(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の内部に、受光部である複数の光電変換部が一定の間隔をあけて設けられており、該半導体基板上に前記各光電変換部にてそれぞれ生成された信号電荷を転送する電荷転送電極が、前記各光電変換部の間に、それぞれ設けられるとともに、前記半導体基板上に前記各電荷転送電極を埋め込むように絶縁膜が積層された固体撮像装置であって、
該絶縁膜上の前記各光電変換部に対向する位置に、透明樹脂によって上面が平坦に形成された画素分離膜がそれぞれ設けられており、
隣接する一対の前記画素分離膜のそれぞれの側面は、それらの各側面同士によって所定の角度を有する断面Ｖ字状の溝部が形成されるようにそれぞれ傾斜しており、
前記各画素分離膜の前記上面および前記各側面にそれぞれ入射される光は、対向する前記各光電変換部に前記絶縁膜を介してそれぞれ入射されるようになっており、
前記各溝部内に、前記画素分離膜の屈折率よりも低い屈折率の値を有する透明膜がそれぞれ設けられており、
前記溝部内の各透明膜の表面が、各透明膜によって凹レンズがそれぞれ形成されるように、それぞれ凹面状に形成されていることを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
半導体基板の内部に、受光部である複数の光電変換部が一定の間隔をあけて設けられており、該半導体基板上に前記各光電変換部にてそれぞれ生成された信号電荷を転送する電荷転送電極が、前記各光電変換部の間に、それぞれ設けられるとともに、前記半導体基板上に前記各電荷転送電極を埋め込むように絶縁膜が積層された固体撮像装置であって、
該絶縁膜上の前記各光電変換部に対向する位置に、透明樹脂によって上面が平坦に形成された画素分離膜がそれぞれ設けられており、
隣接する一対の前記画素分離膜のそれぞれの側面は、それらの各側面同士によって所定の角度を有する断面Ｖ字状の溝部が形成されるようにそれぞれ傾斜しており、
前記各画素分離膜の前記上面および前記各側面にそれぞれ入射される光は、対向する前記各光電変換部に前記絶縁膜を介してそれぞれ入射されるようになっており、
前記各溝部内に、前記画素分離膜の屈折率よりも低い屈折率の値を有する透明膜がそれぞれ設けられており、
前記各溝部内の各透明膜は、前記各溝部を形成する前記各画素分離膜のそれぞれの側面に平行な傾斜面をそれぞれ有する断面Ｖ字状になっていることを特徴とする固体撮像装置
。
【請求項３】
前記透明膜は、前記各画素分離膜を覆うように、前記各画素分離膜の上面上にも設けられている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記各画素分離膜の上面に凸レンズ状のマイクロレンズがそれぞれ設けられて、前記透明膜が前記各マイクロレンズを覆うように前記各マイクロレンズ上にも設けられている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記各画素分離膜の上面に凸レンズ状のマイクロレンズがそれぞれ設けられており、前記各マイクロレンズの底面が前記各画素分離膜の上面よりも広く、それぞれの底面の周縁部が、前記各画素分離膜に隣接する溝部内の前記透明膜上に配置されている請求項１または２に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記各画素分離膜がカラーフィルターである請求項１〜５のいずれかに記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固体撮像装置に関し、特に、受光部である光電変換部の集光効率を向上させた固体撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体撮像装置は、市場において、利便性等の観点より形状の小型化および画像の高画素化が求められている。この結果、固体撮像装置の受光部である光電変換部と電荷転送部とから構成されるユニットセルは、固体撮像装置の内部における占有面積が縮小されている。このようなユニットセルの占有面積の縮小に伴う光電変換部の面積の縮小は、入射光の光電変換部への集光率を減少させ、固体撮像装置の主要特性の１つである光電変換部の光感度を低下させるおそれがある。
【０００３】
従来、このような光電変換部の光感度の低下に対して、固体撮像装置の受光部である光電変換部に対向するように、光電変換部の上部の入射光の光路上にマイクロレンズを形成し、入射光を効率よく光電変換部に集光させて、光電変換部の光感度を向上させることが図られている。
【０００４】
図５は、このように、入射光を光電変換部に集光させるマイクロレンズを用いることによって、光電変換部の集光率を向上させている従来の固体撮像装置の概略断面図である。図５に示す固体撮像装置では、半導体基板１の上部に、複数の光電変換部２が一定の間隔をあけて埋め込まれている。隣接する光電変換部２の間には、電荷転送部（転送レジスタ：図示せず）が設けられており、全ての光電変換部２および電荷転送部を覆うように、電荷読み出し部（転送ゲート：図示せず）および層間膜３が形成されている。層間膜３上には、断面が長方形である複数の電荷転送電極４が、一定間隔で隣接する光電変換部２の間に、それぞれ形成されており、各電荷転送電極４の表面は、入射光の感光領域を規定する遮光膜５によってそれぞれ被覆されている。
【０００５】
層間膜３上には、絶縁膜６が、遮光膜５によって被覆されている電荷転送電極４を埋め込むように、積層されている。絶縁膜６上には、カラーフィルター１９、カラーフィルター１９の表面を平坦化する透明な平坦化膜２０が順番に積層されている。平坦化膜２０上には、入射光を各光電変換部２にそれぞれ集光させる複数のマイクロレンズ１５が一定の間隔をあけて各画素毎に形成されている。マイクロレンズ１５は、受光部である光電変換部２に対向する位置に、光電変換部２の領域（幅）よりも拡張されて設けられている。各マイクロレンズ１５は、中央部が周縁部よりも厚くなった凸レンズである。
【０００６】
図５に示すように、外部よりマイクロレンズ１５に入射した入射光（図５に矢印１３，１６、１７、１８で示す）は、マイクロレンズ１５の表面で屈折して光電変換部２に向かって進行し、平坦化膜２０、カラーフィルター１９、絶縁膜６、層間膜３を経て光電変換部２の受光面に照射され、光電変換部２にて信号電荷を励起する。入射光（図５に矢印１３，１６、１７、１８で示す）によって励起された信号電荷は、電荷転送電極４の下部に形成されている電荷読み出し部（転送ゲート：図示せず）にて読み出され、電荷転送部（転送レジスタ：図示せず）に転送される。電荷転送電極４を覆う遮光膜５は、電荷読み出し部（転送ゲート：図示せず）および電荷転送部（転送レジスタ：図示せず）への光の入射量を低下させる機能を備えている。
【０００７】
マイクロレンズ１５は、光電変換部２の幅よりも大きくなっているために、マイクロレンズ１５の周縁部に外部から入射した入射光１３は、入射光１３の入射した位置が光電変換部２の領域（幅）から外れているにもかかわらず、マイクロレンズ１５によって光電変換部２に集光される。
【０００８】
このように、光電変換部２に対向する位置にマイクロレンズ１５を設けることによって、光電変換部２において励起される信号電荷が増加するとともに、遮光膜５に入射する入射光を減少させ、光電変換部２の光感度の向上、および、選択されていない画素からの信号電荷の漏れによるにじみが生じるスミア現象の抑制等の大きな効果が得られる。したがって、外部からの入射光がマイクロレンズ１５の表面上に入射するように、平坦化膜２０上に設けられるマイクロレンズ１５の底面を大きくし、マイクロレンズ１５の存在しない領域をさらに小さくすれば、図５に矢印１１および１２で示す入射光も光電変換部２に集光されるため、光電変換部２に集光される光量が増加し、光電変換部２の光感度の向上、および、選択されていない画素からの信号電荷の漏れより生じるスミア現象の抑制がより一層向上させることができる。
【０００９】
尚、本明細書では、説明上、簡単のためにマイクロレンズ１５、平坦化膜２０、カラーフィルター１９、絶縁膜６の屈折率は全て同一としている。マイクロレンズ１５には、通常、屈折率が１．６程度である物質を用いている。
【００１０】
しかしながら、平坦化膜２０上において、マイクロレンズ１５の底面を大きくし、マイクロレンズ１５の存在しない領域を小さくすると、例えば、平坦化膜２０上に隣接する複数のマイクロレンズ１５同士が接触し、マイクロレンズ１５の接触部分が画素欠陥となり画質を著しく劣化させるおそれがある。また、マイクロレンズ１５の形成時の加工バラツキによって、外部より固体撮像装置のマイクロレンズ１５に投射された入射光の一部が、隣接する光電変換部２に対向するカラーフィルター１９を通過し、画像に混色が生じるというおそれがある。したがって、平坦化膜２０上において、マイクロレンズ１５の底面を大きくし、マイクロレンズ１５の存在しない領域を小さくすることは容易ではない。
【００１１】
このため、平坦化膜２０上におけるマイクロレンズ１５が存在しない領域に入射した入射光（図５に矢印１１，１２で示す）を受光部である光電変換部２に集光させるために、図６および図７に示すように、平坦化膜２０上のマイクロレンズ１５の存在しない領域に、外部からの入射光を拡散させる作用を有する凹レンズを形成した固体撮像装置が特開平５−２７１９６号公報、特開平９−４５８８４号公報、特開平１１−８７６７３号公報等に開示されている。
【００１２】
図６に示す固体撮像装置は、絶縁膜６上には、入射光を光電変換部２に集光させるマイクロレンズ１５が一定間隔で画素毎に形成されている。絶縁膜６上には、また、マイクロレンズ１５が形成されていない電荷転送電極４に対向する位置に、凹面状の凹レンズ２１がそれぞれ形成されている。マイクロレンズ１５と凹レンズ２１とは、絶縁膜６の表面上に、交互に連続して形成されている。その他の構成は、図５に示す固体撮像装置の構造と同様になっている。
【００１３】
このように、図６の固体撮像装置は、絶縁膜６の表面にマイクロレンズ１５および凹レンズ２１が相互に隣接して設けられており、外部よりマイクロレンズ１５に入射した入射光（図６に矢印１３，１６、１７、１８で示す）は、マイクロレンズ１５の表面で屈折して光電変換部２に向かって進行し、マイクロレンズ１５の内部、絶縁膜６、層間膜３を経て光電変換部２の受光面に照射される。また、マイクロレンズ１５の底面近傍において凹レンズ２１に入射する入射光（図６に矢印１２で示す）は、凹レンズ２１によって屈折されて、光電変換部２に向かって進行し、絶縁膜６、層間膜３を経て光電変換部２の受光面に照射される。
【００１４】
しかしながら、凹レンズ２１の中心部近傍に入射する入射光（図６の矢印１１参照）は、凹レンズ２１によって屈折されて、光電変換部２に向かって絶縁膜６内を進行するが、電荷転送電極４を覆う遮光膜５によって光路を遮断され光電変換部２の受光面まで到達することができない。凹レンズ２１の中央部近傍に入射する入射光（図６の矢印１１参照）を光電変換部２の受光面に到達させるためには、入射光（図６の矢印１１参照）の光路上に遮光膜５が存在しないように絶縁膜６の膜厚を厚くする必要がある。
【００１５】
図７に示す固体撮像装置では、層間膜３上に、遮光膜５によって被覆されている電荷転送電極４が一定間隔で形成されており、この電荷転送電極４を埋め込むように第１の中間膜２２が積層されている。第１の中間膜２２の表面には、遮光膜５によって被覆されている電荷転送電極４と対向する領域の中心部に、凹レンズ２３が一定間隔で形成されている。第１の中間膜２２上には、第１の中間膜２２より屈折率が小さい第２の中間膜２４が積層されている。そして、第２の中間膜２４上には、入射光を光電変換部２にそれぞれ集光させる複数のマイクロレンズ１５が一定間隔で画素毎に形成されている。第２の中間膜２４上に形成されている各マイクロレンズ１５の間隔は、第１の中間膜２２に形成されている凹レンズ２３の幅に対応する。その他の構成は、図５に示す固体撮像装置の構造と同様になっている。
【００１６】
図７の固体撮像装置は、第１の中間膜２２上の第２の中間膜２４との間に凹レンズ２３が設けられているために、外部よりマイクロレンズ１５に入射した入射光（図７に矢印１３，１６、１７、１８にて示す）は、マイクロレンズ１５にて屈折して光電変換部２に向かって進行し、第２の中間膜２４、第１の中間膜２２、層間膜３を経て光電変換部２の受光面に照射される。また、マイクロレンズ１５が形成されていない領域に入射した光は、第２の中間膜２４を経て第１の中間膜２２に形成されている凹レンズ２３に到達する。この場合、凹レンズ２３の周縁部に入射する入射光（図７の矢印１２参照）は、凹レンズ２３の表面で屈折して、光電変換部２に向かって進行し、第１の中間膜２２、層間膜３を経て光電変換部２の受光面に照射される。しかしながら、凹レンズ２３の中央部近傍に入射する入射光（図７の矢印１１参照）は、凹レンズ２３の表面で、光電変換部２に向かって屈折して第１の中間膜２２内を進行するが、電荷転送電極４を覆う遮光膜５によって光路を遮断され光電変換部２の受光面まで到達させることができない。その結果、図６に示す固体撮像装置と同様に、凹レンズ２３の中央部近傍に入射する入射光（図７の矢印１１参照）を光電変換部２の受光面に到達させるために、入射光（図７の矢印１１参照）の光路上に遮光膜５が存在しないように第１の中間膜２２の膜厚を厚くする必要がある。
【００１７】
【発明が解決しようする課題】
固体撮像装置の光電変換部２における入射光の集光特性の主要部分となるマイクロレンズ１５には、マイクロレンズ１５と光電変換部２との間の距離に関して、画素欠陥を生じさせないための最適値が存在する。このために、図６の固体撮像装置のように、絶縁膜６の膜厚を厚くしたり、図７の固体撮像装置のように、第１の中間膜２２の膜厚を厚くすると、入射光の減衰により光電変換部２における入射光の集光率を低下させることになるため、光電変換部２の光感度の低下および選択されていない画素からの信号電荷の漏れによってにじみが生じるスミア現象が促進されるおそれがある。
【００１８】
本発明は、このような課題を解決するものであり、その目的は、受光部である光電変換部の光感度を向上させるとともに、選択されていない画素からの信号電荷の漏れよりにじみが生じるスミア現象を抑制する固体撮像装置を提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明の固体撮像装置は、半導体基板の内部に、受光部である複数の光電変換部が一定の間隔をあけて設けられており、該半導体基板上に前記各光電変換部にてそれぞれ生成された信号電荷を転送する電荷転送電極が、前記各光電変換部の間に、それぞれ設けられるとともに、前記半導体基板上に前記各電荷転送電極を埋め込むように絶縁膜が積層された固体撮像装置であって、該絶縁膜上の前記各光電変換部に対向する位置に、透明樹脂によって上面が平坦に形成された画素分離膜がそれぞれ設けられており、隣接する一対の前記画素分離膜のそれぞれの側面は、それらの各側面同士によって所定の角度を有する断面Ｖ字状の溝部が形成されるようにそれぞれ傾斜しており、前記各画素分離膜の前記上面および前記各側面にそれぞれ入射される光は、対向する前記各光電変換部に前記絶縁膜を介してそれぞれ入射されるようになっており、前記各溝部内に、前記画素分離膜の屈折率よりも低い屈折率の値を有する透明膜がそれぞれ設けられており、前記溝部内の各透明膜の表面が、各透明膜によって凹レンズがそれぞれ形成されるように、それぞれ凹面状に形成されていることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明の固体撮像装置は、半導体基板の内部に、受光部である複数の光電変換部が一定の間隔をあけて設けられており、該半導体基板上に前記各光電変換部にてそれぞれ生成された信号電荷を転送する電荷転送電極が、前記各光電変換部の間に、それぞれ設けられるとともに、前記半導体基板上に前記各電荷転送電極を埋め込むように絶縁膜が積層された固体撮像装置であって、該絶縁膜上の前記各光電変換部に対向する位置に、透明樹脂によって上面が平坦に形成された画素分離膜がそれぞれ設けられており、隣接する一対の前記画素分離膜のそれぞれの側面は、それらの各側面同士によって所定の角度を有する断面Ｖ字状の溝部が形成されるようにそれぞれ傾斜しており、前記各画素分離膜の前記上面および前記各側面にそれぞれ入射される光は、対向する前記各光電変換部に前記絶縁膜を介してそれぞれ入射されるようになっており、前記各溝部内に、前記画素分離膜の屈折率よりも低い屈折率の値を有する透明膜がそれぞれ設けられており、前記各溝部内の各透明膜は、前記各溝部を形成する前記各画素分離膜のそれぞれの側面に平行な傾斜面をそれぞれ有する断面Ｖ字状になっていることを特徴とする。
【００２１】
前記透明膜は、前記各画素分離膜を覆うように、前記各画素分離膜の上面上にも設けられている。
【００２２】
前記各画素分離膜の上面に凸レンズ状のマイクロレンズがそれぞれ設けられて、前記透明膜が前記各マイクロレンズを覆うように前記各マイクロレンズ上にも設けられている。
【００２３】
前記各画素分離膜の上面に凸レンズ状のマイクロレンズがそれぞれ設けられており、前記各マイクロレンズの底面が前記各画素分離膜の上面よりも広く、それぞれの底面の周縁部が、前記各画素分離膜に隣接する溝部内の前記透明膜上に配置されている。
【００２４】
前記各画素分離膜がカラーフィルターである。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
図１は、本発明の第１の実施形態である固体撮像装置の要部の概略断面図である。第１の実施形態の固体撮像装置は、半導体基板１の上部に、複数の光電変換部２が一定の間隔をあけて埋め込まれている。隣接する光電変換部２の間には、電荷転送部（転送レジスタ：図示せず）が設けられており、全ての光電変換部２および電荷転送部を覆うように、電荷読み出し部（転送ゲート：図示せず）および層間膜３が形成されている。層間膜３上には、複数の電荷転送電極４が、一定間隔で隣接する光電変換部２の間にそれぞれ形成されており、各電荷転送電極４の表面は、入射光の感光領域を規定する遮光膜５によってそれぞれ被覆されている。層間膜３上には、絶縁膜６が、遮光膜５によって被覆されている電荷転送電極４を埋め込むように、積層されている。
【００２９】
絶縁膜６上には、受光部である各光電変換部２に対向して、画素分離膜７が、画素毎にそれぞれ形成されている。各画素分離膜７は、上側になるにつれて順次断面積が小さくなる上面が平坦な四角錐台形状になっており、その底面は、光電変換部２の領域（幅）よりも広くなっている。隣接する一対の画素分離膜７の間には、各画素分離膜７の相互に対向する傾斜した側面同士により断面Ｖ字状の溝部８が形成されている。全ての画素分離膜７上には、各画素分離膜７より屈折率の低い透明膜９が積層されている。そして、隣接する各画素分離膜７の間に形成された各溝部８上に位置する透明膜９の表面は、凹面状に窪んだ状態になって、凹レンズ１０がそれぞれ形成されている。
【００３０】
図１に示す固体撮像装置では、画素分離膜７として屈折率ｎ１≒１．６の感光性透明樹脂（例えば富士薬品工業株式会社製：ＦＶＲ）が使用されている。この感光性透明樹脂は、絶縁膜６上に０．５μｍ〜１．０μｍの膜厚で塗布され、フォトリソグラフィーによって四角錐台形状の画素分離膜７のパターンが形成される。それぞれが四角錐台形状になった画素分離膜７は、光電変換部２と電荷転送部（図示せず）からなる任意のユニットセル毎にパターン形成されるが、隣接するユニットセルに対する各画素分離膜７のパターンが同時に形成されないように、１つのユニットセルに対する各画素分離膜７のパターン形成は、複数回に分けて行われる。この時、各画素分離膜７の側面の傾斜角度は、光源からの光照射量および照射光の焦点に基づいて水平方向に対して４０°〜８０°の範囲で変更され、隣接する一対の画素分離膜７の相互に対向する側面によって断面Ｖ字状の溝部８が形成される。このようにして、四角錐台形状の画素分離膜７が全ての光電変換部２に対向する位置にそれぞれ形成される。
【００３１】
さらに、全ての画素分離膜７上に積層される透明膜９には、画素分離膜７より屈折率の低い屈折率ｎ２≒１．３５の弗素系樹脂（例えば旭硝子株式会社製：サイトップ）が使用されている。この弗素系樹脂は、画素分離膜７上に０．２μｍ〜０．５μｍの膜厚でスピン塗布され、溝部８の上部に凹面状の凹レンズ１０を有する透明膜９が形成される。尚、凹レンズ１０の凹面形状は、弗素系樹脂の粘度およびスピン塗布の回転数等によって調整される。
【００３２】
このような構成により凹レンズ１０の表面から画素分離膜７の上面に入射する入射光は、画素分離膜７、絶縁膜６、層間膜３を通って光電変換部２の受光面に照射される。また、溝部８を覆う透明膜９上に形成された凹レンズ１０の中央部近傍に入射した入射光（図１の矢印１１で示す）、および、凹レンズ１０に対してその入射光（図１の矢印１１で示す）よりも周縁部側に入射した入射光（図１の矢印１２および１３で示す）は、凹レンズ１０の表面で屈折して透明膜９内を進行し、さらに、画素分離膜７の側面によって、光電変換部２に向かって屈折される。そして、画素分離膜７の内部、絶縁膜６、層間膜３を通って光電変換部２の受光面に到達し、光電変換部２にて信号電荷が励起される。
【００３３】
したがって、図１に示す固体撮像装置では、透明膜９の各凹レンズ１０の間の表面および凹レンズ１０内に入射した入射光のほとんどが光電変換部２の受光面に照射され、光電変換部２の光感度を向上させることができる。
【００３４】
図２は、本発明の第２の実施形態である固体撮像装置の要部の概略断面図である。第２の実施形態の固体撮像装置では、画素分離膜７上に形成される透明膜９の溝部８内に各画素分離膜７の傾斜した側面と同様の断面Ｖ字状の溝部１４がそれぞれ設けられている。画素分離膜７上に設けられた透明膜９は、画素分離膜７よりも屈折率が低くなっている。その他の構成は、図１に示す第１の実施形態の固体撮像装置と同様になっている。
【００３５】
透明膜９としては、屈折率ｎ２≒１．４５のシリコン酸化膜が使用されている。このシリコン酸化膜は、画素分離膜７上にプラズマＣＶＤ（成膜温度：２５０℃）によって、０．２μｍ〜０．５μｍの膜厚で積層されている。
【００３６】
このような構成の固体撮像装置では、透明膜９上に形成された断面Ｖ字状の溝部１４の中央部近傍に入射した入射光（図２の矢印１１で示す）、および、溝部１４に対して、その入射光（図２の矢印１１で示す）より上側に入射した入射光（図２の矢印１２および１３で示す）は、溝部１４の表面で屈折して透明膜９内を進行し、さらに、画素分離膜７の側面によって光電変換部２に向かって屈折される。そして、画素分離膜７の内部、絶縁膜６、層間膜３を通って光電変換部２の受光面に到達し、光電変換部２にて信号電荷が励起される。
【００３７】
したがって、図２に示す固体撮像装置では、透明膜９の各溝部１４の間の表面および溝部１４内に入射した入射光のほとんどが光電変換部２の受光面に照射され、光電変換部２の光感度を向上させることができる。
【００３８】
尚、第２の実施形態の固体撮像装置の構造では、透明膜９に形成された溝部１４を形成する傾斜面と、溝部８を形成する各画素分離膜７の傾斜面とが一定の距離になっているために、溝部１４の傾斜面および画素分離膜７の傾斜面において、入射光を拡散させることなく光電変換部２の方向に屈折させることができる。このため、第２の実施形態の固体撮像装置では、透明膜９における平坦な表面に近接した溝部１４の上部の領域に入射した入射光も、透明膜９の内部、画素分離膜７の内部、絶縁膜６、層間膜３を経て、光電変換部２に確実に照射され、隣の遮光膜５に到達するおそれがない。その結果、光電変換部２の受光面への集光率が一層向上する。
【００３９】
図３は、本発明の第３の実施形態である固体撮像装置の要部の概略断面図である。第３の実施形態の固体撮像装置では、四角錐台形状の画素分離膜７の平坦な上面にマイクロレンズ１５が形成されており、マイクロレンズ１５および画素分離膜７が透明膜９によって覆われている。そして、隣接する画素分離膜７の間に位置する透明膜９の部分に凹レンズ１０がそれぞれ形成されている。その他の構成は、図１に示す第１の実施形態のの固体撮像装置と同様になっている。
【００４０】
図３に示す固体撮像装置では、マイクロレンズ１５に屈折率ｎ３≒１．６の熱硬化型感光性樹脂（例えば富士薬品工業株式会社製：ＰＭＲ）が使用されている。この熱硬化型感光性樹脂は、画素分離膜７の平坦部上に０．５μｍ〜１．０μｍの膜厚でスピン塗布され、フォトリソグラフィーによってパターン形成を行った後に、１５０℃程度の加熱を行うことによって、中心部分の厚さが０．７μｍ〜１．５μｍ程度のマイクロレンズ１５に形成される。そして、マイクロレンズ１５が形成された後に、画素分離膜７より屈折率の低い透明膜９を、第１の実施形態の固体撮像装置において説明した手順に基づいて、各画素分離膜７の側面および各マイクロレンズ１５を被覆するように積層することによって、図３に示すように画素分離膜７間の溝部８内に凹面状の凹レンズ１０が形成される。
【００４１】
このような構成の固体撮像装置では、透明膜９を通過して、マイクロレンズ１５に入射する入射光（図３に矢印１６、１７、１８で示す）は、マイクロレンズ１５によって集光されて、画素分離膜７、絶縁膜６、層間膜３を通って光電変換部２の受光面に確実に照射される。尚、透明膜９の表面の凹レンズ１０（またはＶ字面）の中央部近傍に入射した入射光（図３に矢印１１で示す）、および、凹レンズ１０に対してその入射光（図３に矢印１１で示す）よりも周縁部側に入射した入射光（図３で矢印１２および１３で示す）は、凹レンズ１０の表面で屈折して透明膜９内を進行し、さらに、画素分離膜７の側面によって光電変換部２に向かって屈折される。そして、画素分離膜７の内部、絶縁膜６、層間膜３を通って光電変換部２の受光面に到達し、光電変換部２にて、信号電荷が励起される。
【００４２】
したがって、図３に示す固体撮像装置では、透明膜９の各凹レンズ１０の間の表面および凹レンズ１０内に入射した入射光のほとんどが光電変換部２の受光面に照射され、光電変換部２の光感度を向上させることができる。
【００４３】
尚、透明膜９の屈折率ｎ２は、マイクロレンズ１５の屈折率ｎ３よりも小さい（ｎ２＜ｎ３）ために、マイクロレンズ１５に対して反射防止膜としての機能も有しており、従来の固体撮像装置のマイクロレンズ表面における入射光の反射が、透明膜９よって低減される。
【００４４】
図４は、本発明の第４の実施形態である固体撮像装置の要部の概略断面図である。第４の実施形態の固体撮像装置では、各画素分離膜７に形成されるマイクロレンズ１５の底面は、画素分離膜７の上面よりも広く、その周縁部が画素分離膜７の上面の周囲に配置されている。そして、隣接する溝部８内にのみ透明膜９がそれぞれ設けられて、各透明膜９にて凹レンズ１０（またはＶ字面）がそれぞれ形成されている。各透明膜９の両側の上端面は、マイクロレンズ１５の底面にてそれぞれ覆われている。その他の構成は、図３に示す固体撮像装置と同様になっている。
【００４５】
図４に示す固体撮像装置では、絶縁膜６上に傾斜した側面を有する四角錐台形状の画素分離膜７を積層し、画素分離膜７上に画素分離膜７よりも屈折率の低い透明膜９を、第１の実施形態の固体撮像装置において説明した手順に基づいて、同様に積層し、その後、画素分離膜７の平坦な上面に積層された透明膜９を除去する。画素分離膜７の上面に積層されている透明膜９の除去方法としては、例えば、透明膜９が凹レンズ１０を有する場合には、膜表面を平坦化する方法であるプラズマによるエッチバックを用いる。この方法では、第１の実施形態の固体撮像装置に設けられている透明膜９の膜厚よりも薄くできるために、表面積の大きな凹面状の凹レンズ１０を形成することができる。
【００４６】
さらに、画素分離膜７の上面に積層されている透明膜９の他の除去方法としては、透明膜９の表面の凹レンズ１０（またはＶ字面）上にフォトレジストによりパターン形成を行い、画素分離膜７の上面の透明膜９のみをドライエッチングし、その後、凹レンズ１０（またはＶ字面）上のフォトレジストを除去する。この方法では、透明膜９の表面上の凹レンズ１０の形状は、第１の実施形態の固体撮像装置の設けられた凹レンズ１０と同様の形状となる。
【００４７】
このように、画素分離膜７の上面の透明膜９を除去し、その後、第３の実施形態の固体撮像装置において説明した手順に基づいてマイクロレンズ１５を画素分離膜７の平坦部上と、四角錐台形状の画素分離膜７の傾斜した側面上の平坦化された一部の透明膜９上とに形成する。尚、マイクロレンズ１５の底面は、透明膜９の表面に形成されている凹レンズ１０（またはＶ字面）の領域に、はみ出さないように設定されている。
【００４８】
このような構成の固体撮像装置では、外部よりマイクロレンズ１５に直接入射する入射光（図４に矢印１６、１７、１８で示す）は、マイクロレンズ１５によって集光されて、画素分離膜７、絶縁膜６、層間膜３を通って光電変換部２の受光面に確実に照射される。尚、透明膜９の表面の凹レンズ１０（またはＶ字面）の中央部近傍に入射した入射光（図４に矢印１１で示す）、および、凹レンズ１０に対してその入射光（図４に矢印１１で示す）よりも周縁部側に入射した入射光（図４に矢印１２および１３で示す）は、凹レンズ１０の表面で屈折して透明膜９内を進行し、さらに、画素分離膜７の側面によって光電変換部２に向かって屈折される。そして、画素分離膜７の内部、絶縁膜６、層間膜３を通って光電変換部２の受光面に到達し、光電変換部２にて信号電荷が励起される。
【００４９】
したがって、図４に示す固体撮像装置では、マイクロレンズ１５および透明膜９の凹レンズ１０内に入射した入射光のほとんどが光電変換部２の受光面に照射され、光電変換部２の光感度を向上させることができる。
【００５０】
また、本発明の第１、第２、第３および第４の実施形態の固体撮像装置をカラーデバイス等に適用する場合は、各実施形態における画素分離膜７をカラーフィルターに置き換えるだけでよい。この場合、カラーフィルターの屈折率ｎ１は、一般的にｎ１＝１．６程度である。絶縁膜６上に四角錐台形状のカラーフィルターを光電変換部２に対向する位置に一定間隔で積層する。例えば、カラーフィルターには、富士フィルムオーリン株式会社製のＣＯＬＯＲ ＭＯＳＡＩＣ ＣＭ−８０００を使用して、０．５μｍ〜１．０μｍの膜厚で積層する。
【００５１】
四角錐台形状のカラーフィルターは、光電変換部２および電荷転送部から成る任意のユニットセル毎にパターン形成されるが、隣接するユニットセルに対する各カラーフィルターのパターンが同時に形成されないように、１つのユニットセルに対する各カラーフィルターのパターン形成は複数回に分けて行われる。このようにして、四角錐台形状のカラーフィルターを全ての光電変換部２に対向する位置にそれぞれ設けることができる。
【００５２】
四角錐台形状のカラーフィルターの側面の傾斜角度は、光源からの光照射量および照射光の焦点によって水平方向に対して４０°〜８０°の範囲で変更される。
【００５３】
画素分離膜７の代わりに四角錐台形状のカラーフィルターを用いる場合には、透明膜９の表面に形成される凹レンズ１０の中心が隣接する各カラーフィルターの境界位置（溝部８の最下部）にほぼ一致するために、任意のカラーフィルターを通過した入射光が隣接するカラーフィルターに対向する位置にある光電変換部２に到達することが抑制され、各カラーフィルター上に形成されるマイクロレンズ１５の加工に際しての寸法のバラツキ等による混色が防止される。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の固体撮像装置は、半導体基板の内部に受光部である複数の光電変換部が一定の間隔をあけて設けられており、半導体基板上に各光電変換部にてそれぞれ生成された信号電荷を転送する電荷転送電極が、各光電変換部の間に、それぞれ設けられるとともに、半導体基板上に各電荷転送電極を埋め込むように絶縁膜が積層されている状態において、絶縁膜上の光電変換部に対向する位置に、画素分離膜がそれぞれ設けられており、隣接する一対の画素分離膜の側面同士の間に所定の角度を有する断面Ｖ字状の溝部が形成されていることによって、光電変換部の光感度を向上させるとともに、選択されていない画素からの信号電荷の漏れよりにじみが生じるスミア現象を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の固体撮像装置の要部の概略断面図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の固体撮像装置の要部の概略断面図である。
【図３】本発明の第３の実施形態の固体撮像装置の要部の概略断面図である。
【図４】本発明の第４の実施形態の固体撮像装置の要部の概略断面図である。
【図５】従来の固体撮像装置の概略断面図である。
【図６】従来の他の固体撮像装置の概略断面図である。
【図７】従来のさらに他の固体撮像装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１    半導体基板
２    光電変換部
３    層間膜
４    電荷転送電極
５    遮光膜
６    絶縁膜
７    画素分離膜
８    溝部
９    透明膜
１０  凹レンズ
１１  入射光
１２  入射光
１３  入射光
１４  溝部
１５  入射光
１６  入射光
１７  入射光
１８  入射光
１９  カラーフィルター
２０  平坦化膜
２１  凹レンズ
２２  中間膜
２３  凹レンズ
２４  中間膜
【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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