固体撮像素子およびその製造方法、電子情報機器
【課題】複数画素共有の互いに寄った受光部を持つ固体撮像素子において、受光感度およびシェーディングをより改善する。
【解決手段】マイクロレンズ１４と受光部３との間の層間絶縁膜９に光導波路を構成する断面平行四辺形状のライトパイプ１０が形成され、ライトパイプ１０は、下端面が受光部３の上方位置で平面視で受光部３の中央部を含むように開口し、上端面がマイクロレンズ１４の下方位置で平面視でマイクロレンズ１４の中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに領域がずれて異なっている。
【解決手段】マイクロレンズ１４と受光部３との間の層間絶縁膜９に光導波路を構成する断面平行四辺形状のライトパイプ１０が形成され、ライトパイプ１０は、下端面が受光部３の上方位置で平面視で受光部３の中央部を含むように開口し、上端面がマイクロレンズ１４の下方位置で平面視でマイクロレンズ１４の中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに領域がずれて異なっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に設けられたＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
２画素共有の転送部を持ち、被写体からの画像光を光電変換して撮像する受光部の位置が２画素単位で互いに寄って周期的に異なっている２画素共有の従来のＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが特許文献１〜５に提案されている。
【０００３】
図６は、特許文献１に開示されている従来のＣＣＤイメージセンサの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【０００４】
図６に示すように、従来のＣＣＤイメージセンサ１００は、半導体基板１０１の上部に、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部１０２が２画素単位で互いに寄って２次元状に設けられ、受光部１０２に隣接して電荷転送部１０３がそれぞれ設けられている。電荷転送部１０３上にはゲート電極１０４およびその上に絶縁膜１０５を介して遮光膜１０６が設けられている。受光部１０２の上面と遮光膜１０６との段差を埋め込むように透明な層間雪面膜１０７が設けられている。この層間雪面膜１０７上には平坦化膜１０８が設けられ、平坦化膜１０８上にカラーフィルタ１０９が所定の色配列で設けられ、カラーフィルタ１０９上には平坦化膜１１０が設けられている。この平坦化膜１１０上に、これらの互いに寄った２画素を覆うように凸状透明部１１１が設けられ、その上に２つのマイクロレンズ１１２が各受光部１０２にそれぞれ対応するように設けられている。この凸状透明部１１１の傾きにより、２画素単位で入射光の方向が各受光部１０２側に曲げられて、各受光部１０２に入射しやすくなっている。
【０００５】
図７は、特許文献２に開示されている従来のＣＭＯＳイメージセンサの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【０００６】
図７に示すように、従来のＣＭＯＳイメージセンサ２００は、光を受光して電荷に変換する受光部２０１と、受光部２０１に入射光を集光させるためのマイクロレンズ２０２と、受光サ部２０１とマイクロレンズ２０２との間に配された層間絶縁膜２０３および保護膜２０４とを備えると共に、層間絶縁２０３および前記保護膜２０４が互いに異なる屈折率の光透過材料からなっている。層間絶縁膜２０３と保護膜２０４との界面が、受光部２０１とマイクロレンズ２０２との平面位置のずれ量に応じた傾斜を有するように形成されている。なお、２０５はカラーフィルタであり、２０６は金属配線である。
【０００７】
次に、特許文献３〜５に開示されている２画素共有の従来の固体撮像素子において、マイクロレンズの形が２画素周期で互いにくっ付いて一方端部が互いに重なるように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２７０８１１号公報
【特許文献２】特開２００５−１５０４９２号公報
【特許文献３】特開２００７−９５７５１号公報
【特許文献４】特開２００７−２０８８１７号公報
【特許文献５】特開２００７−３１１４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示されている従来の技術では、凸状透明部１１１上に設けられたマイクロレンズ１１２の断面形状が２画素周期で傾いているために、真上からの平行光に対してマイクロレンズ１１２を最適化して隣接する各受光部１０２への入射光が受光部１０２の中央部に集光するようにした場合であっても、斜め光に対しては、隣接する各受光部１０２の中央部に入射光が集光しないという問題がある。即ち、互いに逆方向に傾いた左右の２個のマイクロレンズ１１２に対して、例えば左上から右下の方向に傾いた斜め光を入射させた場合に、左側のマイクロレンズ１１２の方が右側のマイクロレンズ１１２よりも受光部１０２での受光効率がよく受光感度がよい。このことは、左右のマイクロレンズが２画素周期で互いにくっ付いて形成されている特許文献３〜５に開示されている従来の技術においても、例えば左上から右下の方向に傾いた斜め光を入射させた場合に、左側のマイクロレンズの方が右側のマイクロレンズよりも受光部での受光効率がよく受光感度がよい。したがって、特許文献１および３〜５に開示されている従来の技術では、斜め光に対して２画素単位で周期的に寄った受光部１０２での受光感度およびシェーディングが悪化するという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２に開示されている従来の技術では、層間絶縁膜２０３と保護膜２０４との界面が、２画素共有の各受光部２０１とマイクロレンズ２０２との平面位置のずれ量に応じた傾斜を有するように形成されているが、斜め光に対しても傾斜面でマイクロレンズ２０２からの集光方向を調整しているため、２画素共有の互いに寄った各受光部２０１の各中央部に向けて、安定的に正確に集光をそれぞれ曲げるようにその傾斜面で調整することは困難である。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、複数画素共有の互いに寄った受光部を持つ固体撮像素子において、受光感度およびシェーディングをより改善することができる固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の固体撮像素子は、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光部が２次元状に配設され、該複数の受光部のそれぞれに該入射光を集光させる複数のマイクロレンズが該複数の受光部の上方に配設されている固体撮像素子において、該マイクロレンズと該受光部との間の層間絶縁膜に光導波路を構成するライトパイプが形成され、該ライトパイプは、下端面が該受光部の上方位置で平面視で該受光部の中央部を含むように開口し、上端面が該マイクロレンズの下方位置で平面視で該マイクロレンズの中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに異なっているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１３】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光部の平面視位置が周期的に異なっている複数画素共有の固体撮像素子において、該複数画素単位で周期的に寄った受光部の位置に応じて前記ライトパイプの下端面の平面視位置が位置決めされている。
【００１４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における複数のマイクロレンズと、該複数のマイクロレンズのそれぞれに対応した各ライトパイプの上端面とが全て等間隔に形成されている。
【００１５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるライトパイプの材質がＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜の高屈折率膜であり、前記層間絶縁膜がＳｉＯ２膜である。
【００１６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるライトパイプの縦断面形状が平行四辺形状または逆直角台形状である。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるライトパイプの上端面および下端面の少なくともいずれかは平面視で円形、楕円形または、正方形または矩形を含む４角形である。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における上下の各端面領域が平面視で互いに包含されているかまたは、平面視で互いに領域がずれている。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記ライトパイプ上または上方に、前記マイクロレンズからの集光を該ライトパイプ内にさらに集光するための層内レンズが設けられている。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、画素毎に光電変換部として前記受光部が設けられ、該受光部に隣接して、該受光部からの信号電荷を所定方向に電荷転送するための電荷転送部および、この上に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するためのゲート電極およびその上に遮光膜が配置され、該遮光膜は該受光部の上方が開口され、該受光部と該ゲート電極上の遮光膜との段差を埋め込むように前記層間絶縁膜が形成されたＣＣＤ固体撮像素子で構成されている。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、画素毎に光電変換部として前記受光部が設けられ、該受光部に隣接して、該受光部からの信号電荷が電荷電圧変換部に電荷転送するための電荷転送トランジスタと、該受光部毎に該電荷転送トランジスタにより該電荷電圧変換部に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅されて該画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路とを有し、該電荷転送トランジスタおよび読出回路を構成するトランジスタと該受光部上に前記層間絶縁膜が形成されたＣＭＯＳ固体撮像素子で構成されている。
【００２２】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、本発明の上記固体撮像素子を製造する方法であって、前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜に、該マイクロレンズの下方中央部に開口し、該受光部の平面視で中央部上方に開口する光導波路を構成するライトパイプを形成するライトパイプ形成工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２３】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記ライトパイプ上に、前記マイクロレンズからの集光を該ライトパイプ内にさらに集光するための層内レンズを形成する層内レンズ形成工程を更に有する。
【００２４】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程は、前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、該層間絶縁膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、該第１凹部内を透明な高屈折率膜で埋め込む工程と、該第１凹部内を埋め込んだ高屈折率膜上を覆うように、フォトリソ技術により第２レジスト膜を所定形状にパターニングする第２レジスト膜形成工程と、パターニングされた第２レジスト膜をマスクとして、該高屈折率膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第２凹部を形成する第２凹部形成工程と、該第２凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面平行四辺形状のライトパイプを形成する工程とを有する。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程は、前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、該層間絶縁膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、該第１凹部内を透明な高屈折率膜で埋め込む工程と、該第１凹部内を埋め込んだ高屈折率膜上を覆うように、フォトリソ技術により第３レジスト膜を所定形状にパターニングする第３レジスト膜形成工程と、パターニングされた第３レジスト膜をマスクとして、該高屈折率膜に、側面が垂直に切立つように所定深さにエッチングして上方に垂直に開放した第３凹部を形成する第３凹部形成工程と、該第３凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面形状が逆直角台形状のライトパイプを形成する工程とを有する。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程は、前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により、第１のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第４レジスト膜を得る第４レジスト膜形成工程と、パターニングされた第４レジスト膜と共に該層間絶縁膜をエッチングすることにより、第４レジスト膜の開口部側面のテーパ形状を該層間絶縁膜に転写して上方にテーパ状に開放した第４凹部を形成する第４凹部形成工程と、第４凹部内を透明な高屈折率材料膜で埋め込む工程と、該高屈折率材料膜および該層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により、第２のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第５レジスト膜を得る第５レジスト膜形成工程と、パターニングされた該第５レジスト膜と共に該高屈折率材料膜をエッチングすることにより、該第５レジスト膜の開口部側面のテーパ形状を該高屈折率材料膜に転写して上方にテーパ状に開放した第５凹部を形成する第５凹部形成工程と、該第５凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで左右に２個のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における層内レンズ形成工程は、前記ライトパイプおよび前記層間絶縁膜のうちの少なくとも該ライトパイプ上またはその上方に高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、該高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、該感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、該レンズ形状の該感光性レジスト膜と該高屈折率材料膜とを同時にエッチングすることにより、該感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率材料膜のレンズ形状に形成する高屈折率材料膜レンズ形状形成工程とを有する。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における層内レンズ形成工程は、前記ライトパイプおよび前記層間絶縁膜のうちの少なくとも該ライトパイプ上またはその上方に高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、該高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、リソグラフィ技術によりレジスト膜を所定形状にパターニングするレジスト膜形成工程と、パターニングされたレジスト膜をリフローしてその表面張力により上に凸のレンズ形状を形成するレジストレンズ形状形成工程と、該レンズ形状のレジスト膜と該高屈折率材料膜を同時にエッチングして、該レジスト膜のレンズ形状を反映した同じレンズ形状の該高屈折率材料膜を形成するレンズ形状形成工程とを有する。
【００２９】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３０】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００３１】
本発明においては、マイクロレンズと受光部との間の層間絶縁膜に光導波路を構成するライトパイプが形成され、このライトパイプは、下端面が受光部の上方位置で平面視で受光部の中央部を含むように開口し、上端面がマイクロレンズの下方位置で平面視でマイクロレンズの中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに異なっている。
【００３２】
これによって、複数画素共有の互いに寄った受光部を持つ固体撮像素子において、受光感度およびシェーディングをより改善することが可能である。
【発明の効果】
【００３３】
以上により、本発明によれば、受光部の位置が周期的に異なっている複数画素共有の固体撮像素子において、複数画素共有で周期的に寄った受光部の位置に応じてライトパイプが断面斜め方向に形成されて、受光部の中央部上方にライトパイプの下端部が開口位置し、マイクロレンズの中央部下方にライトパイプの上端部が開口位置しているため、複数画素共有で隣接した各受光部の位置が周期的に寄ることで、受光部とマイクロレンズとの平面視位置がずれていても、ライトパイプにより各受光部の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、マイクロレンズとライトパイプの上端部とが等間隔に形成されていることから、複数画素共有で互いに寄って隣接した各受光部への入射光量を同じにすることができて各受光部で入射光量のばらつきを無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態１におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程を説明するための要部縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態２におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図４】図３のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程を説明するための要部縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態４として、本発明の実施形態１〜３の固体撮像素子１または１Ａまたは１Ｂを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図６】特許文献１に開示されている従来のＣＣＤイメージセンサの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図７】特許文献２に開示されている従来のＣＭＯＳイメージセンサの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図８】本発明の実施形態３におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｅ）は、図８のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程を説明するための要部縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、本発明の固体撮像素子およびその製造方法の実施形態１〜３および、この固体撮像素子の実施形態１〜３のいずれかを画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態４について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
【００３６】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【００３７】
図１において、本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１は、２画素共有の電荷転送部４を有し、複数の画素部の位置が２画素単位で周期的に互いに寄るように配置位置が異なっている。各画素部にはそれぞれ、半導体基板２の表面部に、受光素子として入射光を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオードで構成された受光部３が複数２次元状に設けられ、この受光部３に隣接して受光部３からの信号電荷を、信号電荷読み出し部を通して読み出して電荷転送するための電荷転送部４が設けられている。この電荷転送部４および信号電荷読み出し部上にはゲート絶縁膜５を介してゲート電極６が配置されている。このゲート電極６は、信号電荷を読み出すと共に、読み出された信号電荷を所定方向に電荷転送制御するための電荷転送電極として機能する。
【００３８】
このゲート電極６上には、入射光がゲート電極６により反射してノイズが発生するのを防ぐために遮光膜７が絶縁層８を介して形成されている。また、受光部３の上方は、遮光膜７には、入射光用の窓部として開口部７ａが形成されている。
【００３９】
これらの受光部３の表面と遮光膜７との段差部分を平坦化するための層間絶縁膜９が形成されている。この層間絶縁膜９は透明なＳｉＯ２膜である。この層間絶縁膜９には、下端面が受光部３の上方位置で平面視で受光部３の中央部を含むように開口し、上端面が、後述のマイクロレンズ１４の下方位置で平面視でマイクロレンズ１４の中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いにずれて異なっている光導波路を構成するライトパイプ１０が形成されている。
【００４０】
さらに、この層間絶縁膜９およびライトパイプ１０の上端面上には平坦化膜１１が形成され、平坦化膜１１上に、受光部３毎に配置されたＲ，Ｇ，Ｂ各色の所定の色配列（例えばベイヤー配列）のカラーフィルタ１２が形成されている。さらに、そのカラーフィルタ１２上には平坦化膜１３が形成され、その上に受光部３への集光用のマイクロレンズ１４が形成されている。
【００４１】
ライトパイプ１０は、その上部と下部の位置が異なるように深さ方向に斜めに形成されている。ライトパイプ１０の下端面の平面視形状は円形または楕円形、４角形などであって、受光部３の平面視で中央部を含むようにその上方で開口している。ライトパイプ１０の上端面の平面視形状も円形または楕円形、４角形などであって、マイクロレンズ１４の平面視で中央部を含むようにその下方で開口している。これによって、入射光は斜め光も含めてマイクロレンズ１４によってライトパイプ１０の上端面領域内部で集光され、ライトパイプ１０内を介してライトパイプ１０の下端面から出射されて受光部３の中央部に入射される。これによって、マイクロレンズ１４の配列設計の自由度が増して、マイクロレンズ１４を受光部３の真上に設ける必要が無くなる。
【００４２】
上記構成の本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１の製造方法としては、半導体基板２（または半導体層）上に、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部３を２次元状に形成する受光部形成工程と、受光部３毎に隣接して電荷転送手段としての電荷転送部４およびその上のゲート電極６をそれぞれ形成する電荷転送手段形成工程と、ゲート電極６上を覆うと共に、受光部３の上方を開口した遮光膜７を形成する遮光膜形成工程と、受光部３および遮光膜７の段差部上に透明な層間絶縁膜９を形成する層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜９に、マイクロレンズ１４の下方中央部に開口し、受光部３の平面視で中央部上方に開口する光導波路を構成するライトパイプ１０を形成するライトパイプ形成工程と、層間絶縁膜９およびライトパイプ１０上に平坦化膜１１を介して所定の色配列のカラーフィルタ１２を各受光部３の位置に対応して形成するカラーフィルタ形成工程と、このカラーフィルタ１２上に、平坦化膜１３を介してマイクロレンズ１４を各受光部３の位置に対応して形成するマイクロレンズ形成工程とを有している。
【００４３】
このライトパイプ形成工程は、まず、層間絶縁膜９の材料である透明なＳｉＯ２膜に、側面がテーパ状になるように、レジスト膜（図示せず）を所定形状に開口し、これをマスクとして所定平面視形状および所定深さだけエッチングする。次に、このエッチング形状は、台形を上下逆にした断面形状で上方にテーパ状に開放した凹部に形成されている。この凹部内を透明な高屈折率材料膜（高屈折率膜）のＳｉＮ膜で埋め込む。続いて、図２に示すように、この凹部内を埋め込んだＳｉＮ膜に、側面がテーパ状になるように、レジスト膜２１を所定形状に開口してパターニングし、このパターニングしたレジスト膜２１をマスクとして所定平面視形状および所定深さ（始めの深さと同じ深さ）にエッチングする。この凹部の底部にエッチングストッパ膜を設けてもよい。このエッチング形状（凹部形状）は、最初のエッチング形状（凹部形状）よりも小さく、最初のエッチング形状領域内で台形を上下逆にした断面形状の凹部に形成される。この凹部内を透明なＳｉＯ２膜９ａで埋め込んで断面平行四辺形状の２個のライトパイプ１０をそれぞれ形成することができる。このライトパイプ１０の材料は高屈折率材料のＳｉＮ膜の他に、ＳｉＯＮ膜であってもよい。このＳｉＯ２膜９ａは、層間絶縁膜９を構成する透明なＳｉＯ２膜の材料と同じ膜材料で構成することができる。
【００４４】
要するに、このライトパイプ形成工程は、マイクロレンズ１４と受光部３との間の透明な層間絶縁膜９上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、層間絶縁膜９に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、第１凹部内を透明な高屈折率材料膜で埋め込む工程と、第１凹部内を埋め込んだ高屈折率材料膜上を覆うように、フォトリソ技術により第２レジスト膜（レジスト膜２１）を所定形状にパターニングする第２レジスト膜形成工程と、パターニングされた第２レジスト膜をマスクとして、高屈折率材料膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第２凹部を形成する第２凹部形成工程と、第２凹部内を層間絶縁膜９の材料と同じ材料を埋め込んで断面平行四辺形状で斜めに傾いた２個のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有している。
【００４５】
以上により、本実施形態１によれば、マイクロレンズ１４と受光部３との間の層間絶縁膜９に光導波路を構成する断面平行四辺形状のライトパイプ１０が形成され、ライトパイプ１０は、下端面が受光部３の上方位置で平面視で受光部３の中央部を含むように開口し、上端面がマイクロレンズ１４の下方位置で平面視でマイクロレンズ１４の中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに領域がずれて異なっている。
【００４６】
これによって、受光部３の位置が周期的に異なっている２画素共有の固体撮像素子１において、２画素単位で周期的に寄った各受光部３の位置に応じてライトパイプ１０が断面斜め方向に断面平行四辺形状に形成されて、受光部３の中央部上方にライトパイプ１０の下端面部が開口位置し、マイクロレンズ１４の中央部下方にライトパイプ１０の上端面部が開口位置しているため、２画素共有で隣接した各受光部３の位置が周期的に寄っていることで、受光部３とマイクロレンズ１４との平面視で位置がずれていても、ライトパイプ１０により光を導いて各受光部３の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０の上端面部とが等間隔に形成されていることから、２画素共有で互いに寄って隣接した各受光部３への入射光量を同じにすることができて各受光部３で入射光量のばらつきを無くすことができる。
【００４７】
（実施形態２）
上記実施形態１では、ライトパイプ１０の断面形状が平行四辺形状に構成した場合について説明したが本実施形態２では、ライトパイプ１０の断面形状が逆直角台形状に構成した場合について説明する。
【００４８】
図３は、本発明の実施形態２におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図３では、図１のＣＣＤ固体撮像素子１の構成部材と同一の作用効果を奏する構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
図３において、本実施形態２のＣＣＤ固体撮像素子１Ａが、上記実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１と異なる点は、ライトパイプ１０ａの縦断面形状が逆直角台形状に構成されていることである。
【００５０】
ライトパイプ１０ａは、その上部の位置領域が下部の位置領域を含むように深さ方向に一方側面が斜めで他方側面が垂直に形成されて断面形状が逆直角台形状に構成されている。ライトパイプ１０ａの下端面の平面視形状は円形または楕円形、４角形などであって、受光部３の平面視で中央部を含むようにその上方で開口している。このライトパイプ１０ａの下端面の開口領域は、上記実施形態１のライトパイプ１０の下端面の開口領域と同じ形状および面積になっている。また、ライトパイプ１０ａの上端面の平面視形状も円形または楕円形、４角形などであって、マイクロレンズ１４の平面視で中央部を含むようにその下方で開口している。このライトパイプ１０ａの上端面の開口領域は、上記実施形態１のライトパイプ１０の上端面の領域を含んで広くなっている。これによって、入射光は斜め光も含めてマイクロレンズ１４によってライトパイプ１０ａの広い上端面領域内部で集光され、ライトパイプ１０ａ内を介してライトパイプ１０ａの下端面から出射されて受光部３の中央部に確実に入射される。これによって、マイクロレンズ１４の配列設計の自由度が増して、マイクロレンズ１４を受光部３の真上に設ける必要が無くなる。
【００５１】
上記構成の本実施形態２のＣＣＤ固体撮像素子１Ａの製造方法におけるライトパイプ形成工程は、まず、層間絶縁膜９の材料である透明なＳｉＯ２膜に、側面がテーパ状になるように、レジスト膜を所定形状に開口してパターニングし、これをマスクとして、所定形状および所定深さだけエッチングする。底部にエッチングストッパ膜を設けていてもよい。次に、このエッチング形状（凹部断面形状）は、台形を上下逆にした断面形状の凹部であって上方にテーパ状に開放した凹部に形成される。この凹部内を透明な高屈折率材料のＳｉＮ膜で埋め込む。続いて、図４に示すように、この凹部内を埋め込んだＳｉＮ膜に、レジスト膜２２を所定形状に開口してパターニングし、これをマスクとして、所定形状および所定深さだけエッチングして側面が垂直の凹部（側面が切立った凹部）を形成する。このエッチング残形状は、最初のエッチング形状領域内の残ったＳｉＮ膜の部分が台形を上下逆にした断面直角台形状に形成される。このエッチング除去された凹部内を透明なＳｉＯ２膜９ａで埋め込んで左右に２個のライトパイプ１０ａを形成することができる。このライトパイプ１０ａの材料は高屈折率材料のＳｉＮ膜の他に、ＳｉＯＮ膜であってもよい。このＳｉＯ２膜９ａとしては、層間絶縁膜９を構成する透明なＳｉＯ２膜と同じ膜材料とする。
【００５２】
要するに、このライトパイプ形成工程は、マイクロレンズ１４と受光部３との間の透明な層間絶縁膜９上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、層間絶縁膜９に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、第１凹部内を透明な高屈折率材料膜で埋め込む工程と、第１凹部内を埋め込んだ高屈折率材料膜上を覆うように、フォトリソ技術により第３レジスト膜（レジスト膜２２）を所定形状にパターニングする第３レジスト膜形成工程と、パターニングされた第３レジスト膜をマスクとして、高屈折率材料膜に、側面が垂直に切立つように所定深さにエッチングして上方に垂直に開放した第３凹部を形成する第３凹部形成工程と、第３凹部内を層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面形状が逆直角台形状のライトパイプ１０ａを形成する埋め込み工程とを有する。
【００５３】
以上により、本実施形態２によれば、マイクロレンズ１４と受光部３との間の層間絶縁膜９に光導波路を構成する断面形状が逆直角台形状のライトパイプ１０ａが形成され、ライトパイプ１０ａは、下端面が受光部３の上方位置で平面視で受光部３の中央部を含むように開口し、上端面がマイクロレンズ１４の下方位置で平面視でマイクロレンズ１４の中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに包含されている。
【００５４】
これによって、受光部３の位置が周期的に異なっている２画素共有のＣＣＤ固体撮像素子１Ａにおいて、２画素単位で周期的に寄った各受光部３の位置に応じてライトパイプ１０ａが断面斜め方向に出射位置を変えて断面逆直角台形状に形成されて、受光部３の中央部上方にライトパイプ１０ａの下端面部が開口位置し、マイクロレンズ１４の中央部下方にライトパイプ１０ａの上端面部が、上記実施形態１の場合よりも広く光を集めるように開口位置しているため、２画素共有で隣接した各受光部３の位置が周期的に寄っていることで、受光部３とマイクロレンズ１４との平面視で位置がずれていても、ライトパイプ１０ａにより光を受光部３側に導いて各受光部３の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、複数のマイクロレンズ１４と、複数のマイクロレンズ１４のそれぞれに対応した各ライトパイプ１０ａの上端面とが全て等間隔に形成されている。このように、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０ａの上端面部とが等間隔に形成されていることから、２画素共有で互いに寄って隣接した各受光部３への入射光量を同じにすることができて各受光部３で入射光量のばらつきを無くすことができる。
【００５５】
（実施形態３）
本実施形態３では、上記実施形態１のライトパイプ１０と同様のライトパイプ１０ｂの上に層内レンズを設けて、マイクロレンズ１４からの集光をより確実にライトパイプ１０ｂ内に導く場合について説明する。
【００５６】
図８は、本発明の実施形態３におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図８では、図１のＣＣＤ固体撮像素子１の構成部材と同一の作用効果を奏する構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５７】
図８において、本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂが、上記実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１と異なる点は、層間絶縁膜９に、斜め方向に光を導くライトパイプ１０ｂを形成し、このライトパイプ１０ｂ上に、マイクロレンズ１４からの集光をより確実にライトパイプ１０ｂ内に導くための層内レンズ１５を設けた点である。これらの層間絶縁膜９および層内レンズ１５上にはこれらを埋め込んで上面を平坦化する平坦化膜１１Ａが形成されている。
【００５８】
ライトパイプ１０ｂは、上記実施形態１のライトパイプ１０の場合と同様に、その上部と下部の位置が異なるように深さ方向に斜めに形成されている。ライトパイプ１０ｂの下端面の平面視形状は円形または楕円形、４角形などであって、受光部３の平面視で中央部を含むようにその上方に開口している。ライトパイプ１０ｂの上端面の平面視形状も円形または楕円形、４角形などであって、マイクロレンズ１４の平面視で中央部を含むようにその下方で開口している。
【００５９】
ライトパイプ１０ｂ上に層内レンズ１５が直に設けられ、層内レンズ１５がライトパイプ１０ｂ内に集光して光を導いている。これによって、入射光は斜め光も含めてマイクロレンズ１４によって層内レンズ１５に集光され、さらに、層内レンズ１５によってライトパイプ１０ｂの上端面領域内部で更に集光されて、ライトパイプ１０ｂ内を介して、光が受光部３側の斜め方向に導かれてライトパイプ１０ｂの下端面から出射されて受光部３の中央部に入射される。このように、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０ｂとの間に層内レンズ１５を更に設けたことによって、マイクロレンズ１４の配列設計の自由度が更に増して、マイクロレンズ１４を受光部３の真上に設ける必要が更に無くなる。また、マイクロレンズ１４からの集光をより確実に層内レンズ１５、ライトパイプ１０ｂを介して受光部３の中央部に集光させることができる。
【００６０】
本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂの製造方法では、上記実施形態１の層間絶縁膜形成工程とカラーフィルタ形成工程との間に、この層間絶縁膜９に、マイクロレンズ１４の下方中央部に開口し、受光部３の平面視で中央部上方に開口する光導波路を構成するライトパイプ１０ｂを形成するライトパイプ形成工程と、ライトパイプ１０ｂ上に、マイクロレンズ１４からの集光をライトパイプ１０ｂ内にさらに集光するための層内レンズ１５を形成する層内レンズ形成工程とを有しており、カラーフィルタ形成工程は、層間絶縁膜９および層内レンズ１５上に平坦化膜１１を介して所定の色配列のカラーフィルタ１２を各受光部３の位置に対応して形成している。
【００６１】
図９（ａ）〜図９（ｅ）は、図８のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程を説明するための要部縦断面図である。
【００６２】
上記構成の本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂの製造方法におけるライトパイプ形成工程は、まず、図９（ａ）に示すように、層間絶縁膜９上に感光性レジスト膜を成膜し、第１のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態で感光性レジスト膜を所定形状にパターニングして感光性レジスト膜２３（第４レジスト膜）を得る。
【００６３】
次に、図９（ｂ）に示すように、開口部の側壁が断面テーパ状にパターニングされた感光性レジスト膜２３と共に層間絶縁膜９を、感光性レジスト膜２３の開口部側壁の断面テーパ形状を層間絶縁膜９に転写するようにエッチングして、層間絶縁膜９に対して台形を上下逆にした断面形状の凹部９ｂを形成する。
【００６４】
続いて、図９（ｃ）に示すように、層間絶縁膜９の凹部９ｂ内に透明な高屈折率材料膜１０ＡのＳｉＮ膜を埋め込んで、エッチバックすることにより表面を平坦化する。
【００６５】
その後、図９（ｄ）に示すように、図９（ａ）の場合と同様に、層間絶縁膜９および高屈折率材料膜１０Ａ上に感光性レジスト膜を成膜し、第２のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態で感光性レジスト膜を所定形状にパターニングして感光性レジスト膜２４（第５レジスト膜）を得る。さらに、テーパ状にパターニングされた感光性レジスト膜２４と共に高屈折率材料膜１０Ａを、感光性レジスト膜２３の開口部側壁のテーパ形状を層間絶縁膜９に転写するようにエッチングして、高屈折率材料膜１０Ａに対して台形を上下逆にした断面形状の凹部を形成する。
【００６６】
さらに、図９（ｅ）に示すように、その高屈折率材料膜１０Ａの凹部内に透明なＳｉＯ２膜９ａで埋め込んでエッチバックすることにより表面を平坦化して左右に２個のライトパイプ１０ｂを形成することができる。なお、このＳｉＯ２膜９ａは、層間絶縁膜９を構成する透明なＳｉＯ２膜と同じ膜材料である。
【００６７】
要するに、このライトパイプ形成工程は、マイクロレンズ１４と受光部３との間の透明な層間絶縁膜９上に、フォトリソ技術により、第１のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第４レジスト膜２３を得る第４レジスト膜形成工程と、パターニングされた第４レジスト膜２３と共に層間絶縁膜９をエッチングすることにより、第４レジスト膜２３の開口部側面のテーパ形状を層間絶縁膜９に転写して上方にテーパ状に開放した第４凹部を形成する第４凹部形成工程と、第４凹部内を透明な高屈折率材料膜１０Ａで埋め込む工程と、高屈折率材料膜１０Ａおよび層間絶縁膜９上に、フォトリソ技術により、第２のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第５レジスト膜２４を得る第５レジスト膜形成工程と、パターニングされた第５レジスト膜２４と共に高屈折率材料膜１０Ａをエッチングすることにより、第５レジスト膜２４の開口部側面のテーパ形状を高屈折率材料膜１０Ａに転写して上方にテーパ状に開放した第５凹部を形成する第５凹部形成工程と、第５凹部内を層間絶縁膜９の材料と同じ材料を埋め込んで左右に２個のライトパイプ１０ｂを形成する埋め込み工程とを有する。
【００６８】
上記構成の本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂの製造方法における層内レンズ形成工程は、ライトパイプ１０ｂおよび層間絶縁膜９のうちの少なくともライトパイプ１０ｂ上（または平坦化膜を介したその上方）にＳｉＮ膜などの高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、レンズ形状の感光性レジスト膜と高屈折率材料膜とを同時にエッチングして、感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率材料膜のレンズ形状（層内レンズ１５）に形成する高屈折率材料膜レンズ形状形成工程とを有する。
【００６９】
または、この層内レンズ形成工程は、ライトパイプ１０ｂおよび層間絶縁膜９のうちの少なくともライトパイプ１０ｂ上（または平坦化膜を介したその上方）にＳｉＮ膜などの高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、リソグラフィ技術によりレジスト膜を所定形状にパターニングするレジスト膜形成工程と、このパターニングされたレジスト膜をリフローしてその表面張力により上に凸のレンズ形状を形成するレジストレンズ形状形成工程と、レンズ形状のレジスト膜と高屈折率材料膜を同時にエッチングして、レジスト膜のレンズ形状を反映した同じレンズ形状の高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜レンズ形状形成工程とを有する。
【００７０】
以上により、本実施形態３によれば、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０ｂとの間に層内レンズ１５を更に設けたことによって、マイクロレンズ１４の配列設計の自由度が更に増して、マイクロレンズ１４を受光部３の真上に設ける必要が更に無くなる。また、マイクロレンズ１４からの集光をより確実に層内レンズ１５、ライトパイプ１０ｂを介して受光部３の中央部に集光させることができる。
【００７１】
また、受光部３の位置が周期的に異なっている２画素共有のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂにおいて、２画素単位で周期的に寄った各受光部３の位置に応じてライトパイプ１０ｂが断面斜め方向に出射位置を変えて断面平行四辺形状に形成されて、受光部３の中央部上方にライトパイプ１０ｂの下端面部が開口位置し、マイクロレンズ１４の中央部下方にライトパイプ１０ｂの上端面部が開口位置しているため、２画素共有で隣接した各受光部３の位置が周期的に寄っていることで、受光部３とマイクロレンズ１４との平面視で位置がずれていても、ライトパイプ１０ｂにより光を受光部３側に導いて各受光部３の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、複数のマイクロレンズ１４と、複数のマイクロレンズ１４のそれぞれに対応した各ライトパイプ１０ｂの上端面とが全て等間隔に形成されている。このように、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０ｂの上端面部とが等間隔に形成されていることから、２画素共有で互いに寄って隣接した各受光部３への入射光量を同じにすることができて各受光部３で入射光量のばらつきを無くすことができる。
【００７２】
なお、本実施形態３では、ライトパイプ１０ｂ上に直に層内レンズ１５を更に設けたが、これに限らず、ライトパイプ１０ｂの上方に更に平坦化膜を介して層内レンズ１５を設けてもよい。本実施形態３のライトパイプ形成工程は、上記実施形態１、２にも用いることもできる。さらに、層内レンズ１５は層間絶縁膜９およびライトパイプ１０ｂのうちの少なくともライトパイプ１０ｂ上またはその上方に設けられていればよい。
【００７３】
なお、上記実施形態１〜３では、２画素単位で周期的に互いに寄った各受光部３を持つ２画素共有の固体撮像素子１または１Ａまたは１Ｂについて説明したが、これに限らず、３画素単位で周期的に互いに寄った各受光部３を持つ３画素共有の固体撮像素子や、４画素単位（平面視田の字状）で周期的に互いに寄った各受光部３を持つ４画素共有の固体撮像素子についても、上記実施形態１〜３のライトパイプ１０または１０ａまたは１０ｂを適用することができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる本発明の目的を達成することができる。要するに、複数画素単位で周期的に互いに寄った各受光部３を持つ複数画素共有の固体撮像素子についても、上記実施形態１〜３のライトパイプ１０または１０ａまたは１０ｂを適用することができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる本発明の目的を達成することができる。
【００７４】
なお、上記実施形態１〜３のライトパイプ１０または１０ａまたは１０ｂをＣＣＤ固体撮像素子に適用する場合について説明したが、これに限らず、これに限らず、上記実施形態１、２のライトパイプ１０または１０ａまたは１０ｂをＣＭＯＳ固体撮像素子に適用することもできる。
【００７５】
ＣＣＤ固体撮像素子１または１Ａまたは１０Ｂは、画素毎に光電変換部として受光部３が設けられ、受光部３に隣接して、受光部３からの信号電荷を所定方向に電荷転送するための電荷転送部４および、この上に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するためのゲート電極６およびその上に遮光膜７が配置され、受光部３と、受光部３の上方が開口部７ａで開口された遮光膜７との段差を埋め込むように層間絶縁膜９が形成されている。
【００７６】
一方、ＣＭＯＳ固体撮像素子では、画素毎に光電変換部として受光部が設けられ、受光部に隣接して、受光部からの信号電荷が電荷電圧変換部に電荷転送するための電荷転送トランジスタと、受光部毎に電荷転送トランジスタにより電荷電圧変換部に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅されて該画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路とを有しており、これらの電荷転送トランジスタおよび読出回路を構成するトランジスタと受光部上を覆うように層間絶縁膜９と同様の層間絶縁膜が形成されている。
【００７７】
（実施形態４）
図５は、本発明の実施形態４として、本発明の実施形態１〜３の固体撮像素子１または１Ａまたは１Ｂを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【００７８】
図５において、本実施形態３の電子情報機器９０は、上記実施形態１〜３の固体撮像素子１または１Ａまたは１Ｂからの撮像信号を所定の信号処理を施してカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示部９３と、通信部９４と、プリンタなどの画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
【００７９】
この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
【００８０】
したがって、本実施形態４によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
【００８１】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜４を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜４に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜４の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に設けられたＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、受光部の位置が周期的に異なっている複数画素共有の固体撮像素子において、複数画素共有で周期的に寄った受光部の位置に応じてライトパイプが断面斜め方向に形成されて、受光部の中央部上方にライトパイプの下端部が開口位置し、マイクロレンズの中央部下方にライトパイプの上端部が開口位置しているため、複数画素共有で隣接した各受光部の位置が周期的に寄ることで、受光部とマイクロレンズとの平面視位置がずれていても、ライトパイプにより各受光部の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、マイクロレンズとライトパイプの上端部とが等間隔に形成されていることから、複数画素共有で互いに寄って隣接した各受光部への入射光量を同じにすることができて各受光部で入射光量のばらつきを無くすことができる。
【符号の説明】
【００８３】
１、１Ａ、１Ｂ ＣＣＤ固体撮像素子
２ 半導体基板
３ 受光部
４ 電荷転送部
５ ゲート絶縁膜
６ ゲート電極
７ 遮光膜
７ａ 開口部
８ 絶縁層
９ 層間絶縁膜
９ａ ＳｉＯ２膜
１０、１０ａ、１０ｂ ライトパイプ
１１、１３ 平坦化膜
１２ カラーフィルタ
１４ マイクロレンズ
１５ 層内レンズ
２１〜２４ レジスト膜
９０ 電子情報機器
９１ 固体撮像装置
９２ メモリ部
９３ 表示部
９４ 通信部
９５ 画像出力部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に設けられたＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
２画素共有の転送部を持ち、被写体からの画像光を光電変換して撮像する受光部の位置が２画素単位で互いに寄って周期的に異なっている２画素共有の従来のＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが特許文献１〜５に提案されている。
【０００３】
図６は、特許文献１に開示されている従来のＣＣＤイメージセンサの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【０００４】
図６に示すように、従来のＣＣＤイメージセンサ１００は、半導体基板１０１の上部に、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部１０２が２画素単位で互いに寄って２次元状に設けられ、受光部１０２に隣接して電荷転送部１０３がそれぞれ設けられている。電荷転送部１０３上にはゲート電極１０４およびその上に絶縁膜１０５を介して遮光膜１０６が設けられている。受光部１０２の上面と遮光膜１０６との段差を埋め込むように透明な層間雪面膜１０７が設けられている。この層間雪面膜１０７上には平坦化膜１０８が設けられ、平坦化膜１０８上にカラーフィルタ１０９が所定の色配列で設けられ、カラーフィルタ１０９上には平坦化膜１１０が設けられている。この平坦化膜１１０上に、これらの互いに寄った２画素を覆うように凸状透明部１１１が設けられ、その上に２つのマイクロレンズ１１２が各受光部１０２にそれぞれ対応するように設けられている。この凸状透明部１１１の傾きにより、２画素単位で入射光の方向が各受光部１０２側に曲げられて、各受光部１０２に入射しやすくなっている。
【０００５】
図７は、特許文献２に開示されている従来のＣＭＯＳイメージセンサの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【０００６】
図７に示すように、従来のＣＭＯＳイメージセンサ２００は、光を受光して電荷に変換する受光部２０１と、受光部２０１に入射光を集光させるためのマイクロレンズ２０２と、受光サ部２０１とマイクロレンズ２０２との間に配された層間絶縁膜２０３および保護膜２０４とを備えると共に、層間絶縁２０３および前記保護膜２０４が互いに異なる屈折率の光透過材料からなっている。層間絶縁膜２０３と保護膜２０４との界面が、受光部２０１とマイクロレンズ２０２との平面位置のずれ量に応じた傾斜を有するように形成されている。なお、２０５はカラーフィルタであり、２０６は金属配線である。
【０００７】
次に、特許文献３〜５に開示されている２画素共有の従来の固体撮像素子において、マイクロレンズの形が２画素周期で互いにくっ付いて一方端部が互いに重なるように形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２７０８１１号公報
【特許文献２】特開２００５−１５０４９２号公報
【特許文献３】特開２００７−９５７５１号公報
【特許文献４】特開２００７−２０８８１７号公報
【特許文献５】特開２００７−３１１４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に開示されている従来の技術では、凸状透明部１１１上に設けられたマイクロレンズ１１２の断面形状が２画素周期で傾いているために、真上からの平行光に対してマイクロレンズ１１２を最適化して隣接する各受光部１０２への入射光が受光部１０２の中央部に集光するようにした場合であっても、斜め光に対しては、隣接する各受光部１０２の中央部に入射光が集光しないという問題がある。即ち、互いに逆方向に傾いた左右の２個のマイクロレンズ１１２に対して、例えば左上から右下の方向に傾いた斜め光を入射させた場合に、左側のマイクロレンズ１１２の方が右側のマイクロレンズ１１２よりも受光部１０２での受光効率がよく受光感度がよい。このことは、左右のマイクロレンズが２画素周期で互いにくっ付いて形成されている特許文献３〜５に開示されている従来の技術においても、例えば左上から右下の方向に傾いた斜め光を入射させた場合に、左側のマイクロレンズの方が右側のマイクロレンズよりも受光部での受光効率がよく受光感度がよい。したがって、特許文献１および３〜５に開示されている従来の技術では、斜め光に対して２画素単位で周期的に寄った受光部１０２での受光感度およびシェーディングが悪化するという問題がある。
【００１０】
また、特許文献２に開示されている従来の技術では、層間絶縁膜２０３と保護膜２０４との界面が、２画素共有の各受光部２０１とマイクロレンズ２０２との平面位置のずれ量に応じた傾斜を有するように形成されているが、斜め光に対しても傾斜面でマイクロレンズ２０２からの集光方向を調整しているため、２画素共有の互いに寄った各受光部２０１の各中央部に向けて、安定的に正確に集光をそれぞれ曲げるようにその傾斜面で調整することは困難である。
【００１１】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、複数画素共有の互いに寄った受光部を持つ固体撮像素子において、受光感度およびシェーディングをより改善することができる固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の固体撮像素子は、入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光部が２次元状に配設され、該複数の受光部のそれぞれに該入射光を集光させる複数のマイクロレンズが該複数の受光部の上方に配設されている固体撮像素子において、該マイクロレンズと該受光部との間の層間絶縁膜に光導波路を構成するライトパイプが形成され、該ライトパイプは、下端面が該受光部の上方位置で平面視で該受光部の中央部を含むように開口し、上端面が該マイクロレンズの下方位置で平面視で該マイクロレンズの中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに異なっているものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００１３】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子における受光部の平面視位置が周期的に異なっている複数画素共有の固体撮像素子において、該複数画素単位で周期的に寄った受光部の位置に応じて前記ライトパイプの下端面の平面視位置が位置決めされている。
【００１４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における複数のマイクロレンズと、該複数のマイクロレンズのそれぞれに対応した各ライトパイプの上端面とが全て等間隔に形成されている。
【００１５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるライトパイプの材質がＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜の高屈折率膜であり、前記層間絶縁膜がＳｉＯ２膜である。
【００１６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるライトパイプの縦断面形状が平行四辺形状または逆直角台形状である。
【００１７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子におけるライトパイプの上端面および下端面の少なくともいずれかは平面視で円形、楕円形または、正方形または矩形を含む４角形である。
【００１８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における上下の各端面領域が平面視で互いに包含されているかまたは、平面視で互いに領域がずれている。
【００１９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、前記ライトパイプ上または上方に、前記マイクロレンズからの集光を該ライトパイプ内にさらに集光するための層内レンズが設けられている。
【００２０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、画素毎に光電変換部として前記受光部が設けられ、該受光部に隣接して、該受光部からの信号電荷を所定方向に電荷転送するための電荷転送部および、この上に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するためのゲート電極およびその上に遮光膜が配置され、該遮光膜は該受光部の上方が開口され、該受光部と該ゲート電極上の遮光膜との段差を埋め込むように前記層間絶縁膜が形成されたＣＣＤ固体撮像素子で構成されている。
【００２１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子において、画素毎に光電変換部として前記受光部が設けられ、該受光部に隣接して、該受光部からの信号電荷が電荷電圧変換部に電荷転送するための電荷転送トランジスタと、該受光部毎に該電荷転送トランジスタにより該電荷電圧変換部に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅されて該画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路とを有し、該電荷転送トランジスタおよび読出回路を構成するトランジスタと該受光部上に前記層間絶縁膜が形成されたＣＭＯＳ固体撮像素子で構成されている。
【００２２】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、本発明の上記固体撮像素子を製造する方法であって、前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜に、該マイクロレンズの下方中央部に開口し、該受光部の平面視で中央部上方に開口する光導波路を構成するライトパイプを形成するライトパイプ形成工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００２３】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記ライトパイプ上に、前記マイクロレンズからの集光を該ライトパイプ内にさらに集光するための層内レンズを形成する層内レンズ形成工程を更に有する。
【００２４】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程は、前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、該層間絶縁膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、該第１凹部内を透明な高屈折率膜で埋め込む工程と、該第１凹部内を埋め込んだ高屈折率膜上を覆うように、フォトリソ技術により第２レジスト膜を所定形状にパターニングする第２レジスト膜形成工程と、パターニングされた第２レジスト膜をマスクとして、該高屈折率膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第２凹部を形成する第２凹部形成工程と、該第２凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面平行四辺形状のライトパイプを形成する工程とを有する。
【００２５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程は、前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、該層間絶縁膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、該第１凹部内を透明な高屈折率膜で埋め込む工程と、該第１凹部内を埋め込んだ高屈折率膜上を覆うように、フォトリソ技術により第３レジスト膜を所定形状にパターニングする第３レジスト膜形成工程と、パターニングされた第３レジスト膜をマスクとして、該高屈折率膜に、側面が垂直に切立つように所定深さにエッチングして上方に垂直に開放した第３凹部を形成する第３凹部形成工程と、該第３凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面形状が逆直角台形状のライトパイプを形成する工程とを有する。
【００２６】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程は、前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により、第１のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第４レジスト膜を得る第４レジスト膜形成工程と、パターニングされた第４レジスト膜と共に該層間絶縁膜をエッチングすることにより、第４レジスト膜の開口部側面のテーパ形状を該層間絶縁膜に転写して上方にテーパ状に開放した第４凹部を形成する第４凹部形成工程と、第４凹部内を透明な高屈折率材料膜で埋め込む工程と、該高屈折率材料膜および該層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により、第２のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第５レジスト膜を得る第５レジスト膜形成工程と、パターニングされた該第５レジスト膜と共に該高屈折率材料膜をエッチングすることにより、該第５レジスト膜の開口部側面のテーパ形状を該高屈折率材料膜に転写して上方にテーパ状に開放した第５凹部を形成する第５凹部形成工程と、該第５凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで左右に２個のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【００２７】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における層内レンズ形成工程は、前記ライトパイプおよび前記層間絶縁膜のうちの少なくとも該ライトパイプ上またはその上方に高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、該高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、該感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、該レンズ形状の該感光性レジスト膜と該高屈折率材料膜とを同時にエッチングすることにより、該感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率材料膜のレンズ形状に形成する高屈折率材料膜レンズ形状形成工程とを有する。
【００２８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における層内レンズ形成工程は、前記ライトパイプおよび前記層間絶縁膜のうちの少なくとも該ライトパイプ上またはその上方に高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、該高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、リソグラフィ技術によりレジスト膜を所定形状にパターニングするレジスト膜形成工程と、パターニングされたレジスト膜をリフローしてその表面張力により上に凸のレンズ形状を形成するレジストレンズ形状形成工程と、該レンズ形状のレジスト膜と該高屈折率材料膜を同時にエッチングして、該レジスト膜のレンズ形状を反映した同じレンズ形状の該高屈折率材料膜を形成するレンズ形状形成工程とを有する。
【００２９】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００３０】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００３１】
本発明においては、マイクロレンズと受光部との間の層間絶縁膜に光導波路を構成するライトパイプが形成され、このライトパイプは、下端面が受光部の上方位置で平面視で受光部の中央部を含むように開口し、上端面がマイクロレンズの下方位置で平面視でマイクロレンズの中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに異なっている。
【００３２】
これによって、複数画素共有の互いに寄った受光部を持つ固体撮像素子において、受光感度およびシェーディングをより改善することが可能である。
【発明の効果】
【００３３】
以上により、本発明によれば、受光部の位置が周期的に異なっている複数画素共有の固体撮像素子において、複数画素共有で周期的に寄った受光部の位置に応じてライトパイプが断面斜め方向に形成されて、受光部の中央部上方にライトパイプの下端部が開口位置し、マイクロレンズの中央部下方にライトパイプの上端部が開口位置しているため、複数画素共有で隣接した各受光部の位置が周期的に寄ることで、受光部とマイクロレンズとの平面視位置がずれていても、ライトパイプにより各受光部の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、マイクロレンズとライトパイプの上端部とが等間隔に形成されていることから、複数画素共有で互いに寄って隣接した各受光部への入射光量を同じにすることができて各受光部で入射光量のばらつきを無くすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態１におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図２】図１のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程を説明するための要部縦断面図である。
【図３】本発明の実施形態２におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図４】図３のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程を説明するための要部縦断面図である。
【図５】本発明の実施形態４として、本発明の実施形態１〜３の固体撮像素子１または１Ａまたは１Ｂを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図６】特許文献１に開示されている従来のＣＣＤイメージセンサの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図７】特許文献２に開示されている従来のＣＭＯＳイメージセンサの要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図８】本発明の実施形態３におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｅ）は、図８のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程を説明するための要部縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下に、本発明の固体撮像素子およびその製造方法の実施形態１〜３および、この固体撮像素子の実施形態１〜３のいずれかを画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態４について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図における構成部材のそれぞれの厚みや長さなどは図面作成上の観点から、図示する構成に限定されるものではない。
【００３６】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。
【００３７】
図１において、本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１は、２画素共有の電荷転送部４を有し、複数の画素部の位置が２画素単位で周期的に互いに寄るように配置位置が異なっている。各画素部にはそれぞれ、半導体基板２の表面部に、受光素子として入射光を光電変換して信号電荷を生成するフォトダイオードで構成された受光部３が複数２次元状に設けられ、この受光部３に隣接して受光部３からの信号電荷を、信号電荷読み出し部を通して読み出して電荷転送するための電荷転送部４が設けられている。この電荷転送部４および信号電荷読み出し部上にはゲート絶縁膜５を介してゲート電極６が配置されている。このゲート電極６は、信号電荷を読み出すと共に、読み出された信号電荷を所定方向に電荷転送制御するための電荷転送電極として機能する。
【００３８】
このゲート電極６上には、入射光がゲート電極６により反射してノイズが発生するのを防ぐために遮光膜７が絶縁層８を介して形成されている。また、受光部３の上方は、遮光膜７には、入射光用の窓部として開口部７ａが形成されている。
【００３９】
これらの受光部３の表面と遮光膜７との段差部分を平坦化するための層間絶縁膜９が形成されている。この層間絶縁膜９は透明なＳｉＯ２膜である。この層間絶縁膜９には、下端面が受光部３の上方位置で平面視で受光部３の中央部を含むように開口し、上端面が、後述のマイクロレンズ１４の下方位置で平面視でマイクロレンズ１４の中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いにずれて異なっている光導波路を構成するライトパイプ１０が形成されている。
【００４０】
さらに、この層間絶縁膜９およびライトパイプ１０の上端面上には平坦化膜１１が形成され、平坦化膜１１上に、受光部３毎に配置されたＲ，Ｇ，Ｂ各色の所定の色配列（例えばベイヤー配列）のカラーフィルタ１２が形成されている。さらに、そのカラーフィルタ１２上には平坦化膜１３が形成され、その上に受光部３への集光用のマイクロレンズ１４が形成されている。
【００４１】
ライトパイプ１０は、その上部と下部の位置が異なるように深さ方向に斜めに形成されている。ライトパイプ１０の下端面の平面視形状は円形または楕円形、４角形などであって、受光部３の平面視で中央部を含むようにその上方で開口している。ライトパイプ１０の上端面の平面視形状も円形または楕円形、４角形などであって、マイクロレンズ１４の平面視で中央部を含むようにその下方で開口している。これによって、入射光は斜め光も含めてマイクロレンズ１４によってライトパイプ１０の上端面領域内部で集光され、ライトパイプ１０内を介してライトパイプ１０の下端面から出射されて受光部３の中央部に入射される。これによって、マイクロレンズ１４の配列設計の自由度が増して、マイクロレンズ１４を受光部３の真上に設ける必要が無くなる。
【００４２】
上記構成の本実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１の製造方法としては、半導体基板２（または半導体層）上に、入射光を光電変換して撮像する複数の受光部３を２次元状に形成する受光部形成工程と、受光部３毎に隣接して電荷転送手段としての電荷転送部４およびその上のゲート電極６をそれぞれ形成する電荷転送手段形成工程と、ゲート電極６上を覆うと共に、受光部３の上方を開口した遮光膜７を形成する遮光膜形成工程と、受光部３および遮光膜７の段差部上に透明な層間絶縁膜９を形成する層間絶縁膜形成工程と、この層間絶縁膜９に、マイクロレンズ１４の下方中央部に開口し、受光部３の平面視で中央部上方に開口する光導波路を構成するライトパイプ１０を形成するライトパイプ形成工程と、層間絶縁膜９およびライトパイプ１０上に平坦化膜１１を介して所定の色配列のカラーフィルタ１２を各受光部３の位置に対応して形成するカラーフィルタ形成工程と、このカラーフィルタ１２上に、平坦化膜１３を介してマイクロレンズ１４を各受光部３の位置に対応して形成するマイクロレンズ形成工程とを有している。
【００４３】
このライトパイプ形成工程は、まず、層間絶縁膜９の材料である透明なＳｉＯ２膜に、側面がテーパ状になるように、レジスト膜（図示せず）を所定形状に開口し、これをマスクとして所定平面視形状および所定深さだけエッチングする。次に、このエッチング形状は、台形を上下逆にした断面形状で上方にテーパ状に開放した凹部に形成されている。この凹部内を透明な高屈折率材料膜（高屈折率膜）のＳｉＮ膜で埋め込む。続いて、図２に示すように、この凹部内を埋め込んだＳｉＮ膜に、側面がテーパ状になるように、レジスト膜２１を所定形状に開口してパターニングし、このパターニングしたレジスト膜２１をマスクとして所定平面視形状および所定深さ（始めの深さと同じ深さ）にエッチングする。この凹部の底部にエッチングストッパ膜を設けてもよい。このエッチング形状（凹部形状）は、最初のエッチング形状（凹部形状）よりも小さく、最初のエッチング形状領域内で台形を上下逆にした断面形状の凹部に形成される。この凹部内を透明なＳｉＯ２膜９ａで埋め込んで断面平行四辺形状の２個のライトパイプ１０をそれぞれ形成することができる。このライトパイプ１０の材料は高屈折率材料のＳｉＮ膜の他に、ＳｉＯＮ膜であってもよい。このＳｉＯ２膜９ａは、層間絶縁膜９を構成する透明なＳｉＯ２膜の材料と同じ膜材料で構成することができる。
【００４４】
要するに、このライトパイプ形成工程は、マイクロレンズ１４と受光部３との間の透明な層間絶縁膜９上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、層間絶縁膜９に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、第１凹部内を透明な高屈折率材料膜で埋め込む工程と、第１凹部内を埋め込んだ高屈折率材料膜上を覆うように、フォトリソ技術により第２レジスト膜（レジスト膜２１）を所定形状にパターニングする第２レジスト膜形成工程と、パターニングされた第２レジスト膜をマスクとして、高屈折率材料膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第２凹部を形成する第２凹部形成工程と、第２凹部内を層間絶縁膜９の材料と同じ材料を埋め込んで断面平行四辺形状で斜めに傾いた２個のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有している。
【００４５】
以上により、本実施形態１によれば、マイクロレンズ１４と受光部３との間の層間絶縁膜９に光導波路を構成する断面平行四辺形状のライトパイプ１０が形成され、ライトパイプ１０は、下端面が受光部３の上方位置で平面視で受光部３の中央部を含むように開口し、上端面がマイクロレンズ１４の下方位置で平面視でマイクロレンズ１４の中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに領域がずれて異なっている。
【００４６】
これによって、受光部３の位置が周期的に異なっている２画素共有の固体撮像素子１において、２画素単位で周期的に寄った各受光部３の位置に応じてライトパイプ１０が断面斜め方向に断面平行四辺形状に形成されて、受光部３の中央部上方にライトパイプ１０の下端面部が開口位置し、マイクロレンズ１４の中央部下方にライトパイプ１０の上端面部が開口位置しているため、２画素共有で隣接した各受光部３の位置が周期的に寄っていることで、受光部３とマイクロレンズ１４との平面視で位置がずれていても、ライトパイプ１０により光を導いて各受光部３の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０の上端面部とが等間隔に形成されていることから、２画素共有で互いに寄って隣接した各受光部３への入射光量を同じにすることができて各受光部３で入射光量のばらつきを無くすことができる。
【００４７】
（実施形態２）
上記実施形態１では、ライトパイプ１０の断面形状が平行四辺形状に構成した場合について説明したが本実施形態２では、ライトパイプ１０の断面形状が逆直角台形状に構成した場合について説明する。
【００４８】
図３は、本発明の実施形態２におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図３では、図１のＣＣＤ固体撮像素子１の構成部材と同一の作用効果を奏する構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００４９】
図３において、本実施形態２のＣＣＤ固体撮像素子１Ａが、上記実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１と異なる点は、ライトパイプ１０ａの縦断面形状が逆直角台形状に構成されていることである。
【００５０】
ライトパイプ１０ａは、その上部の位置領域が下部の位置領域を含むように深さ方向に一方側面が斜めで他方側面が垂直に形成されて断面形状が逆直角台形状に構成されている。ライトパイプ１０ａの下端面の平面視形状は円形または楕円形、４角形などであって、受光部３の平面視で中央部を含むようにその上方で開口している。このライトパイプ１０ａの下端面の開口領域は、上記実施形態１のライトパイプ１０の下端面の開口領域と同じ形状および面積になっている。また、ライトパイプ１０ａの上端面の平面視形状も円形または楕円形、４角形などであって、マイクロレンズ１４の平面視で中央部を含むようにその下方で開口している。このライトパイプ１０ａの上端面の開口領域は、上記実施形態１のライトパイプ１０の上端面の領域を含んで広くなっている。これによって、入射光は斜め光も含めてマイクロレンズ１４によってライトパイプ１０ａの広い上端面領域内部で集光され、ライトパイプ１０ａ内を介してライトパイプ１０ａの下端面から出射されて受光部３の中央部に確実に入射される。これによって、マイクロレンズ１４の配列設計の自由度が増して、マイクロレンズ１４を受光部３の真上に設ける必要が無くなる。
【００５１】
上記構成の本実施形態２のＣＣＤ固体撮像素子１Ａの製造方法におけるライトパイプ形成工程は、まず、層間絶縁膜９の材料である透明なＳｉＯ２膜に、側面がテーパ状になるように、レジスト膜を所定形状に開口してパターニングし、これをマスクとして、所定形状および所定深さだけエッチングする。底部にエッチングストッパ膜を設けていてもよい。次に、このエッチング形状（凹部断面形状）は、台形を上下逆にした断面形状の凹部であって上方にテーパ状に開放した凹部に形成される。この凹部内を透明な高屈折率材料のＳｉＮ膜で埋め込む。続いて、図４に示すように、この凹部内を埋め込んだＳｉＮ膜に、レジスト膜２２を所定形状に開口してパターニングし、これをマスクとして、所定形状および所定深さだけエッチングして側面が垂直の凹部（側面が切立った凹部）を形成する。このエッチング残形状は、最初のエッチング形状領域内の残ったＳｉＮ膜の部分が台形を上下逆にした断面直角台形状に形成される。このエッチング除去された凹部内を透明なＳｉＯ２膜９ａで埋め込んで左右に２個のライトパイプ１０ａを形成することができる。このライトパイプ１０ａの材料は高屈折率材料のＳｉＮ膜の他に、ＳｉＯＮ膜であってもよい。このＳｉＯ２膜９ａとしては、層間絶縁膜９を構成する透明なＳｉＯ２膜と同じ膜材料とする。
【００５２】
要するに、このライトパイプ形成工程は、マイクロレンズ１４と受光部３との間の透明な層間絶縁膜９上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、層間絶縁膜９に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、第１凹部内を透明な高屈折率材料膜で埋め込む工程と、第１凹部内を埋め込んだ高屈折率材料膜上を覆うように、フォトリソ技術により第３レジスト膜（レジスト膜２２）を所定形状にパターニングする第３レジスト膜形成工程と、パターニングされた第３レジスト膜をマスクとして、高屈折率材料膜に、側面が垂直に切立つように所定深さにエッチングして上方に垂直に開放した第３凹部を形成する第３凹部形成工程と、第３凹部内を層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面形状が逆直角台形状のライトパイプ１０ａを形成する埋め込み工程とを有する。
【００５３】
以上により、本実施形態２によれば、マイクロレンズ１４と受光部３との間の層間絶縁膜９に光導波路を構成する断面形状が逆直角台形状のライトパイプ１０ａが形成され、ライトパイプ１０ａは、下端面が受光部３の上方位置で平面視で受光部３の中央部を含むように開口し、上端面がマイクロレンズ１４の下方位置で平面視でマイクロレンズ１４の中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに包含されている。
【００５４】
これによって、受光部３の位置が周期的に異なっている２画素共有のＣＣＤ固体撮像素子１Ａにおいて、２画素単位で周期的に寄った各受光部３の位置に応じてライトパイプ１０ａが断面斜め方向に出射位置を変えて断面逆直角台形状に形成されて、受光部３の中央部上方にライトパイプ１０ａの下端面部が開口位置し、マイクロレンズ１４の中央部下方にライトパイプ１０ａの上端面部が、上記実施形態１の場合よりも広く光を集めるように開口位置しているため、２画素共有で隣接した各受光部３の位置が周期的に寄っていることで、受光部３とマイクロレンズ１４との平面視で位置がずれていても、ライトパイプ１０ａにより光を受光部３側に導いて各受光部３の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、複数のマイクロレンズ１４と、複数のマイクロレンズ１４のそれぞれに対応した各ライトパイプ１０ａの上端面とが全て等間隔に形成されている。このように、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０ａの上端面部とが等間隔に形成されていることから、２画素共有で互いに寄って隣接した各受光部３への入射光量を同じにすることができて各受光部３で入射光量のばらつきを無くすことができる。
【００５５】
（実施形態３）
本実施形態３では、上記実施形態１のライトパイプ１０と同様のライトパイプ１０ｂの上に層内レンズを設けて、マイクロレンズ１４からの集光をより確実にライトパイプ１０ｂ内に導く場合について説明する。
【００５６】
図８は、本発明の実施形態３におけるＣＣＤ固体撮像素子の要部構成例を模式的に示す縦断面図である。なお、図８では、図１のＣＣＤ固体撮像素子１の構成部材と同一の作用効果を奏する構成部材には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００５７】
図８において、本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂが、上記実施形態１のＣＣＤ固体撮像素子１と異なる点は、層間絶縁膜９に、斜め方向に光を導くライトパイプ１０ｂを形成し、このライトパイプ１０ｂ上に、マイクロレンズ１４からの集光をより確実にライトパイプ１０ｂ内に導くための層内レンズ１５を設けた点である。これらの層間絶縁膜９および層内レンズ１５上にはこれらを埋め込んで上面を平坦化する平坦化膜１１Ａが形成されている。
【００５８】
ライトパイプ１０ｂは、上記実施形態１のライトパイプ１０の場合と同様に、その上部と下部の位置が異なるように深さ方向に斜めに形成されている。ライトパイプ１０ｂの下端面の平面視形状は円形または楕円形、４角形などであって、受光部３の平面視で中央部を含むようにその上方に開口している。ライトパイプ１０ｂの上端面の平面視形状も円形または楕円形、４角形などであって、マイクロレンズ１４の平面視で中央部を含むようにその下方で開口している。
【００５９】
ライトパイプ１０ｂ上に層内レンズ１５が直に設けられ、層内レンズ１５がライトパイプ１０ｂ内に集光して光を導いている。これによって、入射光は斜め光も含めてマイクロレンズ１４によって層内レンズ１５に集光され、さらに、層内レンズ１５によってライトパイプ１０ｂの上端面領域内部で更に集光されて、ライトパイプ１０ｂ内を介して、光が受光部３側の斜め方向に導かれてライトパイプ１０ｂの下端面から出射されて受光部３の中央部に入射される。このように、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０ｂとの間に層内レンズ１５を更に設けたことによって、マイクロレンズ１４の配列設計の自由度が更に増して、マイクロレンズ１４を受光部３の真上に設ける必要が更に無くなる。また、マイクロレンズ１４からの集光をより確実に層内レンズ１５、ライトパイプ１０ｂを介して受光部３の中央部に集光させることができる。
【００６０】
本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂの製造方法では、上記実施形態１の層間絶縁膜形成工程とカラーフィルタ形成工程との間に、この層間絶縁膜９に、マイクロレンズ１４の下方中央部に開口し、受光部３の平面視で中央部上方に開口する光導波路を構成するライトパイプ１０ｂを形成するライトパイプ形成工程と、ライトパイプ１０ｂ上に、マイクロレンズ１４からの集光をライトパイプ１０ｂ内にさらに集光するための層内レンズ１５を形成する層内レンズ形成工程とを有しており、カラーフィルタ形成工程は、層間絶縁膜９および層内レンズ１５上に平坦化膜１１を介して所定の色配列のカラーフィルタ１２を各受光部３の位置に対応して形成している。
【００６１】
図９（ａ）〜図９（ｅ）は、図８のＣＣＤ固体撮像素子の製造方法におけるライトパイプ形成工程を説明するための要部縦断面図である。
【００６２】
上記構成の本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂの製造方法におけるライトパイプ形成工程は、まず、図９（ａ）に示すように、層間絶縁膜９上に感光性レジスト膜を成膜し、第１のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態で感光性レジスト膜を所定形状にパターニングして感光性レジスト膜２３（第４レジスト膜）を得る。
【００６３】
次に、図９（ｂ）に示すように、開口部の側壁が断面テーパ状にパターニングされた感光性レジスト膜２３と共に層間絶縁膜９を、感光性レジスト膜２３の開口部側壁の断面テーパ形状を層間絶縁膜９に転写するようにエッチングして、層間絶縁膜９に対して台形を上下逆にした断面形状の凹部９ｂを形成する。
【００６４】
続いて、図９（ｃ）に示すように、層間絶縁膜９の凹部９ｂ内に透明な高屈折率材料膜１０ＡのＳｉＮ膜を埋め込んで、エッチバックすることにより表面を平坦化する。
【００６５】
その後、図９（ｄ）に示すように、図９（ａ）の場合と同様に、層間絶縁膜９および高屈折率材料膜１０Ａ上に感光性レジスト膜を成膜し、第２のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態で感光性レジスト膜を所定形状にパターニングして感光性レジスト膜２４（第５レジスト膜）を得る。さらに、テーパ状にパターニングされた感光性レジスト膜２４と共に高屈折率材料膜１０Ａを、感光性レジスト膜２３の開口部側壁のテーパ形状を層間絶縁膜９に転写するようにエッチングして、高屈折率材料膜１０Ａに対して台形を上下逆にした断面形状の凹部を形成する。
【００６６】
さらに、図９（ｅ）に示すように、その高屈折率材料膜１０Ａの凹部内に透明なＳｉＯ２膜９ａで埋め込んでエッチバックすることにより表面を平坦化して左右に２個のライトパイプ１０ｂを形成することができる。なお、このＳｉＯ２膜９ａは、層間絶縁膜９を構成する透明なＳｉＯ２膜と同じ膜材料である。
【００６７】
要するに、このライトパイプ形成工程は、マイクロレンズ１４と受光部３との間の透明な層間絶縁膜９上に、フォトリソ技術により、第１のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第４レジスト膜２３を得る第４レジスト膜形成工程と、パターニングされた第４レジスト膜２３と共に層間絶縁膜９をエッチングすることにより、第４レジスト膜２３の開口部側面のテーパ形状を層間絶縁膜９に転写して上方にテーパ状に開放した第４凹部を形成する第４凹部形成工程と、第４凹部内を透明な高屈折率材料膜１０Ａで埋め込む工程と、高屈折率材料膜１０Ａおよび層間絶縁膜９上に、フォトリソ技術により、第２のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第５レジスト膜２４を得る第５レジスト膜形成工程と、パターニングされた第５レジスト膜２４と共に高屈折率材料膜１０Ａをエッチングすることにより、第５レジスト膜２４の開口部側面のテーパ形状を高屈折率材料膜１０Ａに転写して上方にテーパ状に開放した第５凹部を形成する第５凹部形成工程と、第５凹部内を層間絶縁膜９の材料と同じ材料を埋め込んで左右に２個のライトパイプ１０ｂを形成する埋め込み工程とを有する。
【００６８】
上記構成の本実施形態３のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂの製造方法における層内レンズ形成工程は、ライトパイプ１０ｂおよび層間絶縁膜９のうちの少なくともライトパイプ１０ｂ上（または平坦化膜を介したその上方）にＳｉＮ膜などの高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、レンズ形状の感光性レジスト膜と高屈折率材料膜とを同時にエッチングして、感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率材料膜のレンズ形状（層内レンズ１５）に形成する高屈折率材料膜レンズ形状形成工程とを有する。
【００６９】
または、この層内レンズ形成工程は、ライトパイプ１０ｂおよび層間絶縁膜９のうちの少なくともライトパイプ１０ｂ上（または平坦化膜を介したその上方）にＳｉＮ膜などの高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、リソグラフィ技術によりレジスト膜を所定形状にパターニングするレジスト膜形成工程と、このパターニングされたレジスト膜をリフローしてその表面張力により上に凸のレンズ形状を形成するレジストレンズ形状形成工程と、レンズ形状のレジスト膜と高屈折率材料膜を同時にエッチングして、レジスト膜のレンズ形状を反映した同じレンズ形状の高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜レンズ形状形成工程とを有する。
【００７０】
以上により、本実施形態３によれば、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０ｂとの間に層内レンズ１５を更に設けたことによって、マイクロレンズ１４の配列設計の自由度が更に増して、マイクロレンズ１４を受光部３の真上に設ける必要が更に無くなる。また、マイクロレンズ１４からの集光をより確実に層内レンズ１５、ライトパイプ１０ｂを介して受光部３の中央部に集光させることができる。
【００７１】
また、受光部３の位置が周期的に異なっている２画素共有のＣＣＤ固体撮像素子１Ｂにおいて、２画素単位で周期的に寄った各受光部３の位置に応じてライトパイプ１０ｂが断面斜め方向に出射位置を変えて断面平行四辺形状に形成されて、受光部３の中央部上方にライトパイプ１０ｂの下端面部が開口位置し、マイクロレンズ１４の中央部下方にライトパイプ１０ｂの上端面部が開口位置しているため、２画素共有で隣接した各受光部３の位置が周期的に寄っていることで、受光部３とマイクロレンズ１４との平面視で位置がずれていても、ライトパイプ１０ｂにより光を受光部３側に導いて各受光部３の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、複数のマイクロレンズ１４と、複数のマイクロレンズ１４のそれぞれに対応した各ライトパイプ１０ｂの上端面とが全て等間隔に形成されている。このように、マイクロレンズ１４とライトパイプ１０ｂの上端面部とが等間隔に形成されていることから、２画素共有で互いに寄って隣接した各受光部３への入射光量を同じにすることができて各受光部３で入射光量のばらつきを無くすことができる。
【００７２】
なお、本実施形態３では、ライトパイプ１０ｂ上に直に層内レンズ１５を更に設けたが、これに限らず、ライトパイプ１０ｂの上方に更に平坦化膜を介して層内レンズ１５を設けてもよい。本実施形態３のライトパイプ形成工程は、上記実施形態１、２にも用いることもできる。さらに、層内レンズ１５は層間絶縁膜９およびライトパイプ１０ｂのうちの少なくともライトパイプ１０ｂ上またはその上方に設けられていればよい。
【００７３】
なお、上記実施形態１〜３では、２画素単位で周期的に互いに寄った各受光部３を持つ２画素共有の固体撮像素子１または１Ａまたは１Ｂについて説明したが、これに限らず、３画素単位で周期的に互いに寄った各受光部３を持つ３画素共有の固体撮像素子や、４画素単位（平面視田の字状）で周期的に互いに寄った各受光部３を持つ４画素共有の固体撮像素子についても、上記実施形態１〜３のライトパイプ１０または１０ａまたは１０ｂを適用することができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる本発明の目的を達成することができる。要するに、複数画素単位で周期的に互いに寄った各受光部３を持つ複数画素共有の固体撮像素子についても、上記実施形態１〜３のライトパイプ１０または１０ａまたは１０ｂを適用することができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる本発明の目的を達成することができる。
【００７４】
なお、上記実施形態１〜３のライトパイプ１０または１０ａまたは１０ｂをＣＣＤ固体撮像素子に適用する場合について説明したが、これに限らず、これに限らず、上記実施形態１、２のライトパイプ１０または１０ａまたは１０ｂをＣＭＯＳ固体撮像素子に適用することもできる。
【００７５】
ＣＣＤ固体撮像素子１または１Ａまたは１０Ｂは、画素毎に光電変換部として受光部３が設けられ、受光部３に隣接して、受光部３からの信号電荷を所定方向に電荷転送するための電荷転送部４および、この上に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するためのゲート電極６およびその上に遮光膜７が配置され、受光部３と、受光部３の上方が開口部７ａで開口された遮光膜７との段差を埋め込むように層間絶縁膜９が形成されている。
【００７６】
一方、ＣＭＯＳ固体撮像素子では、画素毎に光電変換部として受光部が設けられ、受光部に隣接して、受光部からの信号電荷が電荷電圧変換部に電荷転送するための電荷転送トランジスタと、受光部毎に電荷転送トランジスタにより電荷電圧変換部に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅されて該画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路とを有しており、これらの電荷転送トランジスタおよび読出回路を構成するトランジスタと受光部上を覆うように層間絶縁膜９と同様の層間絶縁膜が形成されている。
【００７７】
（実施形態４）
図５は、本発明の実施形態４として、本発明の実施形態１〜３の固体撮像素子１または１Ａまたは１Ｂを撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【００７８】
図５において、本実施形態３の電子情報機器９０は、上記実施形態１〜３の固体撮像素子１または１Ａまたは１Ｂからの撮像信号を所定の信号処理を施してカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示部９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信部９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力部９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示部９３と、通信部９４と、プリンタなどの画像出力部９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
【００７９】
この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器が考えられる。
【００８０】
したがって、本実施形態４によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力部９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
【００８１】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１〜４を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１〜４に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１〜４の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が２次元状に設けられたＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどの固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、受光部の位置が周期的に異なっている複数画素共有の固体撮像素子において、複数画素共有で周期的に寄った受光部の位置に応じてライトパイプが断面斜め方向に形成されて、受光部の中央部上方にライトパイプの下端部が開口位置し、マイクロレンズの中央部下方にライトパイプの上端部が開口位置しているため、複数画素共有で隣接した各受光部の位置が周期的に寄ることで、受光部とマイクロレンズとの平面視位置がずれていても、ライトパイプにより各受光部の中央位置に精度よく確実に集光させることができて、受光感度およびシェーディングをより改善することができる。この場合、マイクロレンズとライトパイプの上端部とが等間隔に形成されていることから、複数画素共有で互いに寄って隣接した各受光部への入射光量を同じにすることができて各受光部で入射光量のばらつきを無くすことができる。
【符号の説明】
【００８３】
１、１Ａ、１Ｂ ＣＣＤ固体撮像素子
２ 半導体基板
３ 受光部
４ 電荷転送部
５ ゲート絶縁膜
６ ゲート電極
７ 遮光膜
７ａ 開口部
８ 絶縁層
９ 層間絶縁膜
９ａ ＳｉＯ２膜
１０、１０ａ、１０ｂ ライトパイプ
１１、１３ 平坦化膜
１２ カラーフィルタ
１４ マイクロレンズ
１５ 層内レンズ
２１〜２４ レジスト膜
９０ 電子情報機器
９１ 固体撮像装置
９２ メモリ部
９３ 表示部
９４ 通信部
９５ 画像出力部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光部が２次元状に配設され、該複数の受光部のそれぞれに該入射光を集光させる複数のマイクロレンズが該複数の受光部の上方に配設されている固体撮像素子において、
該マイクロレンズと該受光部との間の層間絶縁膜に光導波路を構成するライトパイプが形成され、該ライトパイプは、下端面が該受光部の上方位置で平面視で該受光部の中央部を含むように開口し、上端面が該マイクロレンズの下方位置で平面視で該マイクロレンズの中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに異なっている固体撮像素子。
【請求項２】
前記受光部の平面視位置が周期的に異なっている複数画素共有の固体撮像素子において、該複数画素単位で周期的に寄った受光部の位置に応じて前記ライトパイプの下端面の平面視位置が位置決めされている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記複数のマイクロレンズと、該複数のマイクロレンズのそれぞれに対応した各ライトパイプの上端面とが全て等間隔に形成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記ライトパイプの材質がＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜の高屈折率膜であり、前記層間絶縁膜がＳｉＯ２膜である請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記ライトパイプの縦断面形状が平行四辺形状または逆直角台形状である請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記ライトパイプの上端面および下端面の少なくともいずれかは平面視で円形、楕円形または、正方形または矩形を含む４角形である請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記上下の各端面領域が平面視で互いに包含されているかまたは、平面視で互いに領域がずれている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記ライトパイプ上または上方に、前記マイクロレンズからの集光を該ライトパイプ内にさらに集光するための層内レンズが設けられている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
画素毎に光電変換部として前記受光部が設けられ、該受光部に隣接して、該受光部からの信号電荷を所定方向に電荷転送するための電荷転送部および、この上に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するためのゲート電極およびその上に遮光膜が配置され、該遮光膜は該受光部の上方が開口され、該受光部と該ゲート電極上の遮光膜との段差を埋め込むように前記層間絶縁膜が形成されたＣＣＤ固体撮像素子で構成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
画素毎に光電変換部として前記受光部が設けられ、該受光部に隣接して、該受光部からの信号電荷が電荷電圧変換部に電荷転送するための電荷転送トランジスタと、該受光部毎に該電荷転送トランジスタにより該電荷電圧変換部に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅されて該画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路とを有し、該電荷転送トランジスタおよび読出回路を構成するトランジスタと該受光部上に前記層間絶縁膜が形成されたＣＭＯＳ固体撮像素子で構成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の固体撮像素子を製造する方法であって、
前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜に、該マイクロレンズの下方中央部に開口し、該受光部の平面視で中央部上方に開口する光導波路を構成するライトパイプを形成するライトパイプ形成工程を有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ライトパイプ上に、前記マイクロレンズからの集光を該ライトパイプ内にさらに集光するための層内レンズを形成する層内レンズ形成工程を更に有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ライトパイプ形成工程は、
前記層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、該層間絶縁膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、該第１凹部内を透明な高屈折率膜で埋め込む工程と、該第１凹部内を埋め込んだ高屈折率膜上を覆うように、フォトリソ技術により第２レジスト膜を所定形状にパターニングする第２レジスト膜形成工程と、パターニングされた第２レジスト膜をマスクとして、該高屈折率膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第２凹部を形成する第２凹部形成工程と、該第２凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面平行四辺形状のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１または１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ライトパイプ形成工程は、
前記層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、該層間絶縁膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、該第１凹部内を透明な高屈折率膜で埋め込む工程と、該第１凹部内を埋め込んだ高屈折率膜上を覆うように、フォトリソ技術により第３レジスト膜を所定形状にパターニングする第３レジスト膜形成工程と、パターニングされた第３レジスト膜をマスクとして、該高屈折率膜に、側面が垂直に切立つように所定深さにエッチングして上方に垂直に開放した第３凹部を形成する第３凹部形成工程と、該第３凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面形状が逆直角台形状のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１１または１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ライトパイプ形成工程は、
前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により、第１のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第４レジスト膜を得る第４レジスト膜形成工程と、パターニングされた第４レジスト膜と共に該層間絶縁膜をエッチングすることにより、第４レジスト膜の開口部側面のテーパ形状を該層間絶縁膜に転写して上方にテーパ状に開放した第４凹部を形成する第４凹部形成工程と、第４凹部内を透明な高屈折率材料膜で埋め込む工程と、該高屈折率材料膜および該層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により、第２のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第５レジスト膜を得る第５レジスト膜形成工程と、パターニングされた該第５レジスト膜と共に該高屈折率材料膜をエッチングすることにより、該第５レジスト膜の開口部側面のテーパ形状を該高屈折率材料膜に転写して上方にテーパ状に開放した第５凹部を形成する第５凹部形成工程と、該第５凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで左右に２個のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記層内レンズ形成工程は、
前記ライトパイプおよび前記層間絶縁膜のうちの少なくとも該ライトパイプ上またはその上方に高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、
該高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、該感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、
該レンズ形状の該感光性レジスト膜と該高屈折率材料膜とを同時にエッチングすることにより、該感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率材料膜のレンズ形状に形成する高屈折率材料膜レンズ形状形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記層内レンズ形成工程は、
前記ライトパイプおよび前記層間絶縁膜のうちの少なくとも該ライトパイプ上またはその上方に高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、
該高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、リソグラフィ技術によりレジスト膜を所定形状にパターニングするレジスト膜形成工程と、
パターニングされたレジスト膜をリフローしてその表面張力により上に凸のレンズ形状を形成するレジストレンズ形状形成工程と、
該レンズ形状のレジスト膜と該高屈折率材料膜を同時にエッチングして、該レジスト膜のレンズ形状を反映した同じレンズ形状の該高屈折率材料膜を形成するレンズ形状形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１〜１０のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【請求項１】
入射光を光電変換して信号電荷を生成する複数の受光部が２次元状に配設され、該複数の受光部のそれぞれに該入射光を集光させる複数のマイクロレンズが該複数の受光部の上方に配設されている固体撮像素子において、
該マイクロレンズと該受光部との間の層間絶縁膜に光導波路を構成するライトパイプが形成され、該ライトパイプは、下端面が該受光部の上方位置で平面視で該受光部の中央部を含むように開口し、上端面が該マイクロレンズの下方位置で平面視で該マイクロレンズの中央部を含むように開口して、上下の各端面領域が平面視で互いに異なっている固体撮像素子。
【請求項２】
前記受光部の平面視位置が周期的に異なっている複数画素共有の固体撮像素子において、該複数画素単位で周期的に寄った受光部の位置に応じて前記ライトパイプの下端面の平面視位置が位置決めされている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記複数のマイクロレンズと、該複数のマイクロレンズのそれぞれに対応した各ライトパイプの上端面とが全て等間隔に形成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記ライトパイプの材質がＳｉＮ膜またはＳｉＯＮ膜の高屈折率膜であり、前記層間絶縁膜がＳｉＯ２膜である請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記ライトパイプの縦断面形状が平行四辺形状または逆直角台形状である請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記ライトパイプの上端面および下端面の少なくともいずれかは平面視で円形、楕円形または、正方形または矩形を含む４角形である請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記上下の各端面領域が平面視で互いに包含されているかまたは、平面視で互いに領域がずれている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記ライトパイプ上または上方に、前記マイクロレンズからの集光を該ライトパイプ内にさらに集光するための層内レンズが設けられている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
画素毎に光電変換部として前記受光部が設けられ、該受光部に隣接して、該受光部からの信号電荷を所定方向に電荷転送するための電荷転送部および、この上に、読み出された信号電荷を電荷転送制御するためのゲート電極およびその上に遮光膜が配置され、該遮光膜は該受光部の上方が開口され、該受光部と該ゲート電極上の遮光膜との段差を埋め込むように前記層間絶縁膜が形成されたＣＣＤ固体撮像素子で構成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
画素毎に光電変換部として前記受光部が設けられ、該受光部に隣接して、該受光部からの信号電荷が電荷電圧変換部に電荷転送するための電荷転送トランジスタと、該受光部毎に該電荷転送トランジスタにより該電荷電圧変換部に電荷転送された信号電荷が電圧変換され、この変換電圧に応じて増幅されて該画素部毎の撮像信号として読み出すための読出回路とを有し、該電荷転送トランジスタおよび読出回路を構成するトランジスタと該受光部上に前記層間絶縁膜が形成されたＣＭＯＳ固体撮像素子で構成されている請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれかに記載の固体撮像素子を製造する方法であって、
前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜に、該マイクロレンズの下方中央部に開口し、該受光部の平面視で中央部上方に開口する光導波路を構成するライトパイプを形成するライトパイプ形成工程を有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ライトパイプ上に、前記マイクロレンズからの集光を該ライトパイプ内にさらに集光するための層内レンズを形成する層内レンズ形成工程を更に有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１１または１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ライトパイプ形成工程は、
前記層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、該層間絶縁膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、該第１凹部内を透明な高屈折率膜で埋め込む工程と、該第１凹部内を埋め込んだ高屈折率膜上を覆うように、フォトリソ技術により第２レジスト膜を所定形状にパターニングする第２レジスト膜形成工程と、パターニングされた第２レジスト膜をマスクとして、該高屈折率膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第２凹部を形成する第２凹部形成工程と、該第２凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面平行四辺形状のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１１または１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ライトパイプ形成工程は、
前記層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により第１レジスト膜を所定形状にパターニングする第１レジスト膜形成工程と、パターニングされた第１レジスト膜をマスクとして、該層間絶縁膜に、側面がテーパ状になるように所定深さにエッチングして上方にテーパ状に開放した第１凹部を形成する第１凹部形成工程と、該第１凹部内を透明な高屈折率膜で埋め込む工程と、該第１凹部内を埋め込んだ高屈折率膜上を覆うように、フォトリソ技術により第３レジスト膜を所定形状にパターニングする第３レジスト膜形成工程と、パターニングされた第３レジスト膜をマスクとして、該高屈折率膜に、側面が垂直に切立つように所定深さにエッチングして上方に垂直に開放した第３凹部を形成する第３凹部形成工程と、該第３凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで断面形状が逆直角台形状のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１１または１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記ライトパイプ形成工程は、
前記マイクロレンズと前記受光部との間の透明な層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により、第１のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第４レジスト膜を得る第４レジスト膜形成工程と、パターニングされた第４レジスト膜と共に該層間絶縁膜をエッチングすることにより、第４レジスト膜の開口部側面のテーパ形状を該層間絶縁膜に転写して上方にテーパ状に開放した第４凹部を形成する第４凹部形成工程と、第４凹部内を透明な高屈折率材料膜で埋め込む工程と、該高屈折率材料膜および該層間絶縁膜上に、フォトリソ技術により、第２のライトパイプ形成位置に対応した開口部の側壁に断面テーパ形状を付けた状態でレジスト膜を所定形状にパターニングして第５レジスト膜を得る第５レジスト膜形成工程と、パターニングされた該第５レジスト膜と共に該高屈折率材料膜をエッチングすることにより、該第５レジスト膜の開口部側面のテーパ形状を該高屈折率材料膜に転写して上方にテーパ状に開放した第５凹部を形成する第５凹部形成工程と、該第５凹部内を該層間絶縁膜の材料と同じ材料を埋め込んで左右に２個のライトパイプを形成する埋め込み工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記層内レンズ形成工程は、
前記ライトパイプおよび前記層間絶縁膜のうちの少なくとも該ライトパイプ上またはその上方に高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、
該高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、透過率階調マスクを用いて照射光量を平面的に制御して、該感光性レジスト膜をレンズ形状に形成するレジストレンズ形状形成工程と、
該レンズ形状の該感光性レジスト膜と該高屈折率材料膜とを同時にエッチングすることにより、該感光性レジスト膜のレンズ形状を反映した同じ高屈折率材料膜のレンズ形状に形成する高屈折率材料膜レンズ形状形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１２に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
前記層内レンズ形成工程は、
前記ライトパイプおよび前記層間絶縁膜のうちの少なくとも該ライトパイプ上またはその上方に高屈折率材料膜を形成する高屈折率材料膜形成工程と、
該高屈折率材料膜上に感光性レジスト膜を成膜し、リソグラフィ技術によりレジスト膜を所定形状にパターニングするレジスト膜形成工程と、
パターニングされたレジスト膜をリフローしてその表面張力により上に凸のレンズ形状を形成するレジストレンズ形状形成工程と、
該レンズ形状のレジスト膜と該高屈折率材料膜を同時にエッチングして、該レジスト膜のレンズ形状を反映した同じレンズ形状の該高屈折率材料膜を形成するレンズ形状形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１〜１０のいずれかに記載の固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−１４２４４６（Ｐ２０１２−１４２４４６Ａ）
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２９４３１４（Ｐ２０１０−２９４３１４）
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年７月２６日（２０１２．７．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月２８日（２０１０．１２．２８）
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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