(57)【要約】【課題】不良の発生が抑えられ、小型化、薄肉化が可能な固体撮像素子及びこれを搭載した固体撮像装置を提供する。【解決手段】固体撮像素子は、複数の受光部１０を含む有効画素部２が形成された半導体基板７と、有効画素部２上に形成されたスペーサ８と、スペーサ８間の隙間を埋める透光性接着剤９と、透光性接着剤９によってスペーサ８上に貼り付けられ、平面的に見て有効画素部２を覆う透光性基板５とを備えている。電極パッド部４は、半導体基板７のうち有効画素部２の外側の領域上に形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の第１の受光部が形成された半導体基板と、
前記半導体基板のうち前記複数の第１の受光部が形成された第１の領域の上方に複数個設けられた第１のスペーサと、
前記第１のスペーサ間の隙間を埋める透光性接着剤と、
前記透光性接着剤により複数個の前記第１のスペーサの上面に固定された透光性基板とを備えている固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１の領域の中央部上における単位面積当たりの前記第１のスペーサの個数は、前記第１の領域の周辺部上における単位面積当たりの前記第１のスペーサの個数よりも多いことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第１の領域の中央部上における単位面積当たりの前記第１のスペーサの個数は、前記第１の領域の周辺部上における単位面積当たりの前記第１のスペーサの個数よりも少ないことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
複数個の前記第１のスペーサのうち、前記第１の領域の周辺部上に設けられた第１のスペーサ同士の間隔は、前記第１の領域の周辺部以外の領域上に設けられた第１のスペーサ同士の間隔よりも狭いことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記第１のスペーサの屈折率は、前記透光性接着剤の屈折率に等しいことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記第１のスペーサの屈折率は、前記透光性接着剤の屈折率と異なることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記第１のスペーサの屈折率は、前記半導体基板の上方であって前記第１のスペーサの直下に設けられた層の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記第１のスペーサは、充填材を含むことを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項９】
前記第１のスペーサは、有機樹脂からなることを特徴とする請求項1に記載の固体撮像素子。
【請求項１０】
前記半導体基板のうち前記第１の領域の上方に、前記複数の第１の受光部の各々ごとに設けられ、前記第１のスペーサの直下または下方に配置されたマイクロレンズをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記マイクロレンズの下に配置され、前記マイクロレンズごとに設けられたカラーフィルタをさらに備えていることを特徴とする請求項１０に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記第１のスペーサは前記マイクロレンズごとに設けられており、
前記第１のスペーサは、前記カラーフィルタのうち特定色のカラーフィルタの上方にのみ設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記半導体基板には、前記第１の領域に隣接して第２の受光部が形成された第２の領域が形成されており、
前記透光性基板の直下には、前記第２の領域の上方を覆い、遮光性材料で構成された第２のスペーサが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記第１の領域は有効画素部であることを特徴とする請求項１３に記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記第２の領域はＯＢ部であることを特徴とする請求項１３に記載の固体撮像素子。
【請求項１６】
前記半導体基板の主面に対して水平な方向における、前記第１のスペーサの断面は、円形または多角形であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１７】
前記半導体基板のうち、前記第１の領域の外部上に形成された電極パッド部と、
前記半導体基板のうち、前記電極パッド部と前記第１の領域との間に位置する第３の領域上に形成され、前記第１の領域の辺に沿って設けられた第３のスペーサとをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項１８】
複数の受光部と電極パッド部とが形成された半導体基板と、前記半導体基板のうち前記複数の受光部が形成された領域の上方に複数個設けられたスペーサと、前記スペーサ間の隙間を埋める透光性接着剤と、前記透光性接着剤により複数個の前記スペーサの上面に固定された透光性基板とを有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子が上面上に搭載され、前記電極パッド部に接続されたリード端子を有するパッケージ基板とを備えていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項１９】
半導体基板に複数の受光部を形成する工程（ａ）と、
前記半導体基板のうち前記複数の受光部が形成された領域の上方、または透光性基板のうち前記複数の受光部が形成された領域に対応する領域上にスペーサを複数個形成する工程（ｂ）と、
前記スペーサを間に挟んだ状態で、透光性接着剤を用いて前記半導体基板の上面側と前記透光性基板とを接着させる工程（ｃ）とを備えている固体撮像素子の製造方法。
【請求項２０】
前記工程（ｂ）では、前記半導体基板のうち前記複数の受光部が形成された領域の上方に前記スペーサを形成することを特徴とする請求項１９に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２１】
前記工程（ｂ）では、感光性材料を前記半導体基板の上方に塗布した後、フォトリソグラフィを用いて、所定部分の前記感光性材料を硬化することにより前記スペーサを形成することを特徴とする請求項２０に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２２】
前記工程（ｂ）では、非感光性材料を前記半導体基板の上方に形成してから、所定の部分を除いて前記非感光性材料を除去することで、前記非感光性材料からなる前記スペーサを形成することを特徴とする請求項２０に記載の固体撮像素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタルカメラ等に用いられる固体撮像素子及びその製造方法、当該固体撮像素子を搭載した固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像装置の分野では高感度化を図る技術に関して広く研究開発が行われている。特許文献１は、浮遊拡散部（フローティングディフュージョン部）の寄生容量を低減させることにより高感度化を図る技術を開示している。一般的な固体撮像装置は、半導体基板に受光部及び浮遊拡散部が互いに離間して形成されている。また、半導体基板は、表面保護のための有機膜で覆われている。特許文献１では、この有機膜のうち浮遊拡散部を覆う部分を除去するようにしている。こうすれば、浮遊拡散部の寄生容量が減少するので浮遊拡散部の電圧変換効率が向上し、その結果、固体撮像装置の高感度化を図ることができる。
【０００３】
また、固体撮像装置のパッケージ構造として、従来から多用されている中空パッケージ構造に代えて、透光性基板の直貼り構造が提案されている（例えば、特許文献２）。ここで、透光性基板の直貼り構造とは、受光部を有する半導体基板の上面全体と透光性基板の主面全体とを透光性接着剤で貼着する構造をいう。直貼り構造の利点は、透光性接着剤を適切に選択することで、透光性基板、透光性接着剤及び半導体基板の間で屈折率の差を小さくすることができることにある。屈折率の差を小さくすることで、それぞれの境界での光の反射によるロス成分を低減させることができ、その結果、固体撮像装置の高感度化を図ることができる。
【特許文献１】特開平２−２６７５号公報
【特許文献２】特開２０００−３２３６９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、固体撮像装置においては、１画素当たりの受光面積の減少に伴って１つの画素で生じる信号電荷量が年々減少する傾向にある。そこで、上述した特許文献１と特許文献２とに記載された構造により、固体撮像装置の高感度化をさらに推し進めることが考えられる。
【０００５】
通常、半導体基板はパッケージ基板にダイボンディングされ、半導体基板上に配された電極部とパッケージ基板上に配されたリード端子とがワイヤボンディングされる。透光性基板の直張り構造を採用する場合、湿気や塵から半導体基板を保護する観点から、透光性板材を半導体基板に貼着してからワイヤボンディングを施すことが多い。しかし、この手順によれば、透光性接着剤を半導体基板に貼着するときに透光性接着剤が流れ出して、浮遊拡散部や電極部に付着し、感度低下や電極部とワイヤとの間で接触不良を引き起こしてしまうおそれがある。このため、特許文献１と特許文献２に記載された構造を単に組み合わせただけでは、上記不良の発生を防止しつつ、固体撮像装置を小型化、薄肉化することができない。
【０００６】
そこで、本発明は、不良の発生が抑えられ、小型化、薄肉化が可能な固体撮像素子、及びこれを搭載した固体撮像装置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】
【０００７】
本発明の固体撮像素子は、複数の第１の受光部が形成された半導体基板と、前記半導体基板のうち前記複数の第１の受光部が形成された第１の領域の上方に複数個設けられた第１のスペーサと、前記第１のスペーサ間の隙間を埋める透光性接着剤と、前記透光性接着剤により複数個の前記第１のスペーサの上面に固定された透光性基板とを備えている。
【０００８】
この構成によれば、透光性基板を半導体基板上に直接貼り付けることで固体撮像素子の薄肉化を図ることができる。さらに、第１のスペーサの形状や配置を適宜設定すれば、半導体基板と透光性基板とを接着させる際に透光性接着剤が電極パッド部上に流れるのを防ぐことができるので、半導体基板のうち複数の第１の受光部が形成された第１の領域（例えば有効画素部）の外部に透光性接着剤の流れを止めるためのスペーサを設けなくても電極パッド部における接続不良などの発生を抑えることが可能となる。そのため、固体撮像素子において、平面サイズの縮小と信頼性の向上とを併せて図ることができる。
【０００９】
また、固体撮像素子が大判化された場合には、第１のスペーサに加え、半導体基板のうち第１の領域外の部分上に透光性接着剤の流れを止めるためのスペーサを設けることで、透光性基板を薄くした場合でも、電極パッド部における接続不良を確実に抑えつつ、透光性基板が撓むのを防ぐことができる。
【００１０】
固体撮像素子においては第１のスペーサ間の隙間を透光性接着剤が埋めているので、第１のスペーサと透光性接着剤の屈折率を適宜調整することで、それぞれ異なる効果を発揮させることができる。例えば、第１のスペーサの屈折率を透光性接着剤との屈折率より高くすることで、第１のスペーサを光導波路として機能させたり、第１のスペーサの屈折率を透光性接着剤の屈折率と等しくすることで、第１のスペーサの配置の自由度を上げたりすることができる。
【００１１】
また、カラーフィルタを設ける場合には、第１のスペーサを特定色の画素にのみ形成してもよい。
【００１２】
また、本発明の固体撮像装置は、上述の固体撮像素子に加え、固体撮像素子が上面上に搭載され、固体撮像素子の電極パッド部に接続されたリード端子を有するパッケージ基板を備えている。
【００１３】
この構成によれば、固体撮像素子の小型化、薄肉化が図られるとともに不良の発生が抑えられるので、固体撮像装置の小型化、薄肉化、及び信頼性の向上を図ることができる。
【００１４】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、半導体基板に複数の受光部を形成する工程（ａ）と、前記半導体基板のうち前記複数の受光部が形成された領域の上方、または透光性基板のうち前記複数の受光部が形成された領域に対応する領域上にスペーサを複数個形成する工程（ｂ）と、前記スペーサを間に挟んだ状態で、透光性接着剤を用いて前記半導体基板の上面側と前記透光性基板とを接着させる工程（ｃ）とを備えている。
【００１５】
この方法によれば、半導体基板の有効画素部上にスペーサを挟んだ状態で透光性基板を接着させることになるので、固体撮像素子の厚みを中空構造の固体撮像素子に比べて薄くさせつつ、スペーサの配置や形状によって透光性接着剤が電極パッド部上に流れるのを抑えたり、透光性接着剤を有効画素部上で均一に行き渡らせたりすることができる。このため、不良の発生が抑えられ、且つ透光性接着剤の流れを止めるためのスペーサを有効画素部の外部に形成する場合に比べて平面サイズを小さくすることができる。
【００１６】
なお、接着工程の際に、スペーサは半導体基板上に形成されていてもよいし、透光性基板上に形成されていてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の固体撮像素子によれば、スペーサの形状や配置を適宜設定することで、透光性基板を半導体基板上に直接貼り付ける際に、有効画素部外の領域にスペーサを形成しなくても透光性接着剤が電極パッド部上等の不要な領域に流れ込むのを防ぐことができる。このため、薄肉化と小型化とが達成されるとともに、不良の発生も抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
−固体撮像素子および固体撮像装置の構成−
図１は、本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子１を上面から見た場合の平面図であり、図２は本実施形態に係る固体撮像素子の図１に示すII-II線における断面図である。また、図３は本実施形態に係る固体撮像素子における有効画素部の一例の拡大断面図であり、図４は本実施形態の固体撮像素子を備えた固体撮像装置を示す断面図である。なお、以下の説明では便宜的に、有効画素部２が形成された半導体基板７に透光性基板（透光性部材）５などの光学部材が貼り付けられたものを「固体撮像素子」と表記し、固体撮像素子がパッケージ基板１４上に搭載されて封止樹脂等で封止されたものを「固体撮像装置」と表記する。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態の固体撮像素子１に用いられる半導体基板７は板状で、その平面形状は例えば四辺形である。透光性基板５は、図１において鎖線で示されており、平面的に見て有効画素部２及び配線部３全体を覆っている。また、図１に示す符号６は浮遊拡散部を表す。固体撮像素子１の受光面の中央部には、複数の受光部がマトリクス状に配置されてなる四辺形状の有効画素部２が設けられており、その有効画素部２の四辺のうち、互いに対向する一組の辺の外側には、当該辺に沿って複数の電極パッド部４がそれぞれ１列に並んでいる。電極パッド部４は有効画素部２から出力された信号を外部に出力する等、外部回路との間で信号等の授受を行うために設けられている。なお、電極パッド部４は、図５に示すように、半導体基板７の四辺に沿って設けられていてもよいし、図６に示すように、半導体基板７のいずれか一辺のみに沿って設けられていてもよい。ここで、図５は、本実施形態の第１の変形例に係る固体撮像素子を示す平面図であり、図６は、本実施形態の第２の変形例に係る固体撮像素子を示す平面図である。
【００２１】
図２に示すように、本実施形態に係る固体撮像素子１では、半導体基板７の受光面上に、透光性接着剤９によって透光性基板５が貼り合わせられており、その半導体基板７の有効画素部２と透光性基板５の間には、スペーサ（第１のスペーサ）８が複数設けられている。より具体的には、スペーサ８は有効画素部２の上方であって、透光性基板５の直下の位置に設けられている。スペーサ８は本実施形態の固体撮像素子１の特徴部分であるので、後で詳細に説明する。
【００２２】
図３に示すように、有効画素部２が形成された領域において、半導体基板７の上部には光電変換を行う受光部１０が設けられ、半導体基板７の受光部１０に隣接する部分上には転送電極１１などが設けられている。転送電極１１、半導体基板７、および配線部３上には段差を平坦化するための平坦化層１２が形成され、平坦化層１２上にはマイクロレンズ１３、およびスペーサ８が順次形成されている。また、透光性接着剤９により半導体基板７と透光性基板５とは貼着されている。図３に示す例では、透光性接着剤９はマイクロレンズ１３の直上に設けられ、スペーサ８間の空間を埋めている。
【００２３】
なお、図３では、固体撮像素子１がＣＣＤ（Charge Coupled Device）型である例を示しているが、固体撮像素子１はＭＯＳ型（Metal Oxide Semiconductor）であってもよい。
【００２４】
また、図４に示すように、本実施形態の固体撮像素子１はパッケージ基板１４上に搭載され、電極パッド部４がワイヤ１６によってパッケージ基板１４に設置されたリード端子１５に電気的に接続されて、固体撮像装置となる。リード端子１５は、その一部がパッケージ基板１４の外部に露出しており、外部機器との接続用端子となっている。半導体基板７の露出面およびワイヤ１６は、封止樹脂１７によって封止される。
【００２５】
また、本実施形態の固体撮像素子は、半導体基板７の受光面から裏面まで貫通する貫通電極３０（図４に点線で示す）を備えている場合にも適用できる。この場合、ワイヤ１６を設けずにパッケージ基板１４のリード端子１５との接続をとるフリップチップ接続を採用してもよい。
【００２６】
本実施形態の固体撮像装置に用いられるスペーサ８の構成材料は、少なくとも入射光に対して透明な材料であればよく、例えば、アクリル系、スチレン系あるいはフェノールノボラック系、ポリイミド系など、または一般的なポジ型又はネガ型の感光性樹脂や、ウレタン系、エポキシ系、スチレン系、シロキサン系などの有機樹脂であってもよい。有機樹脂を用いる場合、カラーフィルタやマイクロレンズなどを形成するために耐熱性が低い有機膜（平坦化層１２など）を形成した後であっても不具合なくスペーサ８を形成することが可能となる。また、スペーサ８の構成材料として、樹脂製、ガラス製又は石英製などの球状、ファイバ状または不定形状の充填材をバインダ樹脂に対して０％を越え３０００％（重量パーセント）以下程度含有させてなるものを用いてもよい。充填材の種類や含有量を変えることによって、スペーサ８の屈折率を変えたり、スペーサ８の機械的強度を変えることができる。例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）など高屈折率の充填材を含有させることで、スペーサ８の屈折率を高くすることができる。さらに、カーボン、有機や無機の顔料を樹脂に含有させることで、スペーサ８における可視光の透過率を下げることができる。可視光に対するスペーサ８の透過率が透光性接着剤９より低い場合でも、スペーサ８が形成された画素から出力された信号について輝度や色を補正することができるので、画質の劣化を抑えることが可能である。
【００２７】
透光性基板５は、無機材料（ホウケイ酸ガラス、石英ガラス等）、有機材料（アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、オレフィン樹脂等）、あるいはこれらのハイブリッド（混成物）などで構成される。すなわち、透光性基板５は、可視光の透過率が高いこと、平板状に加工できること、及び後述の透光性接着剤９で接着できる材質であることを満たす材料で構成されることが好ましい。  
【００２８】
なお、透光性基板５の材料として有機材料を用いたときであって用途によって耐衝撃性が十分でない場合は、無機材料を充填材として添加したハイブリッド材料を用いることがより好ましい。また、透光性基板５の材料としてホウケイ酸ガラスを用いた場合は、樹脂等を用いる場合に比べて取り扱い時にキズが入りにくく、製造時の耐溶剤性や耐擦傷性、コスト面において、より高いメリットを得ることができる。なお、透光性基板５に石英を用いた場合も、取り扱い時にキズが入りにくく、製造時の耐溶剤性や耐擦傷性において、より高いメリットを得ることができる。
【００２９】
また、図３では半導体基板７と透光性基板５との間に１種類のマイクロレンズ１３を配置する例を示しているが、透光性基板５直下のマイクロレンズ１３と半導体基板７との間に１種類以上のマイクロレンズ（いわゆる層内レンズ）を配置して、２つ以上のマイクロレンズを通った光が受光部に入射するようにしてもよい（図１８（ａ）〜（ｄ）、図１９（ａ）〜（ｃ）参照）。この場合、入射光の集光効率を向上させて感度を向上させることができる。
【００３０】
また、図３に示す例では平坦化層１２とマイクロレンズ１３とは異なる材料で構成されているが、平坦化層１２とマイクロレンズ１３とを同じ材料で一体的に形成されたものであってもよい。
【００３１】
図７は、第１の実施形態の第３の変形例に係る固体撮像素子の有効画素部を示す拡大断面図である。同図に示すように、本実施形態の固体撮像素子において、マイクロレンズ１３上に素子の表面を保護するための有機膜２１を形成してもよい。この場合、スペーサ８及び透光性接着剤９は有機膜２１上に形成される。有機膜２１の材料としては、マイクロレンズ１３よりも硬い材料が好ましく用いられ、例えばアクリル系、フッ素系、シリコーン（silicone）系などの材料が挙げられる。この構成によれば、固体撮像素子が物理的な損傷を受けにくくできる上、有機膜２１の屈折率を適切に選択することで入射光の反射をより小さくすることが可能になる。例えば、有機膜２１の屈折率をマイクロレンズ１３の屈折率よりも小さくすることで、有機膜２１とマイクロレンズ１３との界面における反射を抑えることができる。なお、各マイクロレンズ１３とこれに対応する受光部１０との間に１つ以上のマイクロレンズ（層内レンズ）を形成する場合でも、この有機膜２１は有効である。
【００３２】
また、本実施形態の固体撮像素子において、平坦化層１２の上であって且つマイクロレンズ１３の下に、マイクロレンズ１３と１対１に対応するカラーフィルタ１８を設けてもよい。これにより、出力画像のカラー化を実現できる。
【００３３】
図８は、本実施形態の固体撮像素子においてカラーフィルタを設けた場合のカラーフィルタの配置例を模式的に示す平面図であり、図９は、本実施形態の第３の変形例に係る固体撮像素子においてカラーフィルタを設けた場合の、図８に示すIX-IX線での断面図である。ここで、図８に示す有効画素部は便宜的に各々の受光部１０を有する画素ごとに区切られて示されている。
【００３４】
図８に示すように、カラーフィルタを設ける場合、有効画素部２上方でのカラーフィルタ配列としては赤（Ｒ）、緑（Ｇ１、Ｇ２）、青（Ｂ）で構成された原色系のベイヤー配列などが用いられる。図９に示す例では、カラーフィルタ１８は、平坦化層１２の上で且つマイクロレンズ１３の直下の位置に配置され、マイクロレンズ１３ごとに設けられる。なお、各マイクロレンズ１３とこれに対応する受光部１０との間に１つ以上のマイクロレンズ（層内レンズ）を形成する場合には、カラーフィルタ１８は例えば最上層のマイクロレンズの直下に配置される。
【００３５】
次に、以上の構成を有する固体撮像素子および固体撮像装置の特徴およびその利点について説明する。
【００３６】
−固体撮像素子および固体撮像装置の特徴および利点−
本実施形態の固体撮像装置の特徴を従来の固体撮像装置と比較しながら説明する。
【００３７】
図１０は、中空構造を有する従来の固体撮像装置を示す断面図であり、図１１は、図１０に示す従来の固体撮像装置の有効画素部を示す拡大断面図であり、図１２は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素部を示す拡大断面図である。
【００３８】
図１０に示すように、従来の固体撮像装置は、有効画素部１０２、配線部１０３、及び電極パッド部１０４が形成された半導体基板１０７と、半導体基板１０７を搭載し、ワイヤ１１６によって電極パッド部１０４に接続されたリード端子１１５を有するパッケージ基板１１４と、半導体基板１０７の上方に配置された透光性基板１０５とを備えている。また、図１１における符号１１０は受光部、符号１１１は転送電極、符号１１２は平坦化層、符号１１８はカラーフィルタをそれぞれ表している。この構成では、固体撮像素子に入射した入射光１１９が、ガラスなどからなる透光性基板１０５の上面と裏面、マイクロレンズ１１３の上面でそれぞれ光が反射し、反射光１２０に相当するロスが生じる。これは、透光性基板１０５やマイクロレンズ１１３と空気との屈折率差が大きいためである。
【００３９】
これに対し、本実施形態の固体撮像装置においては、透光性基板５が透光性接着剤９によって半導体基板７の有効画素部２上に直接貼り付けられている。透光性接着剤９として空気よりも屈折率が大きいものを用いているので、本実施形態の固体撮像装置では、透光性基板５と透光性接着剤９との屈折率差、及びマイクロレンズ１３と透光性接着剤９との屈折率差を小さくすることができる。このため、図１２に示すように、固体撮像素子に入射した入射光１９の、透光性基板５の下面及びマイクロレンズ１３の上面での光の反射を従来の固体撮像装置に比べて大幅に低減することができ、反射光２０に相当する光のロスを低減することができる。さらに、従来の構造に比べて固体撮像素子の厚みを低減することもできる。また、スペーサ８の屈折率も空気より大きいため、スペーサ８を形成した画素についても従来の固体撮像素子に比べて光の反射を低減することができる。ここで、スペーサ８の屈折率を、スペーサ８の直下に位置する部材（図１２に示す例ではマイクロレンズ１３）の屈折率よりも低くすることで、スペーサ８の下面での光の反射を低減することができる。
【００４０】
次に、本実施形態のもう一つの特徴は、図２、図３に示すように、有効画素部２の上方で且つ透光性基板５の直下にスペーサ８が設けられていることにある。固体撮像素子を製造する際には、マイクロレンズ１３上にスペーサ８を形成した後、半導体基板７側、あるいは透光性基板５側に透光性接着剤９を塗布し、半導体基板７と透光性基板５とを接着させる。このため、スペーサ８によって透光性接着剤９を有効画素部２外に流れにくくすることができるので、電極パッド部４の高さや配置、形状などを適切に選択すれば有効画素部２外の半導体基板７上に透光性接着剤の流れを遮るためのスペーサを設けなくても電極パッド部４上に透光性接着剤９が流れるのを防ぐことができる。そのため、電極パッド部４における接続不良等を防ぐことができる上、有効画素部２外にスペーサを形成するための領域を設ける必要がなくなり、素子の小型化を図ることが可能となる。また、スペーサ８同士の間隔を適当に空けたり、スペーサ８の形状を後述のように適切にすれば、有効画素部２内に透光性接着剤９が均一に行き渡らせることができ、スペーサ８間に気泡が入る等の不具合を防ぐこともできる。このように、本実施形態の固体撮像素子では、小型化及び薄肉化を図りながら、電極パッド部４における接続不良などの不具合の発生を抑えることができる。また、スペーサ８の上面は平坦で、半導体基板７の上面にほぼ平行であるので、透光性基板５を接着する際に透光性基板５が傾くのを防ぐことができる。このため、透光性基板５が貼着された場合に生じる輝度ムラ（輝度シェーディング）など、画質の劣化を防止することができる。
【００４１】
また、スペーサ８の屈折率と透光性接着剤９の屈折率とは同じでもよいし、互いに異なっていてもよい。各場合での効果を図を用いて以下に説明する。
【００４２】
図１３（ａ）は、本実施形態の固体撮像素子において、スペーサ８の屈折率が透光性接着剤９よりも大きい場合の有効画素部を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、スペーサ８の屈折率が透光性接着剤９の屈折率に等しい場合の有効画素部を示す拡大断面図であり、（ｃ）は、スペーサ８の屈折率が透光性接着剤９よりも小さい場合の有効画素部を示す拡大断面図である。
（１）スペーサ８の屈折率＞透光性接着剤９の屈折率である場合
この場合、図１３（ａ）に示すように、スペーサ８に斜め方向に入射した光は透光性接着剤９との界面でスペーサ８側に屈折し、高効率で反射されることとなるのでスペーサ８を光導波路として機能させることができる。このため、スペーサ８を形成した画素では選択的に感度を向上させることができる。後に説明するが、光導波路として機能するスペーサ８の密度を有効画素部の周辺部で高く、有効画素部の中央部で低く配置することで、中央部に比べて入射光量が小さい周辺部での感度を向上させ、出力画像の明るさを画面全体にわたって均一化することもできる。
（２）スペーサ８の屈折率＝透光性接着剤９の屈折率である場合
この場合、図１３（ｂ）に示すように、スペーサ８に斜め方向に入射した光はスペーサ８と透光性接着剤９との界面で屈折されずに直進し、マイクロレンズ１３に入る。この構成によれば、スペーサ８を有効画素部内でどのように配置しても光学的な特性が変化しないので、スペーサ８側面における光の屈折が無くなり、光学特性の劣化を防ぐことができる。また、スペーサ８を形成する際に厳密な位置合わせ（アラインメント）を行う必要がなくなり、スペーサ８の配置の自由度を向上させることができる。例えば、互いに隣接する複数画素に跨ってスペーサ８を設けてもよいし、マイクロレンズ１３の一部分上にスペーサ８を形成してもよい。
（３）スペーサ８の屈折率＜透光性接着剤９の屈折率である場合
この場合、スペーサ８に斜め方向に入射した光は透光性接着剤９との界面で透光性接着剤９側に屈折する。ここで、例えばスペーサ８を形成しない画素の四方の画素にスペーサ８を配置すれば、図１３（ｃ）に示すように、透光性接着剤９に入射した光がスペーサ８との界面で透光性接着剤９側に屈折するので、スペーサ８で囲まれた透光性接着剤９を光導波路として機能させることができる。このため、所望の画素での感度を選択的に向上させることができる。なお、透光性基板５を接着させる際に、スペーサ８で囲まれた領域では透光性接着剤９が拡がりにくくなるので、透光性接着剤９はスプレー塗布等することが好ましい。
【００４３】
次に、本実施形態の固体撮像素子にカラーフィルタを用いた場合におけるスペーサ８の配置のバリエーションとその利点を説明する。
【００４４】
本実施形態の固体撮像素子においてスペーサ８を形成する場所は、原則として有効画素部内であれば限定されないが、スペーサ８は規則的に配置されていてもよい。
【００４５】
例えば、図９に示す固体撮像素子において、スペーサ８は、特定色の画素にのみ配置してもよい。具体的には、スペーサ８を、赤色画素（Ｒ）にのみ配置する場合、緑色画素（Ｇ１、Ｇ２）の一方または両方にのみ配置する場合、青色画素（Ｂ）にのみ配置する場合、これらの配置を組み合わせる場合などがある。固体撮像素子から出力された信号の処理は画素の色ごとに行われることが多いため、スペーサ８の屈折率が透光性接着剤９の屈折率と異なる場合、特定の画素ごとにスペーサ８を設けることで信号処理を容易にすることができる。この構成は、第３の実施形態の（２）で後述するように、特にＣＣＤ型固体撮像素子で効果を発揮する。
【００４６】
また、上述のようにスペーサ８の屈折率＞透光性接着剤９の屈折率とした場合に、スペーサ８を緑色画素にのみ形成することで、ヒトでの視感度が最も高い緑色光に対する固体撮像素子の感度を向上させることができるので、解像度を向上させることができる。
【００４７】
あるいは、スペーサ８の屈折率＜透光性接着剤９の屈折率である場合に、例えばスペーサ８を赤色画素と青色画素に形成することで、スペーサ８に囲まれた緑色画素での感度を向上させることができる。
【００４８】
なお、カラーフィルタ１８の色は、上記の原色系以外に補色系（シアン、マゼンタ、イエロー）などでもよく、スペーサ８の形成場所は、いずれか１色の画素のみであってもよいし、複数色の画素内であってもよい。
【００４９】
（第２の実施形態）
図１４は、本発明の第２の実施形態に係る固体撮像素子を示す平面図である。同図に示すように、本実施形態の固体撮像素子は、半導体基板７のうち有効画素部２の外側に位置する部分上にスペーサ（第３のスペーサ）２２が設けられている点が図１に示す第１の実施形態の固体撮像素子と異なっている。従って、第１の実施形態の固体撮像素子と同様の構成については説明を省略し、主に特徴部分について説明する。
【００５０】
近年、固体撮像素子の小型化が求められる一方で、一眼レフカメラなどの撮像装置では画質を重視して、固体撮像素子を薄肉化しつつ大判化することが求められる。この場合、透光性基板５の厚みを１００μｍ程度に薄くして固体撮像素子およびこれを備えた固体撮像装置の厚みを低減する方法がある。
【００５１】
ここで、図１５（ａ）〜（ｃ）は、参考例に係る固体撮像素子の製造方法を示す断面図であり、図１６は、図１４に示す第２の実施形態に係る固体撮像素子のXVI-XVI線における断面図である。
【００５２】
参考例に係る方法によれば、図１５（ａ）、（ｂ）に示すように、有効画素部１０２、配線部１０３、電極パッド部１０４及びスペーサ１２２を形成した半導体基板１０７を作製した後、有効画素部１０２上に液状の透光性接着剤１０９を塗布する。この状態で半導体基板１０７上に透光性基板１０５を載置し、軽く押圧する。スペーサ１２２は、有効画素部１０２の外部であって、有効画素部１０２の互いに対向する一組の辺に沿って衝立状に設けられる。スペーサ１２２を設けることで、半導体基板１０７に透光性基板１０５を接着させる際に、透光性接着剤１０９の流れがスペーサ１２２によって遮られるので、電極パッド部１０４上に透光性接着剤１０９が流れるのを防ぐことができる。ところが、図１５（ｃ）に示すように、透光性接着剤１０９を硬化させると、スペーサ１２２間の間隔が広い場合、透光性接着剤１０９が収縮して透光性基板５が撓（たわ）んでしまうことがある。
【００５３】
これに対し、本実施形態の固体撮像素子では、図１６に示すように、有効画素部２の外部に互いに平行に配置されたスペーサ２２が設けられているとともに、有効画素部２が形成された平面領域内にスペーサ８が設けられているため、透光性基板５の接着工程において透光性基板５が撓むのを抑制することができ、光学特性の劣化等を抑えることができる。このように、本実施形態の固体撮像素子においては、薄肉化を実現しつつ、接続不良の発生や光学特性の劣化を抑えることができる。
【００５４】
なお、透光性基板５の厚みは１００μｍに限らず、例えば数十μｍ以上５００μｍ程度の範囲内で本実施形態の構成は特に効果を発揮する。また、互いに平行なスペーサ２２の間隔は例えば画素ピッチと同じ（数μｍ）あるいはその整数倍であり、半導体基板７の１辺の長さは例えば１０ｍｍ〜数十ｍｍ程度である。また、スペーサ８の高さはスペーサ２２の高さと同等程度であることが好ましく、例えば数μｍ〜５０μｍ程度である。
【００５５】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態として、図３や図７に示す、透光性基板５の直下に設けられたスペーサ８の形成パターンを説明する。
【００５６】
透光性基板５の直下に設けられたスペーサ８の形成パターンとしては例えば次のものが考えられる。
（１）有効画素部２上でのスペーサ８の密度を有効画素部２の中央部上で高く、且つ周辺部上で低くするパターン
このパターンをチップサイズが大きい固体撮像素子に適用することで、第２の実施形態で説明したように、透光性基板５の撓みを抑制することができ、光学特性の劣化を抑えることができる。スペーサ８を設けない場合、透光性基板５の撓みは有効画素部２の周辺部上より中央部上の方が大きくなるが、有効画素部２の中央部上でのスペーサ８の合計面積が周辺部上での合計面積よりも大きいので、耐荷重性が向上し、透光性基板５の撓みが抑えられる。
【００５７】
なお、スペーサ８の密度とは、単位面積当たりのスペーサ８の個数を指すものとする。
（２）有効画素部２上全体でスペーサ８を均一に形成するパターン
第１の実施形態で説明したような、特定色の画素にスペーサ８を設ける場合などがこのパターンに該当する。上述したように、この場合、所望の画素における感度を向上させることができる。特に、ＣＣＤ型固体撮像素子の場合、画素毎に信号の読み出し制御ができず、色毎に信号を補正する。そのため、有効画素部２が形成された領域内で規則的にスペーサ８を形成すれば、ＣＣＤ型固体撮像素子においてもスペーサ８が光学特性に与える影響等を信号処理によって補正することが可能になる。
【００５８】
また、適度な間隔を空けてスペーサ８を設けることで、有効画素部２上全体で透光性接着剤９を均一に行き渡らせることができる。
（３）有効画素部２上でのスペーサ８の密度を有効画素部２の中央部上で低く、且つ周辺部上で高くするパターン
第１の実施形態で説明したように、スペーサ８あるいはスペーサ８で囲まれた透光性接着剤９を光導波路として機能させる場合にこのパターンを採用することで、中央部よりも入射光が少ない有効画素部２の周辺部での感度を向上させることができる。これにより、画質の向上を図ることができる。また、有効画素部２の中央部上でスペーサ８の密度が低くなっているため、透光性基板５を半導体基板７上に載せて押圧するときに、透光性接着剤９が有効画素部２内に速やかに拡がる。
（４）有効画素部２の中央部上より周辺部上でスペーサ８の間隔を狭くするパターン
この場合、図１６に示すようなスペーサ２２を有効画素部２の外部に設けなくても接着工程において透光性接着剤９の流れが有効画素部２の周辺部でせき止められる。特に、上述（３）のパターンと組み合わせることで、接着工程において透光性接着剤９を有効画素部２内に速やかに行き渡らせることができるとともに、有効画素部２の外部の領域（電極パッド部４など）に透光性接着剤９がはみ出すのを防ぐことができる。
【００５９】
なお、上述の（１）と（３）のパターンにおいて、有効画素部２の中心上から周辺部上に向かうに従ってスペーサ８の密度を急峻に（ノンリニア）に変化させてもよいし、徐々に（リニア）に変化させてもよい。
【００６０】
なお、スペーサ８が固体撮像素子及び固体撮像装置の特性に影響しない場合（図１３（ｂ）に示す場合）には、スペーサ８はランダムな位置に形成してもよい。
【００６１】
また、半導体基板の主面に水平な方向におけるスペーサ８の断面形状（以下、水平断面の形状と称する）は、円形または多角形であってもよい。このようにすると、半導体基板７上に透光性基板５を載置し、押圧する際にスペーサ８が透光性接着剤９の流れを妨げにくくなるので、半導体基板７上に透光性基板５を隙間なく貼着させることが可能となる。特に、スペーサ８の水平断面が円形である場合にはこの効果が顕著となる。
【００６２】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態は、有効画素部２に隣接して設けられるＯＢ（Optical Black)部を備えており、ＯＢ部の上方に遮光性材料からなるスペーサが遮光膜として配置されていることを特徴とする。
【００６３】
ＯＢ部が形成された領域内の画素は、有効画素部２が形成された領域内の画素とスペーサ８を除いて同様の構成を有している。すなわち、ＯＢ部が形成された領域内の画素は、それぞれ受光部１０、転送電極１１、平坦化層１２、及びマイクロレンズ１３を有している（図３、図７、図９参照）。有効画素部２内の画素から出力された信号とＯＢ部内の画素から出力された信号との差分を取ることで、ノイズ（暗電流）の除去が図られる。
【００６４】
本実施形態の固体撮像素子では、ＯＢ部が形成された領域全体において、マイクロレンズ１３が遮光性スペーサ（第２のスペーサ）で覆われている。この遮光性スペーサは、スペーサ８の材料として先に挙げた樹脂にカーボンや有機あるいは無機の顔料を混ぜたもので構成される。この遮光性スペーサは単独で設けてもよいし、有効画素部２上のスペーサ８と併せて設けてもよい。
【００６５】
固体撮像素子では、ＯＢ部の上方に遮光膜として金属からなる配線を形成することが多い（図１８（ａ）〜（ｃ）等参照）。この場合、配線を厚くする必要があるので、製造時に有効画素部と配線部との間に段差が生じる。そこで、この段差を埋めるために平坦化層１２等を基板上方に形成している。
【００６６】
これに対し、本実施形態の固体撮像素子では、遮光性スペーサによってＯＢ部を遮光しているので、ＯＢ部上に配線を設ける必要がなくなり、また、配線の厚みを薄くすることができる。そのため、本実施形態の固体撮像素子及びこれを搭載した固体撮像装置は厚みを大幅に低減することが可能となっている。
【００６７】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態として、スペーサ８の形成方法を含む、固体撮像装置の製造方法について説明する。
【００６８】
図１７は、本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示すフローチャートである。また、図１８（ａ）〜（ｄ）、図１９（ａ）〜（ｃ）は、図１７に示す工程のうち主要な工程における固体撮像素子の断面図である。なお、本実施形態では、第１の実施形態の固体撮像素子にカラーフィルタ１８、層内レンズ２３及び有機膜２１を設ける場合の製造方法を例として説明する。図１８（ａ）〜（ｄ）、図１９（ａ）〜（ｃ）において、左側の図は配線部３及び浮遊拡散部６を通る断面を示し、右側の図は受光部１０やマイクロレンズ１３等を通る断面を示す。
【００６９】
まず、図１８（ａ）に示すように、公知の拡散工程によってウエハ状の半導体基板７の上部に受光部１０や浮遊拡散部６等を形成する。続いて、半導体基板７上に所定の形状の転送電極１１を形成後、半導体基板７の受光部１０上に層内レンズ２３を形成する。この際には、半導体基板７を回転させながら構成材料を塗布した後に、フォトリソグラフィ処理等を行うことで、上面が凸状の層内レンズ２３を形成する。層内レンズ２３の構成材料は透光性の樹脂でもよいし、ＳｉＮ等の無機材料であってもよい。次いで、半導体基板７上の所定の位置に一層目の配線部３を形成する。配線部３と同時に電極パッド部４を形成してもよい。なお、ここでは配線部３の上面高さは層内レンズ２３の上面よりも高い位置にあるが、第４の実施形態の固体撮像素子の場合は配線部３の高さを層内レンズ２３と同等あるいはそれ以下にすることもできる。また、本工程は、図９に示すような、層内レンズ２３を有さない固体撮像素子を形成する際には不要である。
【００７０】
次に、図１８（ｂ）に示すように、半導体基板７を回転させた状態で透光性の樹脂等を塗布し、フォトリソグラフィ等を行うことで層内レンズ２３や配線部３上に平坦化層１２を形成し、基板（製造中の固体撮像素子）上面の段差を平坦化する。
【００７１】
次に、公知の方法で平坦化層１２のうち有効画素部２の上方に位置する部分上にカラーフィルタ１８を形成し、カラーフィルタ１８上にマイクロレンズ１３を形成する。
【００７２】
次いで、図１８（ｄ）に示すように、有効画素部２の上方ではマイクロレンズ１３上に、配線部３上では平坦化層１２上にそれぞれ有機膜２１を形成する。
【００７３】
次に、図１９（ａ）に示すように、エッチング等により、有機膜２１、平坦化層１２などのうち浮遊拡散部６上に形成された部分を除去する。この際には、有機膜２１、平坦化層１２のうち電極パッド部４上に形成された部分も浮遊拡散部６上の部分と同様にエッチング等により除去される。
【００７４】
その後、図１９（ｂ）に示すように、スペーサ８の構成材料を基板全面に塗布し、スペーサ材料膜８ａを形成する。この際には、半導体基板７を回転させながら構成材料の塗布を行う（回転塗布法）。
【００７５】
次いで、図１９（ｃ）に示すように、スペーサ材料膜８ａに対してフォトリソグラフィ処理などを行い、スペーサ材料膜８ａのうちスペーサ８となる部分を硬化させるとともに、これ以外の部分を剥離させる。この工程により、有効画素部２の上方にスペーサ８を形成する。
【００７６】
ここで、スペーサ８の構成材料は、少なくとも入射光に対して透明な材料であればよく、例えば、アクリル系、スチレン系あるいはフェノールノボラック系、ポリイミド系など、または一般的なポジ型又はネガ型の感光性樹脂や、ウレタン系、エポキシ系、スチレン系、シロキサン系などの有機樹脂であってもよい。また、スペーサ８の構成材料として、樹脂製、ガラス製又は石英製などの球状、ファイバ状または不定形状の充填材をバインダ樹脂に対して０％を越え３０００％（重量パーセント）以下程度含有させてなるものを用いてもよい。充填材の種類や含有量を変えることによって、スペーサ８の屈折率を変えたり、スペーサ８の機械的強度を変えることができる。例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）など高屈折率の充填材を含有させることで、スペーサ８の屈折率を高くすることができる。さらに、カーボン、有機や無機の顔料を樹脂に含有させることで、スペーサ８における可視光の透過率を下げてもよい。
【００７７】
また、スペーサ８の厚みは任意に設定でき、スペーサ材料膜８ａの厚さが１〜５０μｍ程度であれば、１回の回転塗布（スピンコート）でスペーサ材料膜８ａを形成することができる。スペーサ材料膜８ａをこれ以上の厚みにする場合には、回転塗布を複数回実施する。また、回転塗布法を用いることで、半導体基板７の上面と塗布膜の上面とをほぼ平行にすることができる。そして、スペーサ材料膜８ａのうち、所定の部分を残留させ、それ以外の部分を除去することで、スペーサ８を形成できる。なお、スペーサ材料膜８ａの厚みが厚い場合はダイコートにより形成してもよい。
【００７８】
スペーサ８を感光性樹脂で構成する場合には、当該感光性樹脂膜を形成した後、フォトリソグラフィによりスペーサ８となる部分を硬化させるとともに不要部分を剥離する。例えば、回転塗布の際の回転数は１０００ｒｐｍ〜３０００ｒｐｍ程度、プリベーク温度を８０℃〜１００℃程度、露光時間を１００ｍｓｅｃ〜１０００ｍｓｅｃ程度、現像液をアルカリ系現像液あるいは有機系現像液とする。
【００７９】
また、スペーサ８をエッチング可能な樹脂で構成する場合には、当該樹脂膜を形成した後、樹脂膜のうちスペーサ８となる部分を覆い、それ以外の部分上に開口を形成したレジストマスクを通常のリソグラフィ工程を用いて形成する。次いで、エッチングによりスペーサ８となる部分を残留させるとともに不要部分を除去する。
【００８０】
その後、半導体基板７のうち受光部１０に対応する領域上に透光性接着剤９を塗布する。透光性接着剤９としては、例えば、１００℃〜１５０℃程度で硬化するエポキシ系接着剤、あるいは室温〜１５０℃程度で硬化するシリコーン系接着剤等を用いる。透光性接着剤９の塗布方法は、例えば、ディスペンス法を用いる。なお、ここで透光性接着剤９とは、硬化後において透光性を有する接着剤を意味するものとする。
【００８１】
次に、透光性接着剤９を半導体基板７に塗布してから、半導体基板７に透光性基板５を貼着する。貼着の際は、まず、透光性接着剤９が塗布された半導体基板７上に透光性基板５を載置し、透光性接着剤９が流動性を有する期間内に透光性基板５をスペーサ８の上面に当接するまで押圧する。透光性基板５を押圧しながら、あるいは押圧した後に、透光性基板５を水平方向にずらして、透光性基板５の水平方向の位置やあおりを調整する。なお、耐湿性、耐塵性の観点から、半導体基板７は、パッケージ基板１４、透光性基板５及び透光性接着剤９で封止されていることが望ましい。そのため、透光性接着剤９の塗布工程では、透光性基板５を貼着したときに透光性接着剤９がスペーサ８を回り込んで半導体基板７を封止するように、透光性接着剤９の塗布量や塗布箇所を調整しておく。なお、回り込んだ透光性接着剤９が半導体基板７上部に形成された浮遊拡散部６に対応する領域にまで達しないように注意する必要がある。その後、透光性基板５がスペーサ８の上面に当接した状態で透光性接着剤９を硬化させる。
【００８２】
その後、半導体基板７をチップ状に個片化し、パッケージ基板１４上に半導体基板７を搭載する。次いで、電極パッド部４とリード端子１５とをワイヤによりボンディングすることで、固体撮像装置が形成できる。
【００８３】
上述のように、第１の実施形態で説明した固体撮像素子では、スペーサ８が形成されていることによって、透光性基板５を半導体基板７に貼着するときに、半導体基板７及び透光性基板５が透光性接着剤の硬化に伴う収縮で撓むのを防止することができる。さらに、半導体基板７上の受光部１０に対応する領域に塗布された透光性接着剤９が浮遊拡散部６に対応する領域に流れ込むのを防止することもできる。このようにすることで、固体撮像装置の感度を数％〜１０％程度高くすることが可能である。
【００８４】
また、透光性基板５は、スペーサ８の上面に当接するまで押圧された状態で貼着されるので、半導体基板７と透光性基板５との間隔、すなわち透光性接着剤９の厚みは、スペーサ８の高さで規定されることとなる。したがって、透光性接着剤９の厚みを所望の厚みにすることもできる。なお、半導体基板７の上面を基準としたとき、スペーサ８の上面の高さは、マイクロレンズ１３の頂部の高さよりも高くなっている。すなわち、透光性基板とマイクロレンズ１３など、半導体基板７上に形成された部材の最上面との間にギャップが存在する。ここで、スペーサ８は、マイクロレンズ１３が押し潰されるのを防ぐ役割も果たすので、スペーサ８が設けられていない場所だけでなく、スペーサ８が設けられている場所であっても、透光性基板５の高さ方向の位置決めをするときに透光性基板５がマイクロレンズ１３などを押し潰すのを防止することができる。
【００８５】
また、スペーサ８の上面が半導体基板７の上面に対してほぼ平行となっているので、スペーサ８の上面に透光性基板５を当接させた状態で貼着することにより、透光性基板５を半導体基板７に対し、ほぼ平行に貼着することができる。特に、第１の実施形態に係る固体撮像素子では、スペーサ８が有効画素部２上のほぼ全面に亘って存在している。したがって、第１の実施形態に係る固体撮像素子においては、透光性基板５を半導体基板７にほぼ平行に貼着することができる。その結果、透光性基板５を半導体基板７に貼着する場合に生じる輝度ムラ（輝度シェーディング）などの画質の劣化を防止することができる。
【００８６】
また、本実施形態の製造方法によれば、スペーサ８をウエハ工程（チップに分割する前での工程）で形成するので、スペーサ８の高さの製品毎のばらつきを抑えることができる。
【００８７】
また、透光性基板５と半導体基板７とを透光性接着剤９を介して直接貼着する直貼り構造を採用することで、固体撮像装置全体を小型化、薄肉化することができる。さらに、透光性基板５の接着後はマイクロレンズ１３が空気に触れないので、湿度など、周囲環境の変化によるマイクロレンズ１３の形状、透明性、屈折率の劣化を防ぐことができる。この効果は、マイクロレンズ１３が透明樹脂で構成されている場合に顕著となる。
【００８８】
なお、スペーサ材料膜８ａを形成する際には、構成材料を回転塗布する方法の他に、ダイコート法や蒸着を用いてもよいし、スパッタなどドライプロセスを用いてもよい。また、スペーサ８のパターニングは、感光性樹脂を用いる場合、フォトリソグラフィやナノインプリンティングなどで行うこともできる。これらの方法によれば、エッチングを用いる方法に比べてエッチングマスクを形成する必要がないので、製造工程を簡易化することができる。また、感光性樹脂以外でスペーサ８を構成する場合にはリフトオフ工法、ドライエッチング工法、インクジェット工法などによって行うこともできる。ドライエッチングを用いる場合には、感光性材料を用いる場合よりも材料の選択の幅を広げることができる。
【００８９】
なお、図１３（ｃ）に示す固体撮像素子においては、半導体基板７と透光性基板５とを接着する際にスペーサ８に四方を囲まれた領域で透光性接着剤９の流れが悪くなるので、スプレーを用いて透光性接着剤９を塗布することが好ましい。
【００９０】
（第６の実施形態）
図２０（ａ）〜（ｃ）、図２１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法のうち、固体撮像素子を作製する工程を示す断面図である。本実施形態の方法では、スペーサ８の形成手順が第５の実施形態に係る方法と異なる。
【００９１】
まず、図２０（ａ）に示すように、スペーサ８を構成する樹脂材料を、透光性基板５上に回転塗布してスペーサ材料膜８ａを形成する。ここで、スペーサ材料膜８ａの厚みが例えば１〜５０μｍ程度であれば、１回の回転塗布で形成可能である。スペーサ８に用いる材料は、例えば樹脂からなっている。例えば、アクリル系、スチレン系あるいはフェノールノボラック系、ポリイミド系など、一般的なポジ型又はネガ型の感光性樹脂や、ウレタン系、エポキシ系、スチレン系、シロキサン系などの有機樹脂をスペーサ８の構成材料として用いることができる。
【００９２】
次に、図２０（ｂ）に示すように、リソグラフィーなどを用いてスペーサ材料膜８ａの一部を除去し、所望の部分を残すことで、透光性基板５上にスペーサ８を形成する。なお、図２０（ｃ）に示すように、スペーサ８を形成する際、スペーサ８と透光性基板５との密着性の向上などを目的として、透光性基板５上に下地層２４を形成してからスペーサ材料膜８ａを形成してもよい。下地層２４の材料としては、例えばＨＭＤＳ（1,1,1,3,3,3-Hexamethyldisilazane）やアクリルなどの有機材料や、酸化ケイ素（ＳｉＯ２）などが挙げられる。この際に、ウエット工法として、スプレー塗布、回転塗布、ダイコートなどを用いてもよいし、ドライ工法としては、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ法などを用いることができる。また、スペーサ８の形成は、透光性基板５を事前に個々の固体撮像素子に対応する大きさにカットしてから形成してもよいし、大きな透光性基板５にスペーサ８形成した後、ダイシング工程などを行って個々の固体撮像素子に対応する大きさにカットしてもよい。
【００９３】
次に、図２１（ａ）、（ｂ）に示すように、半導体基板７の有効画素部２上に透光性接着剤９を塗布してから、スペーサ８が形成された方の面を半導体基板７に向けた状態で透光性基板５を半導体基板７の有効画素部２上に載せる。
【００９４】
そして、図２１（ｃ）に示すように、透光性基板５を軽く押圧した状態で透光性接着剤９を硬化させる。透光性接着剤９を硬化させるには、紫外線や可視光などの光を照射してもよいし、１００〜２００℃程度の温度を加えてもよいし、光と熱を併用してもよい。
【００９５】
なお、スペーサ８と透光性接着剤９の屈折率を同じにする場合は、スペーサ８と透光性接着剤９の構成材料が同じであってもよい。
【００９６】
また、スペーサ８が形成された透光性基板５を半導体基板７に貼着する場合、有効画素部２上における基板の最上面（スペーサ８との接着面となる面）は平坦であることが望ましい。
【００９７】
上述の方法を用いても、透光性基板５を半導体基板７に貼着する際にスペーサ８が存在しているので、透光性基板５が透光性接着剤９の硬化に伴う収縮によって撓むのを防止することができる。さらに、半導体基板７上の受光部１０に対応する領域に塗布された透光性接着剤９が浮遊拡散部６に対応する領域に流れ込むのを防止することもできる。このようにすることで、固体撮像素子及びこれを搭載する固体撮像装置の感度を数％〜１０％程度高くすることも可能である。
【００９８】
また、透光性基板５は、スペーサ８の端面が基板（形成中の固体撮像素子の半導体基板７側部分）の上面に当接するまで押圧された状態で貼着されるので、基板と透光性基板５との間隔、すなわち透光性接着剤９の厚みは、スペーサ８の高さで規定されることとなる。したがって、スペーサ８を所望の高さにすることで、透光性接着剤９の厚みを所望の厚みにすることもできる。
【００９９】
また、有効画素部２上における基板の最上面が平坦であれば、スペーサ８の端面に半導体基板７を当接させた状態で貼着することにより透光性基板５を半導体基板７の基板面に対し、ほぼ平行に貼着することができる。特に、第１の実施形態に係る固体撮像素子では、スペーサ８が有効画素部２上のほぼ全面に存在する。したがって、比較的高い精度で透光性基板５を半導体基板７上にほぼ平行に貼着することができる。そのため、透光性基板５が半導体基板７上に傾いて貼付けられる場合に生じる輝度ムラ（輝度シェーディング）などの画質の劣化を防止することができる。
【０１００】
また、透光性基板５と半導体基板７とを透光性接着剤９を介して直接貼着する直貼り構造を採用することで、固体撮像素子、ひいては固体撮像装置全体の大きさを小型化、薄肉化することができる。さらに、湿度など周囲環境の変化によってマイクロレンズ１３の形状、透明性、屈折率が劣化するのを防ぐことができる。
【０１０１】
なお、スペーサ材料膜８ａを形成する際には、構成材料を回転塗布する方法の他に、ダイコート法や蒸着を用いてもよいし、スパッタなどドライプロセスを用いてもよい。また、スペーサ８のパターニングは、感光性樹脂を用いる場合、フォトリソグラフィやナノインプリンティングなどで行うこともできる。また、感光性樹脂以外でスペーサ８を構成する場合にはリフトオフ工法、ドライエッチング工法、インクジェット工法などを用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明に係る固体撮像素子及び固体撮像装置は、例えば、デジタルカメラやビデオカメラ等の種々の撮像装置に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る固体撮像素子を上面から見た場合の平面図である。
【図２】第１の実施形態に係る固体撮像素子の図１に示すII-II線における断面図である。
【図３】第１の実施形態に係る固体撮像素子における有効画素部の一例の拡大断面図である。
【図４】第１の実施形態の固体撮像素子を備えた固体撮像装置を示す断面図である。
【図５】第１の実施形態の第１の変形例に係る固体撮像素子を上面から見た場合の平面図である。
【図６】第１の実施形態の第２の変形例に係る固体撮像素子を上面から見た場合の平面図である。
【図７】第１の実施形態の第３の変形例に係る固体撮像素子の有効画素部を示す拡大断面図である。
【図８】第１の実施形態に係る固体撮像素子においてカラーフィルタを設けた場合のカラーフィルタの配置例を模式的に示す平面図であ
【図９】第１の実施形態の第３の変形例に係る固体撮像素子においてカラーフィルタを設けた場合の、図８に示すIX-IX線での断面図である。
【図１０】中空構造を有する従来の固体撮像装置を示す断面図である。
【図１１】図１０に示す従来の固体撮像装置の有効画素部を示す拡大断面図である。
【図１２】第１の実施形態に係る固体撮像装置の有効画素部を示す拡大断面図である。
【図１３】（ａ）は、本実施形態の固体撮像素子において、スペーサの屈折率が透光性接着剤よりも大きい場合の有効画素部を示す拡大断面図であり、（ｂ）は、スペーサの屈折率が透光性接着剤の屈折率に等しい場合の有効画素部を示す拡大断面図であり、（ｃ）は、スペーサの屈折率が透光性接着剤よりも小さい場合の有効画素部を示す拡大断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施形態に係る固体撮像素子を示す平面図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は、参考例に係る固体撮像素子の製造方法を示す断面図である。
【図１６】図１４に示す第２の実施形態に係る固体撮像素子のXVI-XVI線における断面図である。
【図１７】本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示すフローチャートである。
【図１８】（ａ）〜（ｄ）は、図１７に示す工程のうち主要な工程における固体撮像素子の断面図である。
【図１９】（ａ）〜（ｃ）は、図１７に示す工程のうち主要な工程における固体撮像素子の断面図である。
【図２０】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法のうち、固体撮像素子を作製する工程を示す断面図である。
【図２１】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法のうち、固体撮像素子を作製する工程を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１      固体撮像素子
２      有効画素部
３      配線部 
４      電極パッド部
５      透光性基板 
６      浮遊拡散部
７      半導体基板 
８      スペーサ 
８ａ    スペーサ材料膜
９      透光性接着剤
１０      受光部 
１１      転送電極 
１２      平坦化層 
１３      マイクロレンズ 
１４      パッケージ基板 
１５      リード端子 
１６      ワイヤ 
１７      封止樹脂 
１８      カラーフィルタ
１９      入射光
２０      反射光 
２１      有機膜 
２２      スペーサ 
２３      層内レンズ 
２４      下地層 
３０      貫通電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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