(57)【要約】【課題】混色、ライン濃淡、フリッカー、色シェーディングおよび感度バラツキを低減させる固体撮像装置を提供する。【解決手段】  本発明の固体撮像装置は、単位画素セルの配列を有する固体撮像装置であって、前記単位画素セルは、半導体基板上に形成された光電変換素子と、光電変換素子の上に形成されたカラーフィルターと、カラーフィルターの上に形成されたマイクロレンズとを有し、各カラーフィルターの厚みは中央部よりも周辺部の方が薄く、前記カラーフィルターは、前記単位画素セルの配列の縦方向および横方向において他のカラーフィルターと隣接する。前記カラーフィルターの断面は、例えば、三角形、台形、凸の字形、レンズ形状、又は半楕円形などである。【選択図】        図４
2006066430.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
単位画素セルの配列を有する固体撮像装置であって、
前記単位画素セルは、半導体基板上に形成された光電変換素子と、光電変換素子の上に形成されたカラーフィルターと、カラーフィルターの上に形成されたマイクロレンズとを有し、
各カラーフィルターの厚みは中央部よりも周辺部の方が薄い
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記カラーフィルターは、前記単位画素セルの配列の縦方向および横方向において他のカラーフィルターと隣接する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記カラーフィルターの断面は、台形形状である
ことを特徴する請求項１または２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記カラーフィルターの断面は、中央部から周辺部に下る階段状である
ことを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記カラーフィルターの断面は、上に凸のレンズ形状である
ことを特徴とする請求項１または２記載の固体撮像装置。
【請求項６】
光電変換素子を有する単位画素セルを配列として備える固体撮像装置の製造方法であって、
光電変換素子の上にカラーフィルターを形成する第１ステップと、
カラーフィルターの上にマイクロレンズを形成する第２ステップと
を有し、
前記各カラーフィルターの中央部よりも周辺部が薄い
ことを特徴とする製造方法。
【請求項７】
前記第２ステップは、
カラーフィルター用レジストを塗布するステップと、
塗布されたカラーフィルト用レジストをグレートーンマスクを用いて露光するステップと、
露光後のカラーフィルタ用レジストを現像することによりカラーフィルタを形成するステップと
を有し、
前記グレートーンマスクは各カラーフィルター断面の厚みの応じた階調パターンを有する
ことを特徴とする請求項６記載の製造方法。
【請求項８】
前記グレートーンマスクは、前記単位画素セルの配列の縦方向および横方向においてカラーフィルター同士が隣接するよう、前記階調パターンを有する
ことを特徴とする請求項７記載の製造方法。
【請求項９】
前記グレートーンマスクは、断面が台形状のカラーフィルター断面の厚みに応じた階調パターンを有する
ことを特徴とする請求項７記載の製造方法。
【請求項１０】
前記グレートーンマスクは、断面が中央部から周辺部に下る階段状のカラーフィルターの厚みに応じた階調パターンを有する
ことを特徴とする請求項７記載の製造方法。
【請求項１１】
前記グレートーンマスクは、断面が上に凸のレンズ形状のカラーフィルターの厚みに応じた階調パターンを有する
ことを特徴とする請求項７記載の製造方法。
【請求項１２】
前記カラーフィルターの断面は、中央部から周辺部に下る階段状であり、
前記第２ステップは、
カラーフィルター用レジストと塗布するステップと、
塗布されたカラーフィルト用レジストを第１マスクを用いて露光するステップと、
露光後のカラーフィルター用レジストを現像することにより第１段目のカラーフィルターを形成する現像ステップと、
さらに、カラーフィルター用レジストと塗布するステップと、
塗布されたカラーフィルト用レジストを第２マスクを用いて露光するステップと、
露光後のカラーフィルター用レジストを現像することにより第２段目のカラーフィルターを形成する現像ステップと
を有し、
前記第２マスクは、第１段目よりも小さい上面積の第２段目に対応するパターンを有することを特徴とする請求項６記載の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜５の何れかに記載の固体撮像装置を備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上に形成された光電変換素子と光電変換素子の上に形成されたカラーフィルターとを有する単位画素セルの配列を備える固体撮像装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ（Charge Coupled Device）センサー、ＭＯＳ(Metal Oxide Semiconductor)センサー等の固体撮像装置において、カメラの小型化、高画素化に伴い、カメラレンズと固体撮像素子との短射出瞳距離化とセルの微細化が進んでいる。
【０００３】
図１は特許文献１に開示された固体撮像装置の画素部分の断面図である。特に図１では画素部分の撮像面の周辺部における断面図を示している。この固体撮像装置では、光電変換部フォトダイオード１１上はＢＰＳＧ（Boro-Phospho Silicated Glass）等の平坦化膜１４で平坦され、その上に層内レンズ３が形成されている。その上には、カラーフィルター仕上がりばらつきを低減するため、層内レンズ表面を平坦化する透明膜４が形成され、その上にカラーフィルター２が形成されている。カラーフィルター２は、補色のイエロー、シアン、マゼンタ、グリーンからなるからなるカラーフィルター、または原色のレッド、グリーン、ブルーからなるカラーフィルター等で構成される。撮像面周辺部のフォトダイオード１１に斜め光の受光量改善するために、マイクロレンズ１およびカラーフィルター２は、撮像面の中央部寄りにずれて形成されている。
【０００４】
従来、カラーフィルター層は、例えば、染色法、あるいは染料、顔料を含有したフォトレジスト膜を選択露光、現像処理を施し、目的とする色のカラーフィルターを形成するカラーレジスト法で形成される。そして、マイクロレンズ下平坦膜（透明膜）を形成し、カラーフィルター形成後の表面段差を低減させ、バラツキの少ないマイクロレンズ１を形成する。
【０００５】
特許文献１に開示した改善例によれば、セルの微細化により斜め光からの光感度低下や隣接画素による混色対策として、半導体基板表面からマイクロレンズ下平坦膜１３までの距離を短くすることが必須であり、その手段としてシアンとイエローを重ね合わせて形成するため、カラーフィルター層の中で最も厚膜となる可能性の高い、補色グリーンフィルターの薄膜化を提案している。
【０００６】
ここで、カラーフィルターの製造方法において１色目のカラーフィルター成分で感光剤成分を含まないカラーフィルター被膜を選択エッチングして形成するため、例えば、補色カラーフィルターを製造するときにおいて、グリーンフィルター成分をこの１色目の方法で形成すれば、グリーンフィルター成分を他の色のフィルター成分と同様に薄い膜厚で形成でき、カラーフィルター層の薄膜化が図られる。
【特許文献１】特開２００１−２４９２１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の固体撮像装置では、カメラレンズと固体撮像素子間の短射出瞳距離化と画素サイズの縮小にともない、カラーフィルターの薄膜化だけでは、光感度低下や隣接画素との混色を抑えることが困難であった。それはカラーフィルターの断面エッジ形状にも依存性があり、実際の仕上がりはエッジは垂直に切れず、１番目に形成したカラーフィルターは台形形状（上底寸法＜下底寸法）となり、２番目、３番目に形成されたカラーフィルターは１番目に形成されたカラーフィルターパターンのすきまに埋め込まれるため、上底寸法＞下底寸法となり、図２Ａのように斜めからの入射した光が、隣接画素のカラーフィルターエッジ部を透過し、必要とする分光特性が得られないためである。またこれまでの断面形状では、微細化に伴い、アライメントマージンが低下する問題もある。これは、アライメントずれが発生した場合、図２Ｂのように隣接画素のカラーフィルターの端を透過することにより混色をもたらし、必要とする分光特性が得られないためである。さらに光の入射角度により混色の度合いが変わり、ライン濃淡、フリッカー、色シェーディング、感度バラツキ等の課題があった。ライン濃淡は、例えば原色フィルターの場合に隣接するライン間で各色の配列が異なることからライン間の混色の度合いも異なり、隣接ライン間で濃淡が生じることをいう。フリッカーは、補色フィルターの場合に混色によりフィールド間で分光差が生じることに起因する。色シェーディングは、撮像面の周辺部において中央部とは異なる発色を起こすことをいう。
【０００８】
このように、固体撮像装置の微細化を進めながらも、主要特性である光感度および、隣接画素との混色、ライン濃淡やフリッカー、色シェーディングなどの特性を低下させることのない技術確立が必要とされている。
【０００９】
本発明は、混色、ライン濃淡、フリッカー、色シェーディングおよび感度バラツキを低減させる固体撮像装置および製造方法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】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明の固体撮像装置は、単位画素セルの配列を有する固体撮像装置であって、前記単位画素セルは、半導体基板上に形成された光電変換素子と、光電変換素子の上に形成されたカラーフィルターと、カラーフィルターの上に形成されたマイクロレンズとを有し、各カラーフィルターの厚みは中央部よりも周辺部の方が薄いことを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、斜めからの光に対し、また、微細化に伴ってアライメントずれが発生した場合でも、隣接するカラーフィルター層からの影響を受けにくく、特に撮像面の周辺部に生じやすい混色を防止し、ライン濃淡、フリッカー、色シェーディングを改善し、感度バラツキの低減することができる。
【００１２】
ここで、前記カラーフィルターは、前記単位画素セルの配列の縦方向および横方向において他のカラーフィルターと隣接する構成としてもよい。
この構成によれば、少なくとも配列の縦方向および横方向において隣り合うカラーフィルターは接しており、しかも接する周辺部は中央部よりも薄いので、微細化を容易にしつつ混色を低減し、色感度特性を向上させることができる。
【００１３】
ここで、前記カラーフィルターの断面は、台形形状でとしてもよい。また、前記カラーフィルターの断面は、中央部から周辺部に下る階段状としてもよい。あるいは、前記カラーフィルターの断面は、上に凸のレンズ形としてもよい。
【００１４】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法は、光電変換素子を有する単位画素セルを配列として備える固体撮像装置の製造方法であって、光電変換素子の上にカラーフィルターを形成する第１ステップと、カラーフィルターの上にマイクロレンズを形成する第２ステップとを有し、前記各カラーフィルターの中央部よりも周辺部が薄いことを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記第２ステップは、カラーフィルター用レジストを塗布するステップと、塗布されたカラーフィルト用レジストをグレートーンマスクを用いて露光するステップと、露光後のカラーフィルター用レジストを現像するすることによりカラーフィルターを形成するステップと有し、前記グレートーンマスクは各カラーフィルター断面の厚みの応じた階調パターンを有するようにしてもよい。
【００１６】
この構成によれば、グレートーンマスクの階調に応じて露光量を任意に調整することができ、カラーフィルター用レジストの断面形状の厚みを中央部より周辺部が薄くなるように容易に形成することができる。
【００１７】
ここで、前記グレートーンマスクは、前記単位画素セルの配列の縦方向および横方向においてカラーフィルター同士が隣接するよう、前記階調パターンを有していてもよい。
この構成によれば、少なくとも配列の縦方向および横方向において隣り合うカラーフィルターが接するように製造でき、固体撮像装置の微細化を容易にしつつ混色を低減し、色感度特性を向上させることができる。
【００１８】
ここで、前記グレートーンマスクは、断面が台形状のカラーフィルター断面の厚みに応じた階調パターンを有してもいてもよい。また、前記グレートーンマスクは、断面が中央部から周辺部に下る階段状のカラーフィルターの厚みに応じた階調パターンを有していてもよい。前記グレートーンマスクは、断面が上に凸のレンズ形状カラーフィルターの厚みに応じた階調パターンを有していてもよい。
【００１９】
ここで、前記カラーフィルターの断面は、中央部から周辺部に下る階段状であり、前記第２ステップは、カラーフィルター用レジストと塗布するステップと、塗布されたカラーフィルト用レジストを第１マスクを用いて露光するステップと、露光後のカラーフィルター用レジストを現像することにより第１段目のカラーフィルターを形成する現像ステップと、さらに、カラーフィルター用レジストと塗布するステップと、塗布されたカラーフィルト用レジストを第２マスクを用いて露光するステップと、露光後のカラーフィルター用レジストを現像することにより第２段目のカラーフィルターを形成する現像ステップとを有し、前記第２マスクは、第１段目よりも小さい上面積の第２段目に対応するパターンを有していてもよい。
【００２０】
この構成によれば、グレートーンマスクではなく従来のマスクを用いて、上記固体撮像装置を製造することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の固体撮像装置によれば、斜め光に対する隣接するカラーフィルター層との混色を低減するとともに、カラーフィルターやマイクロレンズのアライメントずれに対しても、同様に混色を防止し、ライン濃淡、フリッカー、色シェーディングを改善し、感度バラツキの低減するでき、微細化をより一層進めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態における固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。図３〜図６は、本実施の形態における固体撮像装置の第１〜第４構成例を示す図である。これらの固体撮像装置は、単位画素セルの配列を有する固体撮像装置である。図３〜図６では配列により構成される撮像面の中央付近の２つの単位画素セルの断面を示している。これらの固体撮像装置は、フォトダイオード（光電変換素子）１１の上に表面をＢＰＳＧ等の平坦化膜１４で平坦化し、その上に層内レンズ３が形成している。その上に、カラーフィルター仕上がりばらつきを低減するため、層内レンズ３をアクリル等の透明な層内レンズ平坦化膜４で平坦化したあと、カラーフィルター２を形成している。
【００２３】
各カラーフィルター２の断面形状は、セル中央部から周辺部に向かうに従い、徐々に薄膜となるか、または、セル周辺部膜厚が中央部膜厚より薄くなるような形状となっている。カラーフィルター２断面のボトム寸法は、単位画素セル配列の縦方向および横方向においてセルサイズと同等に仕上るように形成されている。つまりカラーフィルター２は、単位画素セルの配列の縦方向および横方向において他のカラーフィルターと隣接する。
【００２４】
次に、図３〜図５について構造を説明する。
図３は、実施の形態における固体撮像装置の第１の構成例を示す。フォトダイオード１１の上に表面をＢＰＳＧ等の平坦化膜１４で平坦化し、その上に層内レンズ３を形成している。さらに、カラーフィルターの仕上がりばらつきを低減するため、層内レンズ３をアクリル等の透明な層内レンズ平坦化膜４で平坦化したあと、カラーフィルター２を形成している。
【００２５】
ここで、カラーフィルター２の断面構造は三角形状つまり、各カラーフィルターの断面形状が、セル中央部から周辺部に向かうに従い、徐々に薄膜となるように形成している。その後、アクリル等の透明な平坦化膜１３で平坦化し、マイクロレンズレジストを塗布する。マイクロレンズレジストの塗布後、マスク露光・現像を行い画素毎にマイクロレンズ１形成箇所に選択的にレジストを形成し、紫外線脱色し、熱フローしている。
【００２６】
カラーフィルター２の断面構造を三角形状にすることで、斜め光入射の場合において、隣接画素のカラーフィルター２の端部を通って光が入射されにくくなり、また、カラーフィルター２やマイクロレンズ１の合わせずれが発生した場合でも、各画素に入射した光のうちカラーフィルター２のエッジ部を通過する光が隣接画素のカラーフィルターの端部を通りにくくなるため、混色することを抑制する効果がある。
【００２７】
図４は、本実施の形態における固体撮像装置の第２の構成例を示す。フォトダイオード１１の上に表面をＢＰＳＧ等の平坦化膜１４で平坦化し、その上に層内レンズ３を形成している。さらに、カラーフィルター２の仕上がりばらつきを低減するため、層内レンズ３をアクリル等の透明の平坦化膜４で平坦化したあと、カラーフィルター２を形成している。
【００２８】
カラーフィルター２の断面構造は、上底寸法＜下底寸法となる台形形状、つまり、各カラーフィルター２の断面形状は、セル周辺部は中央部よりも薄くなるようにし、アクリル等の透明な平坦化膜１３で平坦化している。その上に、マイクロレンズレジストを塗布後、マスク露光・現像を行い画素毎にマイクロレンズ１形成部に選択的にレジストを形成し、紫外線脱色し、熱フローしている。
【００２９】
このカラーフィルター２の断面構造を、上底寸法＜下底寸法となる台形形状にすることで、斜め光入射の場合において、隣接画素のカラーフィルター２の端部を通って光が入射されにくくなり、また、カラーフィルター２やマイクロレンズ１の合わせずれが発生した場合でも、各画素に入射した光のうちカラーフィルター２のエッジ部を通過する光が隣接画素のカラーフィルターの端部を通りにくくなるため、混色することを抑制できる効果がある。
【００３０】
図５は、本実施の形態における固体撮像装置の第３の構成例を示す。フォトダイオード１１の上に表面をＢＰＳＧ等の平坦化膜１４で平坦化し、その上に層内レンズ３を形成している。その上に、カラーフィルター２の仕上がりばらつきを低減するため、層内レンズ３をアクリル等の透明な平坦化膜４で平坦化したあと、カラーフィルター２を形成している。カラーフィルター２の断面構造を凸型（凸の字型）構造つまり、各カラーフィルター２の断面形状は、セル周辺部は中央部よりも薄くなるように形成している。その上には、アクリル等の透明な平坦化膜１３で平坦化し、マイクロレンズレジストを塗布後、マスク露光・現像を行い画素毎にマイクロレンズ１形成部に選択的にレジストを形成し、紫外線脱色し、熱フローしている。
【００３１】
このカラーフィルターの断面構造を凸型構造にすることで、斜め光入射の場合において、隣接画素のカラーフィルター２の端部を通って光が入射されにくくなり、また、カラーフィルター２やマイクロレンズ１の合わせずれが発生した場合でも、各画素に入射した光のうちカラーフィルター２のエッジ部を通過する光が隣接画素のカラーフィルターの端部を通りにくくなるため、混色することを抑制できる効果がある。
【００３２】
図６は、実施の形態における固体撮像装置の第４の構成例を示す。フォトダイオード１１の上に表面をＢＰＳＧ等の平坦化膜１４で平坦化し、その上に層内レンズ３を形成している。その上に、カラーフィルター２の仕上がりばらつきを低減するため、層内レンズ３をアクリル等の透明な平坦化膜４で平坦化したあと、カラーフィルター２を形成している。カラーフィルター２の断面構造はマイクロレンズ２の断面構造のような半楕円構造つまり、各カラーフィルター２の断面形状は、セル中央部から周辺部に向かうに従い、徐々に薄くなるように形成している。その上に、アクリル等の透明な平坦化膜１３で平坦化し、マイクロレンズレジストを塗布後、マスク露光・現像を行い画素毎にマイクロレンズ１形成部に選択的にレジストを形成し、紫外線脱色し、熱フローしている。
【００３３】
このカラーフィルターの断面構造を半楕円構造にすることで、斜め光入射の場合において、隣接画素のカラーフィルター２の端部を通って光が入射されにくくなり、また、カラーフィルター２やマイクロレンズ１の合わせずれが発生した場合でも、各画素に入射した光のうちカラーフィルター２のエッジ部を通過する光が隣接画素のカラーフィルターの端部を通りにくくなるため、混色することを抑制できる効果がある。
【００３４】
本実施の形態における固体撮像装置は、第１〜第４の構成例の何れかの構造を有することにより、斜め光における隣接するカラーフィルター層との混色を低減するとともに、カラーフィルター２のアライメントずれに対しても、同様に混色を抑制でき、ライン濃淡、フリッカー、色シェーディングの改善、感度バラツキの低減が可能となる。
【００３５】
次に、図３〜図６に示した固体撮像装置のカラーフィルター部の製造方法について説明する。
図３〜図６に示した固体撮像装置の第１〜第４構成例の何れのカラーフィルター断面形状であっても、層内レンズ平坦化膜４の上にカラーフィルター用レジスト塗布し、グレートーンマスクを使用したうえで露光したあと、現像を行うことにより形成する。このグレートーンマスクは、第１〜第４構成例の何れのカラーフィルター断面形状に応じた階調パターンを有する。なお、染色プロセスを要する場合は染色も実施する。
【００３６】
ここで、グレートーンマスクについて説明する。現行のマスクは、白、黒のパターンを有し、レジストを残す、抜くために用いられる。これに対して、グレートーンマスクとは、グレーの度合いに応じて露光量を調整することにより必要膜厚のレジストを残すために用いられる。グレートーンマスクは、その特性を生かして、マスクで、レジストの仕上がり残膜を調整できるものである。つまり、レジストを「完全に抜く、残す」ではなく、必要な膜厚を残すことができる。例えば、マイクロレンズ２を現行の一般的なマスクで形成する場合、レジスト塗布後、マスクでパターンニングし、矩形形状をつくる。その後熱フローをして形成するが、グレートーンマスクを使った場合、マスクパターンがグレーパターンであるため、必要な残膜が得られるようなグレーパターンマスクにしておけば露光、現像後には、レンズ形状が得られる。
【００３７】
上記グレートーンマスクを用いれば、カラーフィルター２の断面形状は、自在に調整可能である。
図７は、図３〜６の固体撮像装置の製造方法１の工程を示す説明図である。図７ではカラーフィルターレジストがポジ型レジストである場合を示す。また、カラーフィルター２の断面形状は、図３に示した三角形状を代表として図示してある。以下、工程順に説明する。
【００３８】
図７（ａ）に示すように、フォトダイオード１１の上に表面をＢＰＳＧ等の平坦化膜１４で平坦化し、その上に層内レンズ３を形成し、その上に、カラーフィルター２の仕上がりばらつきを低減するため、層内レンズ３をアクリル等の透明な平坦化膜４で平坦化したあと、カラーフィルター用レジストを塗布する。
【００３９】
図７（ｂ）に示すように、グレートーンマスク６を使用して露光および現像する。その際、染色プロセスの場合を染色する。
図７（ｃ）に示すように、現像後のパターンを示す。
【００４０】
図７（ｄ）に示すように、図７（ａ）（ｂ）を繰り返すことにより同様に他色のカラーフィルターも形成する。
図７（ｅ）に示すように、カラーフィルター２上に透明膜１３を形成し、さらに、マイクロレンズ用レジストを塗布、露光，現像，熱フローすることによりマイクロレンズ１を形成する。
【００４１】
なお、図４〜６のような形状に対応するパターンを有するグレートーンマスクを使用することにより、図４〜６の断面形状のカラーフィルターを形成することができる。
図８は、図３〜６の固体撮像装置の製造方法２の工程を示す説明図である。図８ではカラーフィルターレジストがネガ型レジストである場合を示す。また、カラーフィルター２の断面形状は、図３に示した三角形状を代表として図示してある。図８は、図７と比較して、ネガ型レジストの使用に伴い（ｂ）のグレートーンマスクの階調パターンが逆特性になっている点が異なっている。これ以外は、図７と同様であるので説明を省略する。
【００４２】
図９Ａ、図９Ｂは、図５に示した固体撮像装置の第３の構成例（凸の字型）の製造方法の工程を示す説明図である。図９Ａ、図９Ｂでは、カラーフィルターレジストがポジ型レジストの場合を示している。以下、工程順に説明する。
【００４３】
図９Ａ（ａ）に示すように、フォトダイオード１１の上に表面をＢＰＳＧ等の平坦化膜１４で平坦化し、その上に層内レンズ３を形成し、その上に、カラーフィルター２の仕上がりばらつきを低減するため、層内レンズ３をアクリル等の透明な平坦化膜４で平坦化したあと、カラーフィルター用レジストを塗布する。このカラーフィルター用レジストの塗布膜厚は、図７、図８の場合の塗布膜厚の１／２〜２／３程度（例えば、０．５μm〜０．７５μm）でよい。
【００４４】
図９Ａ（ｂ）に示すように、マスク５を使って露光、現像する。カラーフィルター用レジストが染色型である場合は染色する。
図９Ａ（ｃ）に、現像後（または染色後）の断面を示す。
【００４５】
図９Ａ（ｄ）に示すように、再度同色のカラーフィルター用レジストを塗布する。この塗布膜厚は、図７、図８の場合の１／２（例えば、０．５μm）以下でよい。
図９Ｂ（ｅ）に示すように、  図９Ａ（ｂ）で使用したマスクより黒パターンの寸法の小さいマスクを使用して、露光、現像する。なお、図９Ａ（ｂ）と同じマスクを使用して、露光時間を長くしてもよい。
【００４６】
図９Ｂ（ｆ）に、現像後（または染色後）の断面を示す。
図９Ｂ（ｇ）に示すように、他のカラーフィルターも図９Ａ（ａ）〜図９Ｂ（ｅ）と同様にして形成する。
【００４７】
図９Ｂ（ｈ）に示すように、カラーフィルター２上に透明膜１３塗布後、マイクロレンズ用レジストを塗布、露光、現像、脱色、（または熱フロー）することにより、マイクロレンズ１を形成する。
【００４８】
このようにして、図５に示した固体撮像装置の第３の構成例（凸の字型）は、カラーフィルターを２段階に積み上げることにより形成することができる。この場合、グレートーンマスクを使用する必要がなく、白黒マスクで製造することができる。
【００４９】
図１０Ａ、図１０Ｂは、図５に示した固体撮像装置の第３の構成例（凸の字型）の製造方法の工程を示す説明図である。図１０Ａ、図１０Ｂでは、カラーフィルターレジストがネガ型レジストの場合を示している。図１０Ａ、図１０Ｂは、図９Ａ、図９Ｂと比較して、ネガ型レジストの使用に伴い（ｂ）（ｅ）のマスクの白黒パターンが逆特性になっている点が異なっている。これ以外は、図９Ａ、図９Ｂと同様であるので説明を省略する。
【００５０】
なお、ポジ型レジスト使用の図９Ｂ（ｅ）において、図９Ａ（ｂ）と同一マスク使用で、１回目（図９（ｂ））の露光時間以上で、また、ネガレジストの使用の図１０Ｂ（ｅ）において、露光時間を１回目（図１０（ｂ））の露光時間以下で、露光、現像処理を行なえばよい。また、露光時間固定の場合、カラーフィルターの寸法が小さくなるようなマスクを使用し、１回目に形成したカラーフィルターよりパターンの小さい形状を作成すればよい。パターン形成後、染色プロセスの場合は染色も実施する。
【００５１】
図１１Ａ、図１１Ｂは、図６に示した固体撮像装置の第４の構成例（レンズ形状）の製造方法１の工程を示す説明図である。以下、工程順に説明する。
図１１Ａ（ａ）に示すように、層内レンズ３上の平坦化膜４の上に、熱フロー性のあるカラーフィルターレジストを塗布する。
【００５２】
図１１Ａ（ｂ）に示すように、露光、現像することにより色配列で定められた箇所に熱フロー性のあるカラーフィルターレジストを形成する。
図１１Ａ（ｃ）に、現像により形成された熱フロー性カラーフィルターレジストを示す。
【００５３】
図１１Ｂ（ｄ）に示すように、他の色のカラーフィルターレジストも、図１１Ａ（ａ）〜（ｂ）と同様に塗布、露光、現像により形成する。染色プロセスの場合は染色する。
図１１Ｂ（ｅ）に示すように、カラーフィルターレジストを熱フローによりレンズ形状または半楕円形状に仕上げて硬化する。
【００５４】
図１１Ｂ（ｆ）に示すように、カラーフィルター上に透明膜１３とマイクロレンズ１とを形成する。
図１２Ａ、図１２Ｂは、図６に示した固体撮像装置の第４の構成例（レンズ形状）の製造方法２の工程を示す説明図である。以下、工程順に説明する。
【００５５】
図１２Ａ（ａ）に示すように、層内レンズ３上の平坦化膜４の上に、熱フロー性のあるカラーフィルターレジスト２を塗布する。
図１２Ａ（ｂ）に示すように、露光、現像することにより色配列で定められた箇所に熱フロー性のあるカラーフィルターレジストを形成する。
【００５６】
図１２Ａ（ｃ）に、現像により形成された熱フロー性カラーフィルターレジストを示す。
図１２Ｂ（ｄ）に示すように、カラーフィルターレジストを熱フローによりレンズ形状または半楕円形状に仕上げて硬化する。なお、染色プロセスの場合は熱フロー後に染色を行なってもよい。
【００５７】
図１２Ｂ（ｅ）に示すように、他の色のカラーフィルターも図１２Ａ（ａ）〜図１２Ｂ（ｄ）と同様に塗布、露光、現像、熱フロー、硬化により形成する。
図１２Ｂ（ｆ）に示すように、カラーフィルター上に透明膜１３とマイクロレンズ１とを形成する。
【００５８】
このように、図６に示したカラーフィルター２の断面形状がマイクロレンズの断面形状のような半楕円構造の場合、層内レンズ平坦化膜４の上にカラーフィルター用レジスト塗布し、グレートーンマスクを使用した上で露光したあと、現像し、カラーフィルター２の断面形状がマイクロレンズ１の断面形状のような半楕円形状となるようにする。染色プロセスの場合は染色も実施する。
【００５９】
なお、カラーフィルター２の形成においては、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２Ａ、図１２Ｂに示すように、層内レンズの平坦化膜４の上にカラーフィルター用レジスト塗布後、カラーフィルター用レジストを熱フロー性のある材料を使用して、塗布→露光→現像後、熱フローし、カラーフィルター２をマイクロレンズ１の断面形状のような半楕円形状に仕上げるものであって構わない。ここで、カラーフィルター用レジストの熱フローは、図１１のように全てのカラーフィルター２を形成してから一括して熱フローしてレンズ形状にしても良いし、図１２のように各色ごとに塗布→露光→現像→熱フローを繰り返して形成しても構わない。
【００６０】
図１３Ａ、図１３Ｂは、図６に示した固体撮像装置の第４の構成例（レンズ形状）の製造方法３の工程を示す説明図である。以下、工程順に説明する。
図１３Ａ（ａ）に示すように、第１色のカラーフィルターレジストを塗布、露光、現像する。
【００６１】
図１３Ａ（ｂ）に、現像後のカラーフィルターを示す。
図１３Ａ（ｃ）に示すように、他の色のカラーフィルターも図１３Ａ（ａ）、図１３Ａ（ｂ）と同様に形成する。
【００６２】
図１３Ｂ（ｄ）に示すように、熱フロー性のあるレジストを塗布、露光、現像、熱フローすることにより、レンズ形状または半楕円形状に形成する。
図１３Ｂ（ｅ）に示すように、エッチバックすることにより、レジストの形状をカラーフィルター２に転写する。
【００６３】
図１３Ｂ（ｆ）に示すように、カラーフィルター２上に透明膜１３とマイクロレンズ１とを形成する。
このように、層内レンズ平坦化膜４の上にカラーフィルター用レジスト塗布後、カラーフィルター用レジストを塗布し、マスク露光、現像し、断面形状が長方形となるパターンを形成する。その後、その上に熱フロー性のあるレジストを塗布、露光、現像、熱フローし、エッチバックし、熱フローしてレンズ形状になったレジスト形状をカラーフィルターに転写する。
【００６４】
図１４Ａ、図１４Ｂは、図６に示した固体撮像装置の第４の構成例（レンズ形状）の製造方法４の工程を示す説明図である。以下、工程順に説明する。
図１４Ａ（ａ）に示すように、第１色のカラーフィルターレジストを塗布、露光、現像する。
【００６５】
図１４Ａ（ｂ）に示すように、現像後のカラーフィルターを示す。
図１４Ａ（ｃ）に示すように、他の色のカラーフィルターも図１４Ａ（ａ）、図１４Ａ（ｂ）と同様に形成する。
【００６６】
図１４Ａ（ｄ）に示すように、カラーフィルターに形状を転写するレジスト１０（ポジ型レジスト）を塗布する。
図１４Ｂ（ｅ）に示すように、レジスト１０をグレートーンマスクで露光、現像することにより、レジスト１０を転写用のレンズ形状に形成する。
【００６７】
図１４Ｂ（ｆ）に示すように、転写用レンズ形状が形成されたレジスト１０を示す。
図１４Ｂ（ｇ）に示すように、エッチバックすることにより、レジスト１０の形状をカラーフィルター２に転写する。
【００６８】
図１４Ｂ（ｈ）に示すように、カラーフィルター２上に透明膜１３とマイクロレンズ１とを形成する。
図１５Ａ、図１５Ｂは、図６に示した固体撮像装置の第４の構成例（レンズ形状）の製造方法５の工程を示す説明図である。図１５Ａ、図１５Ｂは、図１４Ａ、図１４Ｂと比較して、ポジ型レジストの代わりにネガ型レジストを使用する点が異なっている。このため図１５Ｂ（ｅ）に示すグレートーンマスクは、図１４Ｂ（ｅ）に示したグレートーンマスクと逆のグレートーン特性を有している。この点以外が同じであるので説明を省略する。
【００６９】
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１５Ａ、図１５Ｂに示すように、層内レンズ平坦化膜４の上にカラーフィルター用レジスト塗布後、カラーフィルター用レジストを塗布、マスク露光、現像し、断面形状が長方形となるパターンを形成する。次にその上にパターンニング可能なレジストを塗布→グレートーンマスクを使用しての露光→現像し、マイクロレンズのような形状を形成し、その後、エッチバックしてレンズ形状をカラーフィルターに転写しても構わない。
【００７０】
なお、図３〜図６に示した断面図では撮像面の中央付近の画素を示しているが、図１、図２Ａ、図２Ｂのように、撮像面周辺ではフォトダイオード１１に斜め光の受光量改善するために、マイクロレンズ１およびカラーフィルター２は、撮像面の中央部寄りにずれて形成されている。このずれは、撮像面の中央付近から周辺部に離れる画素セルほど大きくなるように形成されている。また、マイクロレンズ１のずれはカラーフィルター２のずれよりも大きい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、複数のフォトダイオードを有する固体撮像装置、カメラに適しており、例えば、イメージセンサー、デジタルスチルカメラ、カメラ付き携帯電話機、ノートパソコンに備えられるカメラ、情報処理機器に接続されるカメラユニット等に適している。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】従来技術における層内レンズを有する固体撮像装置の断面構造を示す図である。
【図２Ａ】カラーフィルター薄膜化のみ行った場合の従来断面構造を示す図である。
【図２Ｂ】カラーフィルター薄膜化のみ行った場合の従来断面構造を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態におけるカラーフィルター断面構造が三角形状の固体撮像装置の断面構造を示す図である。
【図４】カラーフィルター断面構造が台形形状の固体撮像装置の断面構造を示す図である。
【図５】カラーフィルター断面構造が凸形状の固体撮像装置の断面構造を示す図である。
【図６】カラーフィルター断面構造がレンズ形状の固体撮像装置の断面構造を示す図である。
【図７】グレートーンマスクによりカラーフィルターを作成する固体撮像装置の製造方法（レジストがポジ型の場合）を示す図である。
【図８】グレートーンマスクによりカラーフィルターを作成する固体撮像装置の製造方法（レジストがネガ型の場合）を示す図である。
【図９Ａ】カラーフィルター断面構造が凸形状の固体撮像装置の製造方法（レジストがポジ型の場合）を示す図である。
【図９Ｂ】図９Ａの続きの製造方法を示す図である。
【図１０Ａ】カラーフィルター断面構造が凸形状の固体撮像装置の製造方法（レジストがネガ型の場合）を示す図である。
【図１０Ｂ】図１０Ａの続きの製造方法を示す図である。本発明の実施の形態のカラーフィルター断面構造が凸形状の固体撮像装置の製造方法（レジストがネガ型の場合）を示す図である。
【図１１Ａ】カラーフィルター断面構造がレンズ形状の固体撮像装置の製造方法１を示す図である。
【図１１Ｂ】図１１Ａの続きの製造方法を示す図である。
【図１２Ａ】カラーフィルター断面構造がレンズ形状の固体撮像装置の製造方法２を示す図である。
【図１２Ｂ】図１２Ａの続きの製造方法を示す図である。
【図１３Ａ】カラーフィルター断面構造がレンズ形状の固体撮像装置の製造方法３を示す図である。
【図１３Ｂ】図１３Ａの続きの製造方法を示す図である。
【図１４Ａ】カラーフィルター断面構造がレンズ形状の固体撮像装置の製造方法４を示す図である。
【図１４Ｂ】図１４Ａの続きの製造方法を示す図である。
【図１５Ａ】カラーフィルター断面構造がレンズ形状の固体撮像装置の製造方法５を示す図である。
【図１５Ｂ】図１５Ａの続きの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  マイクロレンズ
２  カラーフィルター
３  層内レンズ
４  層内レンズ平坦膜
５  マスク
６  グレートーンマスク
７  紫外線
８  マイクロレンズレジスト
１０  レジスト
１１  フォトダイオード
１２  層内レンズ平坦膜
１３  マイクロレンズ下平坦膜
１４  ＢＰＳＧ等の平坦膜
【図１】
2006066430.tif 000003
【図２Ａ】
2006066430.tif 000004
【図２Ｂ】
2006066430.tif 000005
【図３】
2006066430.tif 000006
【図４】
2006066430.tif 000007
【図５】
2006066430.tif 000008
【図６】
2006066430.tif 000009
【図７】
2006066430.tif 000010
【図８】
2006066430.tif 000011
【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
2006066430.tif 000014
【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
2006066430.tif 000016
【図１１Ｂ】
2006066430.tif 000017
【図１２Ａ】
2006066430.tif 000018
【図１２Ｂ】
2006066430.tif 000019
【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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