以外の構成は、前記図１によって説明した固体撮像装置１と同様であるので、ここでは導波路１４について説明する。
配線層３１に形成される導波路１４は、赤色画素用導波路１４（１４Ｒ）と緑色画素用導波路１４（１４Ｇ）と青色画素用導波路１４（１４Ｂ）である。各導波路１４の導波路射出端１４Ｅから光電変換部２１の表面までの距離Ｌは一定である。
例えば、比較例１の固体撮像装置１０１では、光電変換部２１が１．４μｍ□に形成され、導波路１４の導波路射出端（底部）１４Ｅの径が７００ｎｍに形成されている。そして、上記距離Ｌは５８０ｎｍに形成されている。
この場合、図５（２）に示すように、固体撮像装置１０１の効率は、赤色光、緑色光、青色光ともに４０％〜４５％であり、ほぼ一定の値が得られている。
したがって、各色による効率に差が生じないことがわかる。また、導波路射出端１４Ｅから光電変換部２１までの距離Ｌによる効率の相違は、例えばＬ＝５８０ｎｍであれば相違しないことがわかる。したがって、上記のように、距離Ｌ＝５８０ｎｍに設定されている。
また、マイクロレンズ５２から導波路射出端１４Ｅまでの効率は、各色に関係なく一定である。例えば、図６（１）に示すように、上記マイクロレンズ５２から射出された光は、集光され導波路１４の入り口に照射される。
ここで、導波路１４の入り口に照射される光の入射角をθ、導波路１４の入り口での集光スポット半径をｗｆ、マイクロレンズ５２から導波路１４の入り口までの距離をｆとする。また入射光の波長をλ、マイクロレンズ５２の表面に照射される光の半径をＷとする。すると、前記（２）式と同様にして、ｗｆ＝λｆ／πＷなる（４）式が得られる。実際には、入射光の半径をＷは、マイクロレンズ５２の半径になる。
上記（４）式に基づいて、集光スポット径と導波路径＝７００ｎｍの場合を計算する。その結果、図６（２）に示すように、マイクロレンズ５２から導波路射出端１４Ｅまでの効率は、赤色光（Ｒ）、緑色光（Ｇ）、青色光（Ｂ）ともに１以上となる。よって、マイクロレンズ５２で集光された光は、色によらず１００％、導波路１４の入射光の入り口に導かれていることがわかる。
［固体撮像装置の比較例の第２例］
一方、図７（１）に示すように、比較例２の固体撮像装置１０２では、導波路１４以外の構成は、前記図１によって説明したのと同様であるので、ここでは導波路１４について説明する。
配線層３１に形成される導波路１４は、赤色画素用導波路１４（１４Ｒ）と緑色画素用導波路１４（１４Ｇ）と青色画素用導波路１４（１４Ｂ）である。各導波路１４の導波路射出端１４Ｅから光電変換部２１の表面までの距離Ｌは一定である。
例えば、比較例２の固体撮像装置１０２では、光電変換部２１が１．１μｍ□に形成され、導波路１４の導波路射出端１４Ｅの径が４６０ｎｍに形成されている。そして、上記距離Ｌは５８０ｎｍに形成されている。
この場合、図７（２）に示すように、固体撮像装置１０２の効率は、赤色光（Ｒ）の導波路１４Ｒでおよそ４０％、緑色光（Ｇ）の導波路１４Ｇでおよそ３０％、青色光（Ｂ）の導波路１４Ｂでおよそ２５％であった。このように、導波路１４により導かれる光の波長によってばらつくことがわかる。特に、赤色光の減衰が大きい。これは、マイクロレンズ５２から導波路１４の入り口までの効率は各色とも同等なので、赤色光が導波路１４Ｒを射出したときの拡がり角が他の緑色光、青色光と比較して大きいためであるといえる。
このように、セルサイズ、すなわち光電変換部２１のサイズが小さくなると、固体撮像装置１０２の効率が低下してきて、波長によって、効率が大きく異なってくることがわかった。
なお、光電変換部２１そのものの各色の光に対する受光効率は、光電変換部２１がシリコンで形成されているため、各色の光による受光効率の相違はないといえる。その理由は、シリコンのバンドギャップエネルギーが１．１ｅＶ〜１．２ｅＶであり、このバンドギャップエネルギーは１１００ｎｍの波長に相当する。すなわち、最も長い波長の赤色光であっても、その波長は６５０ｎｍであるので、光電変換部２１の吸収領域に十分にあることがわかる。
一方、上記固体撮像装置１では、例えば前記図３に示したように、赤色光を導く導波路１４Ｒの効率に合わせ込むと、導波路１４Ｒの距離Ｌｒは５８０ｎｍ、導波路１４Ｂの距離Ｌｂは６９０ｎｍ、導波路１４Ｂの距離Ｌｂは８４０ｎｍとなる。このとき、効率はおよそ３５％で一定となる。
このように、上記固体撮像装置１では、画素サイズを縮小しても、比較例１の画素サイズが大きい固体撮像装置１０１のように、効率を一定にすることができる。すなわち、導波路１４により導かれる光量を赤色光も緑色光も青色光も一定にすることが可能になる。また、波長の長い光を導く導波路１４（例え導波路１４Ｒ）に、これよりも波長が短い光を導く他の導波路１４（例えば導波路１４Ｇ、１４Ｂ）の距離Ｌを合わせこむことで、導波路１４が光電変換部２１を突き抜けるような設計となることが回避されている。
よって、上記固体撮像装置１は、各色の波長による導波路１４の導波路射出端１４Ｅからの拡がり角の違いによる分光バランスを一定に整えることができる。このため、上記赤色光、緑色光、青色光を受光した光電変換部２１から出力される信号を合成して自然に近い色の画像に整える際、画像合成にマージンができ、色補正が容易にできるようになるので、色再現性に優れた画像が得られるという利点がある。
さらに、上記固体撮像装置１は、微細化に対応した構造であるため、さらなる微細化に対して、導波路１４の導波路射出端Ｅから光電変換部２１の表面までの距離Ｌを設定することにより、次世代の固体撮像装置の開発に対応することができる。したがって、次世代の固体撮像装置の開発スピードの向上、開発コストの低減が可能になる。これによって、製品に反映されるコストを大きく低減できる。
［固体撮像装置の構成の第２例］
本発明の第１実施の形態に係る固体撮像装置の構成の第２例を、図８の概略構成断面図によって説明する。この第２例は、前記第１例の導波路の構成が異なるのみで、その他の構成は第１例と同様である。
図８に示すように、基板１１には、入射光を電気信号に変換する光電変換部２１を有する複数の画素１２で構成される画素アレイ部１３が設けられている。また上記基板１１上には、光電変換部２１に隣接してゲート絶縁膜２２を介して転送ゲート電極２３が形成されている。
さらに、上記基板１１上には、これらの光電変換部２１、転送ゲート電極２３等を被覆する保護膜４１、およびその保護膜４１上に平坦化膜４２が形成されている。
上記基板１１の上部、すなわち上記平坦化膜４２上には、複数の配線３２が積層され、その複数の配線を被覆する絶縁層３４を有する配線層３１が形成されている。
上記各配線３２は、例えば銅、タングステン、アルミニウム等の金属で形成され、各配線３２の周囲は、例えばバリアメタル層３３が形成されている。
上記絶縁層３４は、例えば酸化シリコン、酸化シリコン系の低誘電率材料等で形成されている。酸化シリコン系の材料の屈折率は１．４〜１．５である。
上記配線層３１中には、上記複数の画素１２のそれぞれの光電変換部２１に光を導く導波路１４（１４Ｂ、１４Ｇ、１４Ｒ）が形成されている。この導波路１４の一部は、上記平坦化膜４２に形成されていてもよい。一例として、図面では、導波路１４Ｒが平坦化膜４２中にも形成されている。
上記導波路１４は、上記配線層３１に上記配線３２と離間するように形成された導波路孔３５の内部にパッシベーション膜３７を介して導波路材料３６が埋め込まれて形成されている。また、上記パッシベーション膜３７、上記導波路材料３６は上記配線層３１の絶縁層３４上にも形成されている。したがって、上記導波路孔３５に埋め込まれた導波路材料３６部分が導波路１４となっている。
そして、上記導波路１４は、上記導波路１４から光が射出される導波路射出端１４Ｅと、そこから射出される光を受光する上記光電変換部２１の表面との距離Ｌ（Ｌｂ，Ｌｇ，Ｌｒ）が、上記導波路１４により導かれる光の波長の長さにしたがって短くなるように形成されている。上記導波路射出端１４Ｅは導波路孔３５の底部である。
また上記導波路材料３６（導波路１４）は、上記絶縁層３４よりも屈折率が高い材料で、例えば可視光領域の波長の透過率の高い材料で形成されている。そのような材料としては、窒化シリコン膜、ダイヤモンド膜、ダイヤモンドと有機系材料との複合材料膜、酸化チタンと有機系材料との複合材料膜等がある。
上記導波路１４は、例えば、第１色（赤色）画素用導波路１４Ｒ、第２色（緑色）画素用導波路１４Ｇおよび第３色（青色）画素用導波路１４Ｂからなる。上記第１色（赤色）、上記第２色（緑色）、上記第３色（青色）の順に波長が短くなっていて、例えば、赤色の波長λｒ＝６５０ｎｍ、緑色の波長λｇ＝５５０ｎｍ、青色の波長λｂ＝４５０ｎｍとなっている。
また、上記各導波路１４上方（光入射側）のそれぞれには、平坦化膜４４を介してカラーフィルター５１が形成されている。さらにそのカラーフィルター５１上には入射光を導波路１４の光入射口に導くマイクロレンズ５２が形成されている。
このように、上記マイクロレンズ５２と上記光電変換部２１とは、上記導波路１４によって光学的に接続されている。
また、導波路射出端１４Ｅと、その導波路１４から射出される光を受光する上記光電変換部２１の表面との距離Ｌについては、前記実施例１と同様に設定される。
上記赤色画素用導波路１４Ｒの距離Ｌｒは上記緑色画素用導波路１４Ｇの距離Ｌｇより短く形成され、上記緑色画素用導波路１４Ｇの距離Ｌｇは上記青色画素用導波路１４Ｂの距離Ｌｂより短く形成される。
一例として、上記光電変換部２１のサイズを１．１μｍ□とし、上記導波路１４Ｂの導波路射出端１４Ｅの径を４６０ｎｍとする。この場合、例えば、距離Ｌｒ＝５８０ｎｍとした場合、Ｌｇ＝６９０ｎｍ、Ｌｂ＝８４０ｎｍとなるように形成されている。
なお、上記距離Ｌが３００ｎｍ未満の場合、導波路１４に入射される波長によらず、導波路射出端１４Ｅから射出される光は、光電変換部２１にほぼ１００％受光される。
したがって、距離Ｌｒ＜３００ｎｍ、距離Ｌｇ＜３００ｎｍ、距離Ｌｂ＜３００ｎｍの場合、Ｌｒ＝Ｌｇ＝Ｌｂとすることができる。
もちろん、光電変換部２１のサイズが１．１μｍ□よりさらに縮小された場合には、距離Ｌをさらに短くする必要がある。
上記固体撮像装置２では、前記説明した固体撮像装置１と同様なる作用効果が得られる。
＜２．第２の実施の形態＞
［固体撮像装置の製造方法の第１例］
次に、本発明の第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第１例を、図９〜図１１の製造工程断面図によって説明する。
図９（１）に示すように、基板１１に、入射光を電気信号に変換する光電変換部２１を有する複数の画素１２で構成される画素アレイ部１３を形成する。上記基板１１には、例えば、半導体基板としてシリコン基板を用いる。上記光電変換部２１は例えばフォトダイオードで形成される。また上記基板１１上には、光電変換部２１に隣接してゲート絶縁膜２２を介して転送ゲート電極２３を形成する。また、図示はしていないが、画素トランジスタ、周辺回路等も形成される。
さらに上記基板１１上に、上記光電変換部２１、転送ゲート電極２３等を被覆する保護膜４１、およびその保護絶縁膜４１上に平坦化膜４２を形成する。
その後、図示はしていないが、上記基板１１、上記転送ゲート電極２３等との電気的コンタクトを取るための接続孔を形成し、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料を接続孔内に埋め込んでプラグを形成する。上記プラグは、接続孔内を埋め込む金属材料を、上記平坦化膜４２上の全面に成膜したのち、化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）などを用いて余剰の金属材料を除去することで形成される。
その後、第１配線層が形成される第１絶縁層３４Ａを形成したのち、その第１絶縁層３４Ａに配線溝を形成する。次に、上記配線溝の内面にバリアメタル層３３Ａを形成する。さらに配線溝を埋め込む主配線となる低抵抗な配線材料（例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等）を形成した後、余剰の配線材料およびバリアメタル層を除去して、第１配線３２（３２Ａ）を形成する。この除去加工には、例えば化学的機械研磨を用いる。
このようにして、第１配線層３１Ａが形成される。
次いで、上記第１絶縁層３４Ａ上に第１配線３２Ａの上部を被覆するエッチングストッパ層３８（３８Ａ）を形成する。このエッチングストッパ層３８Ａは、銅（Ｃｕ）などの拡散を防止するためのバリア層になるもので、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、炭化シリコン（ＳｉＣ）膜などの絶縁膜で形成される。
次に、第２絶縁層３４Ｂを形成する。この第２絶縁層３４Ｂは、例えば、酸化シリコン膜もしくは低誘電率材料（炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）、ハイドロシルセスキオキサン（ＨＳＱ）など）膜で形成される。
次に、例えばデュアルダマシン法等の方法によって、上記第２絶縁層３４Ｂに、接続孔（図示せず）と配線溝を形成する。
次いで、配線溝および接続孔にバリアメタル層３３Ｂを介して主配線材料を埋め込んだ後、例えば化学的機械研磨によって、余剰な主配線材料およびバリアメタル層を除去して、配線溝内にバリアメタル層３３Ｂを介して第２配線３２（３２Ｂ）を形成するとともに、接続孔内にバリアメタル層を介してプラグ（図示せず）を形成する。
このようにして、第２配線層３１Ｂが形成される。
さらに、上記第２配線層３１Ｂ上に、上記第１配線層３１Ａ上に形成したのと同様に、エッチングストッパ層３８（３８Ｂ）を形成する。このエッチングストッパ層３８Ｂは、銅（Ｃｕ）などの拡散を防止するためのバリア層になるもので、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、炭化シリコン（ＳｉＣ）膜などの絶縁膜で形成される。
以下、上記第２配線層３１Ｂと同様に、第３配線層３１Ｃ、エッチングストッパ層３８（３８Ｃ）、第４配線層３１Ｄ、エッチングストッパ層３８（３８Ｄ）を形成する。さらに絶縁層３４Ｅが形成される。
このように、配線層３１が形成される。
次に、図９（２）に示すように、上記配線層３１上に、レジスト膜６１を形成し、リソグラフィー技術によって、第３色（例えば、青色）を受光する光電変換部２１（２１Ｂ）の上方（光入射方向）に開口部６２を形成する。
次に、図１０（３）に示すように、上記レジスト膜６１をエッチングマスクに用いて、上記配線層３１をエッチングし、導波路孔３５（３５Ｂ）を、例えば上記エッチングストッパ層３８Ａ上まで形成する。このとき、導波路孔３５Ｂの底部と光電変換部２１（２１Ｂ）の表面までの距離Ｌｂは、８４０ｎｍとする。したがって、上記エッチングストッパ層３８Ａは、その上面が上記光電変換部２１Ｂから８４０ｎｍの高さになるように形成されている。
その後、上記レジスト膜６１を除去する。図面では、レジスト膜６１を除去する直前の状態を示した。
次に、図１０（４）に示すように、上記配線層３１上に、レジスト膜６３を形成し、リソグラフィー技術によって、第２色（例えば、緑色）を受光する光電変換部２１（２１Ｇ）の上方（光入射方向）に開口部６４を形成する。
次に、図１０（５）に示すように、上記レジスト膜６３をエッチングマスクに用いて、上記配線層３１をエッチングし、導波路孔３５（３５Ｇ）を、例えば上記平坦化膜４２上まで形成する。したがって、上記平坦化膜４２がエッチングストッパ層となる。このとき、導波路孔３５Ｇの底部光電変換部２１（２１Ｇ）の表面までの距離Ｌｇは、６９０ｎｍとする。したがって、上記平坦化膜４２は、その上面が上記光電変換部２１Ｇから６９０ｎｍの高さになるように形成されている。
その後、上記レジスト膜６３を除去する。図面では、レジスト膜６３を除去する直前の状態を示した。
次に、図１１（６）に示すように、上記配線層３１上に、レジスト膜６５を形成し、リソグラフィー技術によって、第１色（例えば、赤色）を受光する光電変換部２１（２１Ｒ）の上方（光入射方向）に開口部６６を形成する。
次に、図１１（７）に示すように、上記レジスト膜６５をエッチングマスクに用いて、上記配線層３１および上記平坦化膜４２をエッチングし、導波路孔３５（３５Ｒ）を、例えば上記平坦化膜４２の途中まで形成する。このエッチングは、例えばエッチング時間で制御されている。このとき、導波路孔３５Ｒの底部と光電変換部２１（２１Ｒ）の表面までの距離Ｌｒは、５８０ｎｍとする。
その後、上記レジスト膜６５を除去する。図面では、レジスト膜６５を除去する直前の状態を示した。
上記プロセスの結果、図１１（８）に示すように、各導波路孔３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）に入射される光の波長に応じて各導波路孔３５の底部（導波路が形成されたときの導波路射出端）から各光電変換部２１の表面までの距離Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂが設定される。言い換えれば、各光電変換部２１表面が基板１１の同一平面にあり、その基板１１から各導波路１４の入り口までの高さＨが一定であるので、各導波路孔３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）の深さＤは所定の深さ（Ｈ−Ｌ（Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂ））に形成される。
その後、図示はしないが、前記固体撮像装置１を形成するのであれば、導波路材料３６を各導波路孔３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）の内部を埋め込むとともに上記配線層３１上に形成する。このようにして、導波路孔３５の内部に導波路材料３６からなる導波路１４（１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ）が形成される。さらに、平坦化膜４４を形成する。
次に、上記平坦化膜４４上に、上記各導波路１４（１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ）に対応した位置、例えば、各導波路１４の光入射方向に、導波路１４により導かれる色に対応する色のカラーフィルター５１を形成する。次いで、カラーフィルター５１上にマイクロレンズ５２を形成する。このようにして、固体撮像装置１が形成される。
また、図示はしないが、前記固体撮像装置２を形成するのであれば、パッシベーション膜３７を介して導波路材料３６を各導波路孔３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）の内部を埋め込むとともに上記配線層３１上に形成する。このようにして、各導波路孔３５の内部に導波路材料３６からなる導波路１４（１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ）が形成される。さらに、平坦化膜４４を形成する。
次に、上記平坦化膜４４上に、上記各導波路１４（１４Ｒ，１４Ｇ，１４Ｂ）に対応した位置、例えば、各導波路１４の光入射方向に、導波路１４により導かれる色に対応する色のカラーフィルター５１を形成する。次いで、カラーフィルター５１上にマイクロレンズ５２を形成する。このようにして、固体撮像装置２が形成される。
上記導波路材料３６は、上記絶縁層３４よりも屈折率が高い材料で、例えば可視光領域の波長の透過率の高い材料で形成されている。そのような材料としては、窒化シリコン膜、ダイヤモンド膜、ダイヤモンドと有機系材料との複合材料膜、酸化チタンと有機系材料との複合材料膜等がある。
よって、上記固体撮像装置の製造方法では、各色の波長による導波路１４の導波路射出端からの拡がり角の違いによる分光バランスを一定に整えることができる。このため、上記赤色光、緑色光、青色光を受光した光電変換部２１から出力される信号を合成して自然に近い色の画像に整える際、画像合成にマージンができ、色補正が容易にできるようになるので、色再現性に優れた画像が得られるという利点がある。
微細化に対応した構造であるため、さらなる微細化に対して、この構造を踏襲することにより、次世代の開発に対して、開発スピードの向上、開発コストの低減が可能になる。そのため、製品に反映されるコストを大きく低減できる。
［固体撮像装置の製造方法の第２例］
次に、本発明の第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第２例を、図１２〜図１３の製造工程断面図によって説明する。
図１２（１）に示すように、基板１１に、入射光を電気信号に変換する光電変換部２１を有する複数の画素１２で構成される画素アレイ部１３を形成する。上記基板１１には、例えば、半導体基板としてシリコン基板を用いる。上記光電変換部２１は例えばフォトダイオードで形成される。また上記基板１１上には、光電変換部２１に隣接してゲート絶縁膜２２を介して転送ゲート電極２３を形成する。また、図示はしていないが、画素トランジスタ、周辺回路等も形成される。
さらに上記基板１１上に、上記光電変換部２１、転送ゲート電極２３等を被覆する保護膜４１、およびその保護絶縁膜４１上に平坦化膜４２を形成する。
その後、図示はしていないが、上記基板１１、上記転送ゲート電極２３等との電気的コンタクトを取るための接続孔を形成し、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料を接続孔内に埋め込んでプラグを形成する。上記プラグは、接続孔内を埋め込む金属材料を、上記平坦化膜４２上の全面に成膜したのち、化学的機械的研磨法（ＣＭＰ）などを用いて余剰の金属材料を除去することで形成される。このときの平坦化膜４２の表面は、上記光電変換部２１表面からの高さが、緑色光が導かれる導波路の導波路射出端と光電変換部２１表面との距離と同等になるように設定される。例えば、光電変換部２１が１．１μｍ□のセルの場合、６９０ｎｍの高さに設定される。
その後、第１配線層が形成される第１絶縁層３４（３４Ａ）を形成したのち、その第１絶縁層３４Ａに配線溝を形成する。同時に、緑色用の導波路孔を形成する際のエッチングストッパ層となるダミーパターン溝を形成する。
次に、上記配線溝およびダミーパターン溝の内面にバリアメタル層３３Ａを形成する。さらに配線溝およびダミーパターン溝を埋め込む低抵抗な配線材料（例えば、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等）を形成した後、余剰の配線材料およびバリアメタル層を除去して、第１配線３２（３２Ａ）およびダミーパターン７１を形成する。この除去加工には、例えば化学的機械研磨を用いる。
このようにして、第１配線層３１Ａが形成される。
次いで、上記第１絶縁層３４Ａ上に第１配線３２Ａの上部を被覆する拡散防止層３９（３９Ａ）を形成する。この拡散防止層３９Ａの表面は、上記光電変換部２１表面からの高さが、青色光が導かれる導波路の導波路射出端と光電変換部２１表面との距離と同等になるように設定される。例えば、光電変換部２１が１．１μｍ□のセルの場合、８４０ｎｍの高さに設定される。上記拡散防止層３９Ａは、銅（Ｃｕ）などの拡散を防止するためのバリア層になるもので、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、炭化シリコン（ＳｉＣ）膜などの絶縁膜で形成される。
次に、第２絶縁層３４Ｂを形成する。この第２絶縁層３４Ｂは、例えば、酸化シリコン膜もしくは低誘電率材料（炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）、ハイドロシルセスキオキサン（ＨＳＱ）など）膜で形成される。
次に、例えばデュアルダマシン法等の方法によって、上記第２絶縁層３４Ｂに、接続孔（図示せず）、配線溝を形成する。同時に、青色用の導波路孔を形成する際のエッチングストッパ層となるダミーパターン溝を形成する。
次いで、接続孔、配線溝およびダミーパターン溝にバリアメタル層３３Ｂを介して主配線材料を埋め込んだ後、例えば化学的機械研磨によって、余剰な主配線材料およびバリアメタル層を除去して、配線溝内にバリアメタル層３３Ｂを介して第２配線３２（３２Ｂ）を形成するとともに、接続孔内にバリアメタル層を介してプラグ（図示せず）を形成する。同時にダミーパターン溝にダミーパターン７２を形成する。
このようにして、第２配線層３１Ｂが形成される。
さらに、上記第２配線層３１Ｂ上に、上記第１配線層３１Ａ上に形成したのと同様に、拡散防止層３９Ｂを形成する。この拡散防止層３９Ｂは、銅（Ｃｕ）などの拡散を防止するためのバリア層になるもので、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）膜、炭化シリコン（ＳｉＣ）膜などの絶縁膜で形成される。
以下、上記第２配線層３１Ｂと同様に、第３配線層３１Ｃ、拡散防止層３９（３９Ｃ）、第４配線層３１Ｄ、拡散防止層３９（３９Ｄ）を形成する。さらに絶縁層３４Ｅが形成される。
このように、配線層３１が形成される。
次に、図１２（２）に示すように、上記配線層３１上に、レジスト膜６７を形成し、リソグラフィー技術によって、第３色（例えば、青色）を受光する光電変換部２１（２１Ｂ）の上方（光入射方向）に開口部６８を形成する。同時に、上記レジスト膜６７に、第２色（例えば、緑色）を受光する光電変換部２１（２１Ｇ）の上方（光入射方向）に開口部６９、第１色（例えば、赤色）を受光する光電変換部２１（２１Ｒ）の上方（光入射方向）に開口部７０を形成する。
次に、図１３（３）に示すように、上記レジスト膜６７をエッチングマスクに用いて、上記配線層３１をエッチングする。このとき、導波路孔３５（３５Ｂ）は、上記ダミーパターン７１上でエッチングが停止する。また導波路孔３５（３５Ｇ）は、上記ダミーパターン７２上でエッチングが停止する。導波路孔３５（３５Ｒ）は、時間制御によって、導波路孔３５Ｒの底部と光電変換部２１（２１Ｒ）の表面との距離Ｌｒが、例えば８４０ｎｍとなる位置で停止させる。
上記エッチングは、例えばドライエッチングで行う。例えば、上記配線層３１のシリコン系の絶縁材料のエッチングでは、炭化フッ素（ＣＦ）系ガス、フッ化炭化水素（ＣＨＦ）系ガスを用い、揮発性の高いシリコンとの化合物を形成してエッチングする。上記シリコン系の絶縁材料は、酸化シリコン膜、シリコン系低誘電率膜（ＳｉＯＣ、ＳｉＣ等）、窒化シリコン膜等である。一方、ダミーパターン７１、７２のような金属材料は、ＣＦ系およびＣＨＦ系ガスのプラズマに対してはほとんどエッチングされない。そのため、ダミーパターン７１、７２はエッチングストッパとして機能する。
その後、図１３（４）に示すように、上記配線層３１上の上記レジスト膜６７（前記図１３（３）参照）を除去する。
そして、図１３（５）に示すように、上記ダミーパターン７１，７２（前記図１３（３）参照）をエッチングによって除去する。
金属材料からなる上記ダミーパターン７１，７２の除去は、例えば金属材料を選択的にエッチングできるようなウエットエッチングを用いる。例えば、ダミーパターン７１，７２の銅（Ｃｕ）で形成されている場合の一例を以下に説明する。
通常、金属配線を構成している材料はバリアメタルと主配線の銅（Ｃｕ）である。銅は比較的酸に溶解しやすく、さらに、過酸化水素水（Ｈ2Ｏ2）を混合すると、銅の酸化が促進され、酸化された銅は酸によって急速にエッチングされる。例えば、フッ酸と過酸化水素水の混合液の場合、銅とシリコン酸化膜との選択比は１００:１以上とれる。すなわち、絶縁層を構成する材料にほとんど影響を与えずに銅をエッチングすることが可能となる。バリアメタル層３３（前記図１２（１）参照）については一般的にはタンタル（Ｔａ）系材料（Ｔａ，ＴａＮ）が使用されている。タンタル系材料については半導体工程で一般的に使用される薬液では容易にエッチングしにくい。そのため、一つの方法として、ＳＦ6系のガスによるドライエッチングを用いて除去する方法がある。ただし、バリアメタル層３３自体の膜厚が１０ｎｍ以下であり、導波路孔３５の底部近傍に残っていても光の導波については問題ない。すなわち、バリアメタルをそのまま残した状態でも導波路としての機能は十分に果たす。バリアメタルにチタン（Ｔｉ）を使用することも可能であり、チタンは銅と同様、フッ酸と過酸化水素水との混合液で爆発的にエッチングされる。
このようにして、各導波路孔３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）に入射される光の波長に応じて各導波路孔３５の底部（導波路が形成されたときの導波路射出端）から各光電変換部２１の表面までの距離Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂが設定される。言い換えれば、各光電変換部２１表面が基板１１の同一平面にあり、その基板１１から各導波路孔３５の入り口までの高さＨが一定であるので、各導波路孔３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）の深さＤは所定の深さ（Ｈ−Ｌ（Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂ））に形成される。
その後、図示はしないが、前記第１例と同様な工程を行えばよい。
上記導波路材料３６は、上記絶縁層３４よりも屈折率が高い材料で、例えば可視光領域の波長の透過率の高い材料で形成されている。そのような材料としては、窒化シリコン膜、ダイヤモンド膜、ダイヤモンドと有機系材料との複合材料膜、酸化チタンと有機系材料との複合材料膜等がある。
よって、上記固体撮像装置の製造方法（第２例）では、各色の波長による導波路１４の導波路射出端１４Ｅからの拡がり角の違いによる分光バランスを一定に整えることができる。このため、上記赤色光、緑色光、青色光を受光した光電変換部２１から出力される信号を合成して自然に近い色の画像に整える際、画像合成にマージンができ、色補正が容易にできるようになるので、色再現性に優れた画像が得られるという利点がある。
微細化に対応した構造であるため、さらなる微細化に対して、この構造を踏襲することにより、次世代の開発に対して、開発スピードの向上、開発コストの低減が可能になる。そのため、製品に反映されるコストを大きく低減できる。
［固体撮像装置の製造方法の第３例］
本発明の第２実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法の第３例を、図１４〜図１５の製造工程断面図によって説明する。この第３例は、基本的には第２例と同様であり、第２例のとの相違点は、第２例で形成した拡散防止膜３９を形成せず、各配線３２の上面にバリア層として、例えばコバルトタングステンリン（ＣｏＷＰ）、もしくは銅マンガン合金層を形成する点である。
前記第２例と同様に、図１４（１）に示すように、基板１１に、入射光を電気信号に変換する光電変換部２１を有する複数の画素１２で構成される画素アレイ部１３を形成する。また上記基板１１上には、光電変換部２１に隣接してゲート絶縁膜２２を介して転送ゲート電極２３を形成する。また、図示はしていないが、画素トランジスタ、周辺回路等も形成される。
さらに上記基板１１上に、上記光電変換部２１、転送ゲート電極２３等を被覆する保護膜４１、およびその保護絶縁膜４１上に平坦化膜４２を形成する。
その後、図示はしていないが、上記基板１１、上記転送ゲート電極２３等との電気的コンタクトを取るための接続孔を形成し、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）などの金属材料を接続孔内に埋め込んでプラグを形成する。
上記プラグを形成した後の上記平坦化膜４２の表面は、上記光電変換部２１表面からの高さが、緑色光が導かれる導波路の導波路射出端と光電変換部２１表面との距離と同等になるように設定される。例えば、光電変換部２１が１．１μｍ□のセルの場合、６９０ｎｍの高さに設定される。
その後、第１配線層が形成される第１絶縁層３４（３４Ａ）を形成したのち、その第１絶縁層３４Ａに配線溝を形成する。同時に、緑色用の導波路孔を形成する際のエッチングストッパ層となるダミーパターン溝を形成する。
上記第１絶縁層３４Ａの表面は、上記光電変換部２１表面からの高さが、青色光が導かれる導波路の導波路射出端と光電変換部２１表面との距離と同等になるように設定される。例えば、光電変換部２１が１．１μｍ□のセルの場合、８４０ｎｍの高さに設定される。
次に、上記配線溝およびダミーパターン溝の内面にバリアメタル層３３Ａを形成する。さらに配線溝およびダミーパターン溝を埋め込む低抵抗な配線材料（例えば、銅（Ｃｕ））を形成した後、余剰の配線材料およびバリアメタル層を除去して、第１配線３２（３２Ａ）およびダミーパターン７１を形成する。この除去加工には、例えば化学的機械研磨を用いる。
その後、第１配線３２（３２Ａ）およびダミーパターン７１上に、バリア層７３として、例えばコバルトタングステンリン（ＣｏＷＰ）、もしくは銅マンガン合金層を形成する
このようにして、第１配線層３１Ａが形成される。
次に、第２絶縁層３４Ｂを形成する。この第２絶縁層３４Ｂは、例えば、酸化シリコン膜もしくは低誘電率材料（炭化酸化シリコン（ＳｉＯＣ）、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＱ）、ハイドロシルセスキオキサン（ＨＳＱ）など）膜で形成される。
次に、例えばデュアルダマシン法等の方法によって、上記第２絶縁層３４Ｂに、接続孔（図示せず）、配線溝を形成する。同時に、青色用の導波路孔を形成する際のエッチングストッパ層となるダミーパターン溝を形成する。
次いで、接続孔、配線溝およびダミーパターン溝にバリアメタル層３３Ｂを介して主配線材料を埋め込んだ後、例えば化学的機械研磨によって、余剰な主配線材料およびバリアメタル層を除去して、配線溝内にバリアメタル層３３Ｂを介して第２配線３２（３２Ｂ）を形成するとともに、接続孔内にバリアメタル層を介してプラグ（図示せず）を形成する。同時にダミーパターン溝にダミーパターン７２を形成する。
その後、第２配線３２（３２Ｂ）およびダミーパターン７２上に、バリア層７４として、例えばコバルトタングステンリン（ＣｏＷＰ）層、もしくは銅マンガン合金層を形成する。
このようにして、第２配線層３１Ｂが形成される。
以下、上記第２配線層３１Ｂと同様に、第３配線層３１Ｃ、第４配線層３１Ｄを形成する。さらに絶縁層３４Ｅが形成される。
このように、配線層３１が形成される。
次に、図１４（２）に示すように、上記配線層３１上に、レジスト膜６７を形成し、リソグラフィー技術によって、第３色（例えば、青色）を受光する光電変換部２１（２１Ｂ）の上方（光入射方向）に開口部６８を形成する。同時に、上記レジスト膜６７に、第２色（例えば、緑色）を受光する光電変換部２１（２１Ｇ）の上方（光入射方向）に開口部６９、第１色（例えば、赤色）を受光する光電変換部２１（２１Ｒ）の上方（光入射方向）に開口部７０を形成する。
次に、図１５（３）に示すように、上記レジスト膜６７をエッチングマスクに用いて、上記配線層３１をエッチングする。このとき、導波路孔３５（３５Ｂ）は、上記ダミーパターン７１のバリア層７３上でエッチングが停止する。また導波路孔３５（３５Ｇ）は、上記ダミーパターン７２のバリア層７４上でエッチングが停止する。導波路孔３５（３５Ｒ）は、時間制御によって、導波路孔３５Ｒの底部と光電変換部２１（２１Ｒ）との距離Ｌｒが、例えば８４０ｎｍとなる位置で停止する。
その後、図１５（４）に示すように、上記配線層３１上の上記レジスト膜６７（前記図１４（３）参照）を除去する。
そして、図１５（５）に示すように、上記ダミーパターン７１，７２およびバリア層７３，７４（前記図１５（３）参照）をエッチングによって除去する。
金属材料からなる上記ダミーパターン７１，７２の除去は、例えば金属材料を選択的にエッチングできるようなウエットエッチングを用いる。
このようにして、各導波路孔３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）に入射される光の波長に応じて各導波路孔３５の底部（導波路が形成されたときの導波路射出端）から各光電変換部２１の表面までの距離Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂが設定される。言い換えれば、各光電変換部２１表面が基板１１の同一平面にあり、その基板１１から各導波路孔３５の入り口までの高さＨが一定であるので、各導波路孔３５（３５Ｒ，３５Ｇ，３５Ｂ）の深さＤは所定の深さ（Ｈ−Ｌ（Ｌｒ，Ｌｇ，Ｌｂ））に形成される。
その後、図示はしないが、前記第１例と同様な工程を行えばよい。
ここで、上記各配線３２の上面および各ダミーパターン７１、７２の上面に形成されるバリア層７３の形成方法を説明する。
上記各配線３２の上面および各ダミーパターン７１、７２は銅配線である。
銅配線の上部への選択性バリアメタルの形成には、無電解めっきによるコバルト・タングステン・リン（ＣｏＷＰ）もしくはコバルト・タングステン・ボロン（ＣｏＷＢ）等がある。
選択性バリアメタルの工程は、銅配線を形成するために余剰なバリアメタルおよび銅の化学的機械研磨の後に導入される。そのプロセスは非常に容易であり、パラジュウム（Ｐｄ）などの触媒付与（必ずしも必要ではない）を行った後、無電解めっきを行うだけである。無電解めっきは電子の授受で形成されるので、銅などの金属部分にしか成長せず、酸化シリコン膜など絶縁材料上には成長しないため、銅配線の上部のみに選択成長することができる。形成されたＣｏＷＰ、ＣｏＷＢなどのバリアメタルはその材料自体に銅などの拡散防止効果を有しているため、前記実施例１、２で適用したシリコン窒化膜（ＳｉＮ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）などは必要としない。
よって、上記固体撮像装置の製造方法では、各色の波長による導波路１４の導波路射出端１４Ｅからの拡がり角の違いによる分光バランスを一定に整えることができる。このため、上記赤色光、緑色光、青色光を受光した光電変換部２１から出力される信号を合成して自然に近い色の画像に整える際、画像合成にマージンができ、色補正が容易にできるようになるので、色再現性に優れた画像が得られるという利点がある。
微細化に対応した構造であるため、さらなる微細化に対して、この構造を踏襲することにより、次世代の開発に対して、開発スピードの向上、開発コストの低減が可能になる。そのため、製品に反映されるコストを大きく低減できる。
さらに実施例３には大きな利点が２つある。
一つは、屈折率の比較的大きいＳｉＮ、ＳｉＣを使用しないので、導波路に入った光が漏れず、フォトダイオードへ到達する光の量が増えるため、感度を上げることができる。
一つは、エッチングストッパとしての機能である。実施例２のエッチングストッパの表面は銅（Ｃｕ）であるが、銅は比較的腐食しやすい材料である。一方、コバルト系材料は腐食に強いため、プラズマにさらされている時間にマージンをとることができる。
＜３．第３の実施の形態＞
［撮像装置の構成の一例］
本発明の第３実施の形態に係る撮像装置の構成の第１例を、図１６のブロック図によって説明する。この撮像装置は、本発明の固体撮像装置を用いたものである。
図１６に示すように、撮像装置２００は、撮像部２０１に固体撮像装置（図示せず）を備えている。この撮像部２０１の集光側には像を結像させる集光光学部２０２が備えられ、また、撮像部２０１には、それを駆動する駆動回路、固体撮像装置で光電変換された信号を画像に処理する信号処理回路等を有する信号処理部２０３が接続されている。また上記信号処理部２０３によって処理された画像信号は画像記憶部（図示せず）によって記憶させることができる。このような撮像装置２００において、上記固体撮像装置には、前記実施の形態で説明した固体撮像装置１、２を用いることができる。
本発明の撮像装置２００では、本願発明の固体撮像装置１、２を用いることから、固体撮像装置１、２の分光バランスを整えることができるため、自然に近い色に画像を整える際の画像合成マージンができ、色補正が容易にできるので、色再現性に優れた画像が得られるという利点がある。
また、上記撮像装置２００は、ワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。また、本発明の固体撮像装置１，２は、上記のような撮像装置にも適用可能である。ここで、撮像装置は、例えば、カメラや撮像機能を有する携帯機器のことをいう。また「撮像」は、通常のカメラ撮影時における像の撮りこみだけではなく、広義の意味として、指紋検出なども含むものである。
１…固体撮像装置、１１…基板、１２…画素、１３…画素アレイ、１４…導波路、１４Ｅ…導波路射出端、２１…光電変換部、３１…配線層、３２…配線、３４…絶縁層、５１…カラーフィルター、５２…マイクロレンズ、Ｌ…距離

Claims (12)

  1. 入射光を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素で構成される画素アレイ部を設けた基板と、
    前記基板の上部に積層される複数の配線と該複数の配線を被覆する絶縁層を有する配線層と、
    前記配線層中に形成されて前記複数の画素のそれぞれの前記光電変換部に光を導く導波路を有し、
    前記導波路から光が射出される導波路射出端と、その導波路から射出される光を受光する前記光電変換部の表面との距離が、前記導波路により導かれる光の波長の長さにしたがって前記距離を短く形成されている
    固体撮像装置。
  2. 前記導波路は、第１色画素用導波路、第２色画素用導波路および第３色画素用導波路からなり、
    前記第１色、前記第２色、前記第３色の順に波長が短くなっていて、
    前記導波路射出端と前記光電変換部の表面との距離は、
    前記第１色画素用導波路の前記距離が前記第２色画素用導波路の前記距離より短く、
    前記第２色画素用導波路の前記距離が前記第３色画素導波路の前記距離より短い
    請求項１記載の固体撮像装置。
  3. 前記導波路は、赤画素用導波路、緑画素用導波路および青画素用導波路からなり、
    前記導波路射出端と前記光電変換部の表面との距離は、
    前記赤画素用導波路の前記距離が前記緑画素用導波路の前記距離より短く、
    前記緑画素用導波路の前記距離が前記青画素導波路の前記距離より短い
    請求項１記載の固体撮像装置。
  4. 前記導波路により導かれる光の波長をλ、
    前記導波路射出端と前記光電変換部の表面との前記距離をｆとして、
    前記光の波長λと前記距離ｆとが反比例する関係を有する
    請求項１記載の固体撮像装置。
  5. 前記各導波路のそれぞれの光入射側にカラーフィルターを介して入射光を導くマイクロレンズを有する
    請求項１記載の固体撮像装置。
  6. 入射光を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素で構成される画素アレイ部を設けた基板と、
    前記基板の上部に積層される複数の配線と該複数の配線を被覆する絶縁層を有する配線層と、
    前記配線層中に形成されて前記複数の画素のそれぞれの前記光電変換部に光を導く導波路を有し、
    前記光電変換部の表面の高さが同一に形成され、かつ前記複数の導波路の光の入射端の高さが同一高さに形成されていて、
    前記導波路の深さは、前記導波路により導かれる光の波長の長さにしたがって深く形成されている
    固体撮像装置。
  7. 基板に、入射光を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素で構成される画素アレイ部を形成する工程と、
    前記基板の上部に、複数層に積層される配線と該配線を被覆する絶縁層を有する配線層を形成する工程と、
    前記配線層中に、前記複数の画素のそれぞれの前記光電変換部に光を導く導波路を形成する工程を有し、
    前記導波路は、前記導波路から光が射出される導波路射出端と、その導波路から射出される光を受光する前記光電変換部の表面との距離が、前記導波路により導かれる光の波長の長さにしたがって前記距離が短く形成される
    固体撮像装置の製造方法。
  8. 前記絶縁層中に前記光電変換部表面から前記導波路の底面までの高さを規定する高さに表面が位置するエッチングストッパ層を形成しておき、
    前記絶縁層を所定の前記エッチングストッパ層までエッチングして導波路孔を形成する工程と、
    前記導波路孔に導波路材料を埋め込んで導波路を形成する工程を有する
    請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
  9. 前記絶縁層中に前記光電変換部表面から前記各導波路の底面までの高さを規定する高さに裏面が位置するエッチングストッパ層を形成しておき、
    前記絶縁層を所定の前記エッチングストッパ層までエッチングし、さらに、前記エッチングストッパ層をエッチングして導波路孔を形成する工程と、
    前記導波路孔に導波路材料を埋め込んで導波路を形成する工程を有する
    請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
  10. 前記エッチングストッパは、前記配線層に形成される配線と同一層で形成されるダミーパターンで形成する
    請求項９記載の固体撮像装置の製造方法。
  11. 前記ダミーパターン表面にバリア層を形成する
    請求項１０記載の固体撮像装置の製造方法。
  12. 入射光を集光する集光光学部と、
    前記集光光学部で集光した光を受光して光電変換する固体撮像装置と、
    光電変換された信号を処理する信号処理部を有し、
    前記固体撮像装置は、
    入射光を電気信号に変換する光電変換部を有する複数の画素で構成される画素アレイ部を設けた基板と、
    前記基板の上部に積層される複数の配線と該複数の配線を被覆する絶縁層を有する配線層と、
    前記配線層中に形成されて前記複数の画素のそれぞれの前記光電変換部に光を導く導波路を有し、
    前記導波路から光が射出される導波路射出端と、その導波路から射出される光を受光する前記光電変換部の表面との距離が、前記導波路により導かれる光の波長の長さにしたがって前記距離を短く形成されている
    撮像装置。
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