(57)【要約】【課題】  シェーディングやクロストークを低減する。【解決手段】  固体撮像素子では、光電変換を行う受光部２と、受光部２に対応するようにオンチップに配置され入射光を受光部２に集光させるマイクロレンズ１２と、を有する画素が、２次元状に複数配置される。マイクロレンズ１２と前受光部２との間に介在されマイクロレンズ１２側に積層された平坦化層１１における、隣接するマイクロレンズ１２間のギャップＬの付近に、受光部１２に対する集光作用を有するレンズ面をなす凹部１１ａが形成される。【選択図】  図２
2006165162.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換を行う受光部と、前記受光部に対応するようにオンチップに配置され入射光を前記受光部に集光させるマイクロレンズと、を有する画素が、２次元状に複数配置された固体撮像素子であって、
前記マイクロレンズと前記受光部との間に介在され前記マイクロレンズ側に積層された１つ以上の層における、隣接する前記マイクロレンズ間のギャップの付近に、前記受光部に対する集光作用を有するレンズ面をなす凹部が形成されたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
前記１つ以上の層は平坦化層を含むことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記１つ以上の層はカラーフィルタ層を含むことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記１つ以上の層は平坦化層及びカラーフィルタ層を含むことを特徴とする請求項１記載の固体撮像素子。
【請求項５】
隣接する前記マイクロレンズ間のギャップをＬとするとともに、前記凹部の深さをｄとするとき、ｄ／Ｌが０．４以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記１つ以上の層のうちの最も前記マイクロレンズ側の層の厚さをＤとするとともに、前記凹部の深さをｄとするとき、ｄ／Ｄは２／３以上であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項７】
前記凹部がなす前記レンズ面は、凹レンズ面であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像素子。
【請求項８】
前記マイクロレンズは凸レンズであり、
前記凹部がなす前記レンズ面は、隣接する前記マイクロレンズのうちの一方のマイクロレンズの面にほぼ連なって当該マイクロレンズの面と共に実質的に一体的な凸レンズ面を形成する第１の面と、隣接する前記マイクロレンズのうちの他方のマイクロレンズの面にほぼ連なって当該マイクロレンズの面と共に実質的に一体的な凸レンズ面を形成する第２の面と、を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズがオンチップに配置された固体撮像素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ビデオカメラや電子カメラが広く一般に普及している。これらのカメラには、ＣＣＤ型やＣＭＯＳ型などの固体撮像素子が使用されている。このような固体撮像素子では、光電変換を行う受光部を有する画素が２次元状に複数配置され、各画素に入射する光は、受光部にて光電変換され信号電荷を生成する。生成された信号電荷、または、信号電荷に応じた電気信号は、ＣＣＤや信号線を介して外部に出力される。
【０００３】
このような固体撮像素子では、集光率を向上させるために、受光部に入射光を集光させるマイクロレンズがオンチップに配置されている（例えば特許文献１）。
【０００４】
特許文献１に開示された固体撮像素子では、受光部が形成された基板上に、層間絶縁膜等、カラーフィルタ層、平坦化層（平坦化膜）が順次積層され、平坦化層上にマイクロレンズが形成されている。マイクロレンズは、樹脂を正方形状等の矩形形状にパターニングし、これを溶融することで半球形状に形成される。この固体撮像素子では、隣接するマイクロレンズ間にはギャップが設けられている。ただし、特許文献１には開示されていないが、マイクロレンズのギャップレス化の技術（隣接するマイクロレンズ間にギャップを実質的に設けない技術）も知られている。
【０００５】
ここで、前記平坦化層が設けられる理由について、説明する。平坦化層を形成する直前の状態の表面は、各種半導体プロセスを経た後であるため、凹凸が生じている。凹凸のある表面上にマイクロレンズを形成すると、パターニングの際、露光時の焦点深度は、露光場所によって異なってくる。このため、マイクロレンズ毎に形状が変化してしまい均一の形状が得られない。さらに、各マイクロレンズにより高さが変わってくるおそれが生ずる。したがって、設計どおりの特性が得られないこととなる。平坦化層は、このような現象を防止するために配置され、マイクロレンズは、平坦化層上に設けられているのである。
【０００６】
そして、特許文献１に開示された固体撮像素子では、平坦化層には何らの凹部が形成されることなく、全面的に平坦となっている。
【特許文献１】特開２００１−１６０９７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、一眼デジタルカメラが注目されている。このようなカメラに搭載される固体撮像素子は、画質を良好にするため一般的な規格とは異なる大型の固体撮像素子が使用される。しかし、前述したような固体撮像素子は、大きいほどシェーディングが生じ易くなる。シェーディングは、素子周辺に入射する光が斜めから入射されることによる画質の低下である。受光部とマイクロレンズとの間隔が増大すると、シェーディングが大きくなる。
【０００８】
また、前述したように、固体撮像素子は、平坦化層などを有するため、受光部とマイクロレンズの間に間隔がある。近年、画素数が増大する傾向にあり、このために微細化が行なわれているが、微細化が進むと、相対的に受光部とマイクロレンズの間の間隔が増大し、このため、クロストークが大きくなる。
【０００９】
前記従来の固体撮像素子では、必ずしも十分にシェーディングやクロストークを低減することができなかった。
【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、シェーディングやクロストークを低減することができる固体撮像素子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】
【００１１】
前記課題を解決するため、本発明の第１の態様による固体撮像素子は、光電変換を行う受光部と、前記受光部に対応するようにオンチップに配置され入射光を前記受光部に集光させるマイクロレンズと、を有する画素が、２次元状に複数配置された固体撮像素子であって、前記マイクロレンズと前記受光部との間に介在され前記マイクロレンズ側に積層された１つ以上の層における、隣接する前記マイクロレンズ間のギャップの付近に、前記受光部に対する集光作用を有するレンズ面をなす凹部が形成されたものである。
【００１２】
なお、前記第１の態様において、前記マイクロレンズを構成する材料と、前記１つ以上の層のうちの最もマイクロレンズ側の層を構成する材料とは、異なっていてもよい。
【００１３】
本発明の第２の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記１つ以上の層は平坦化層を含むものである。
【００１４】
本発明の第３の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記１つ以上の層はカラーフィルタ層を含むものである。
【００１５】
本発明の第４の態様による固体撮像素子は、前記第１の態様において、前記１つ以上の層は平坦化層及びカラーフィルタ層を含むものである。
【００１６】
本発明の第５の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第４のいずれかの態様において、隣接する前記マイクロレンズ間のギャップをＬとするとともに、前記凹部の深さをｄとするとき、ｄ／Ｌが０．４以上であるものである。ｄ／Ｌは、０．７以上であることがより好ましく、０．９以上であることがより一層好ましい。
【００１７】
本発明の第６の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第５のいずれかの態様において、前記１つ以上の層のうちの最も前記マイクロレンズ側の層の厚さをＤとするとともに、前記凹部の深さをｄとするとき、ｄ／Ｄは２／３以上であるものである。
【００１８】
本発明の第７の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第６のいずれかの態様において、前記凹部がなす前記レンズ面は、凹レンズ面であるものである。
【００１９】
本発明の第８の態様による固体撮像素子は、前記第１乃至第６のいずれかの態様において、前記マイクロレンズは凸レンズであり、前記凹部がなす前記レンズ面は、隣接する前記マイクロレンズのうちの一方のマイクロレンズの面にほぼ連なって当該マイクロレンズの面と共に実質的に一体的な凸レンズ面を形成する第１の面と、隣接する前記マイクロレンズのうちの他方のマイクロレンズの面にほぼ連なって当該マイクロレンズの面と共に実質的に一体的な凸レンズ面を形成する第２の面と、を有するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、マイクロレンズのみならずその下側の１つ以上の層を、全体として実効的な１つのマイクロレンズとして集光作用をなすようにすることができ、これにより、マイクロレンズと受光部との間の間隔を狭めたのと同様の状態を実現することができる。したがって、本発明によれば、シェーディングやクロストークを低減させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明による固体撮像素子について、図面を参照して説明する。
【００２２】
［第１の実施の形態］
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子１を模式的に示す概略平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ’部の概略断面図である。
【００２４】
本実施の形態による固体撮像素子１は、図１に示すように、ＣＣＤ型固体撮像素子として構成され、光電変換を行うフォトダイオード等の受光部２と、受光部２で生成された信号電荷を転送する垂直ＣＣＤ３及び水平ＣＣＤ４と、出力アンプ５とを有する。画素６は、受光部２と垂直ＣＣＤ３の一部とを有し、２次元状に複数配置されている。
【００２５】
なお、本発明は、例えば、ＣＭＯＳ型固体撮像素子に適用してもよい。この場合においては、各画素に画素アンプが配置され、ＣＣＤ３，４の代わりに垂直信号線及び水平信号線が設けられる。そして、受光部にて生成された信号電荷に対応して増幅された電気信号が、各画素から出力される。
【００２６】
図２に示すように、受光部２は、シリコン基板等の半導体基板７に設けられている。固体撮像素子１は、受光部２に対応した開口部８ａを有する遮光膜８を有している。遮光膜８は、受光部２以外へ入射しようとする光を遮光し、画素内外に設けられるトランジスタ等の領域に光が入射してこれらのトランジスタ等が誤動作することを防止する。本実施の形態では、遮光膜８は、ＣＣＤ電極と兼用されており、層間絶縁膜９で覆われている。
【００２７】
各受光部２上には、ＲＧＢのカラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂのいずれかが絶縁膜９を介してオンチップに配置されている。図２においては、緑のカラーフィルタ層１０Ｇ、青のカラーフィルタ層１０Ｂが示されている。なお、本実施の形態では、カラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの配列として、ベイヤー配列が採用されている。カラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、いずれも同一の幅、同一の面積を有している。カラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂの材料としては、例えば、顔料により着色されたフォトレジストのような感光性ポリマーを用いることができる。
【００２８】
カラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ上に平坦化層（平坦化膜）１１が積層され、更に平坦化層１１上にマイクロレンズ１２が配置されている。マイクロレンズ１２は、受光部２に対応してオンチップに配置され、入射光を受光部２に集光させる。本実施の形態では、マイクロレンズ１２は凸レンズとなっている。隣接するマイクロレンズ１２間には、ギャップＬが設けられている。ギャップＬは、隣接するマイクロレンズ１２間の最短距離である。
【００２９】
平坦化層１１における、隣接するマイクロレンズ１２間のギャップＬ付近には、受光部２に対する集光作用を有するレンズ面をなす凹部１１ａが形成されている。本実施の形態では、凹部１１ａは、図２に示すように、凹レンズ面をなすように形成されている。本実施の形態では、この凹レンズ面と、マイクロレンズ１２のなす凸レンズ面とが連続して接続されているように形成されている。
【００３０】
マイクロレンズ１２の材料としては、例えば、ポリスチレン系樹脂や、ポリイミド系樹脂を用いることができる。平坦化層１１の材料としては、例えば、メタクリル樹脂とアクリルモノマーとの混合物や、感光剤（数ｗｔ％）と溶剤が主成分のものや、感光性アクリル樹脂ベースの透明コート材などを用いることができる。
【００３１】
なお、図２において、入射光は素子面に対して垂直の方向から入射されることを想定している。したがって、図２では、マイクロレンズ１２及びカラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、受光部２の真上に配置されている。しかし、マイクロレンズ１２及びカラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、例えば前記特許文献１に開示されている固体撮像素子と同様に、シェーディングを低減する目的などで、受光部２に対して図の横方向にずらして配置してもよい。このような配置においても、横方向にずれているものの、マイクロレンズ１２及びカラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂは、受光部２に対応して配置される。
【００３２】
次に、本実施の形態による固体撮像素子１の製造方法の一例について、図３及び図４を参照して説明する。図３及び図４は、この製造方法の各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図であり、図２に対応している。
【００３３】
まず、シリコン基板７上に、受光部２の他、周辺回路等を形成し、配線や遮光膜８などの金属パターンを形成した後、周知の方法に従い、絶縁膜９上にカラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを形成する。そして、これらのプロセスによって生じた表面の凹凸を平坦にする平坦化層１１を形成する。平坦化層１１の厚さＤ（図２参照）は、例えば、０．７μｍとする。この状態を示したのが図３（ａ）である。
【００３４】
次いで、平坦化層１１上に、凹部１１ａを形成するためのレジストパターン２１を形成する（図３（ｂ））。レジストパターン２１の部分は、後にマイクロレンズ１２が配置される部分である。このため、隣接するレジストパターン２１間のギャップＬ’は、隣接するマイクロレンズ１２間のギャップＬと等しくする。ギャップＬ’，Ｌは、例えば、０．７μｍとする。
【００３５】
引き続いて、レジストパターン２１をマスクとして、例えばドライエッチングにより等方的にエッチングを行ない、平坦化層１１に凹部１１ａを形成する（図３（ｃ））。このとき、凹部１１ａの深さｄの所望の値によっては、ギャップＬ’，Ｌの寸法との関係に従い、等方的なエッチングに代えて、異方的なエッチングを行ってもよい。このエッチングの深さ（凹部１１ａの深さｄ（図２参照））は、例えば、平坦化層１１の厚さＤのおよそ２／３である０．５μｍとする。
【００３６】
その後、レジストパターン２１を除去した後、マイクロレンズ層２２を例えば２．５μｍの膜厚で形成する（図４（ａ））。
【００３７】
次に、マイクロレンズ層２２における凹部１１ａの部分を除去するようにマイクロレンズ層２２をパターニングして、マイクロレンズ１２の前駆体２３を形成する（図４（ｂ））。最後に、前駆体２３をリフローして、マイクロレンズ１２を形成する。これにより、本実施の形態による固体撮像素子１が完成する。
【００３８】
本実施の形態では、前述したように、マイクロレンズ１２の下地を平坦化する目的で設けられている平坦化層１１に凹部１１ａを形成している。これによって、マイクロレンズ１２のみならずその下側の平坦化層１１を、全体として実効的な１つのマイクロレンズとして集光作用をなすようにすることができる。すなわち、マイクロレンズ１２、及び、その下側の平坦化層１１における凹部１１ａで囲まれた部分（図２において、平坦化層１１の上面から下側にｄだけ離れた横線を引いたときに、平坦化層１１における当該横線より上側の部分）とが、全体として実効的なマイクロレンズとなる。
【００３９】
本実施の形態によれば、マイクロレンズ１２の下面の位置に比べて、前述した実効的なマイクロレンズの下面がｄだけ下がることになる。これにより、マイクロレンズと受光部２との間の間隔を狭めたのと同様の状態となる。したがって、本実施の形態によれば、シェーディングやクロストークは低減される。また、凹部１１ａが受光部２に対する集光作用を有するレンズ面（本実施の形態では、凹レンズ面）をなすので、受光部２に対する集光率も向上する。
【００４０】
ここで、本実施の形態と比較される比較例による固体撮像素子３１を、図５に示す。図５は、固体撮像素子３１を模式的に示す概略断面図であり、図２に対応している。図５において、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００４１】
この比較例による固体撮像素子３１が本実施の形態による固体撮像素子１と異なる所は、平坦化層１１には凹部１１ａが形成されることなく、全面的に平坦となっている点のみである。この比較例は前述した従来技術に相当している。
【００４２】
この比較例では、平坦化層１１に凹部１１ａが形成されていないので、マイクロレンズ１２のみが実効的なマイクロレンズとなる。よって、この比較例では、実効的なマイクロレンズの下面が、本実施の形態に比べてｄだけ高くなってしまい、その分、本実施の形態に比べてシェーディングやクロストークが増大してしまう。また、この比較例では、平坦化層１１に凹部１１ａが形成されていないので、本実施の形態に比べて、受光部２に対する集光率も低下してしまう。
【００４３】
本実施の形態では、凹部１１ａが形成されていれば、その深さｄがどんなに浅くても、前述した効果が生ずる。しかしながら、深さｄが深いほど、前述した効果が高まる。凹部１１ａの深さｄが、最もマイクロレンズ１２側の層である平坦化層１１の厚さＤの２／３以上であると、前述した効果が比較的高まるので、ｄ／Ｄは２／３以上であることが好ましい。
【００４４】
ところで、以下に説明するシミュレーションの結果から、集光率を比較的顕著に高めるためには、凹部１１ａの深さｄと隣接するマイクロレンズ１２間のギャップＬとの比率であるｄ／Ｌが、０．４以上であることが好ましいことが、判明した。
【００４５】
本実施の形態による固体撮像素子１について、マイクロレンズ１２の膜厚Ｃ（マイクロレンズ１２の下面から頂点までの距離。図２参照）を一定（例えば、Ｃ＝２〜３μｍの間の一定値）として、ｄ／Ｌの比率を変化させてその各値に対して得られる集光率を、シミュレーションにより計算した。そのシミュレーション結果として、図６に示すグラフを得た。図６は、ｄ／Ｌの比率に対する集光力の依存性を示すグラフである。
【００４６】
本シミュレーションではＡＰＳ−Ｃサイズの大型撮像素子を想定しており、撮像面中心部と撮像面周辺部について、各Ｆ値の光学系条件下での集光率を計算した。また、計算により得られた集光率は、ｄ／Ｌ＝０の場合におけるＦ値２．８の光学系条件下における撮像面中心部での集光率を１として正規化した。ここでは、この正規化した集光率を、集光力と呼ぶ。
【００４７】
本シミュレーションでは、ｄ／Ｌ＝０の場合は、図２において、ギャップＬを所定値として、凹部１１ａを形成しない（すなわち、ｄ＝０である）ものとして、集光率を計算した。また、ｄ／Ｌ≠０の場合は、計算を簡略化するため、本実施の形態による固体撮像素子１を、図７に示すような、マイクロレンズ１１２をリフローによりギャップレス化した固体撮像素子１０１であると近似し、これを用いて集光率を計算した。このとき、マイクロレンズ１１２，１２の屈折率は互いに同一であるとともに、平坦化層１１１，１１の屈折率は互いに同一であるとしたが、マイクロレンズ１１２の膜厚Ｃ’は、Ｃ’＝ｄ＋Ｃとし、平坦化層１１１の膜厚Ｄ’は、Ｄ’＝Ｄ−ｄとした。ｄ／Ｌの変化に従ってｄを変化させるとき、これに応じてＣ’，Ｄ’を変化させた。マイクロレンズ１１２は、図２中のマイクロレンズ１２及び平坦化層１１の上側部分を近似したものに相当している。平坦化層１１１は、平坦化層１１の下側部分に相当している。
【００４８】
また、図６に示すシミュレーション結果を評価するための評価基準を得るために、図７に示すような、マイクロレンズ１１２をリフローによりギャップレス化した固体撮像素子１０１について、マイクロレンズ１１２の膜厚Ｃ’を一定として、平坦化層１１１の膜厚Ｄ’を変化させてその各値に対して得られる集光率を、シミュレーションにより計算した。そのシミュレーション結果として、図８に示すグラフを得た。図８は、平坦化層１１１の膜厚に対する集光力の依存性を示すグラフである。なお、膜厚Ｄ’以外の条件については、この評価基準を得るためのシミュレーションにおいても、図６に示すシミュレーション結果を得た素子構造と同一条件である。
【００４９】
また、図８は、図６と同一のマイクロレンズ膜厚で、リフローによりギャップレス化した場合の、平坦化層の膜厚に対する集光力の依存性を示している。図８からわかることは、マイクロレンズ膜厚一定で、ギャップレス化する場合には、マイクロレンズの曲率半径が大きくなり、マイクロレンズの集光力が弱まるために、焦点距離が遠くなることである。そのために、受光部へ焦点を合わせて集光力を向上するためには平坦化層を厚くする等、マイクロレンズと受光部との間の距離を長くすることが必要となる。図６に示す結果から、平坦化層の膜厚やマイクロレンズ膜厚等を含めた素子構造が同一で、マイクロレンズのギャップがＬの構造をとる場合に、平坦化層の膜厚に深さｄの凸形状を形成することにより、図８の最大集光力と同等の集光力を得られることが示される。
【００５０】
図８に示すグラフから、各Ｆ値での最大集光力は、下記の表１に示す通りである。
【００５１】
【表１】
2006165162.tif 000003
【００５２】
図６に示すグラフから、表１に示す最大集光力を上回るｄ／Ｌの条件は、下記の表２の通りである。
【００５３】
【表２】
2006165162.tif 000004
【００５４】
表２から、ｄ／Ｌ≧０．４で、凹部１１ａによる集光力の上昇効果が、Ｆ値２．８・撮像周辺部において比較的顕著に現れることがわかる。また、ｄ／Ｌ≧０．７で、凹部１１ａによる集光力の上昇効果が、Ｆ値２．８・撮像周辺部、及び、Ｆ値８・撮像中心部において比較的顕著に現れることがわかる。さらに、ｄ／Ｌ≧０．８で、凹部１１ａによる集光力の上昇効果が、Ｆ値２．８・撮像周辺部、Ｆ値８・撮像中心部、及び、Ｆ値８・撮像周辺部において比較的顕著に現れることがわかる。さらにまた、ｄ／Ｌ≧０．９で、凹部１１ａによる集光力の上昇効果が、Ｆ値２．８・撮像周辺部、Ｆ値８・撮像中心部、Ｆ値８・撮像周辺部、及び、Ｆ値２．８・撮像中心部の全てにおいて比較的顕著に現れることがわかる。
【００５５】
このことから、集光率を比較的顕著に高めるためには、ｄ／Ｌは、０．４以上であることが好ましく、０．７以上であることがより好ましく、０．８以上であることが一層好ましく、０．９以上であることがより一層好ましいことが、判明した。
【００５６】
［第２の実施形態］
【００５７】
図９は、本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子４１を模式的に示す概略断面図であり、図２に対応している。図９において、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００５８】
本実施形態による固体撮像素子４１が第１の実施形態の固体撮像素子１と異なる点は、凹部１１ａが凹レンズをなすように形成される代わりに、凹部１１ａが、隣接するマイクロレンズ１２のうちの一方のマイクロレンズ１２の面にほぼ連なって当該マイクロレンズ１２の面と共に実質的に一体的な凸レンズ面を形成する第１の面１１ｂと、隣接するマイクロレンズ１２のうちの他方のマイクロレンズ１２の面にほぼ連なって当該マイクロレンズ１２の面と共に実質的に一体的な凸レンズ面を形成する第２の面１１ｃと、を有するレンズ面をなすように形成されている点のみである。
【００５９】
本実施の形態によっても、前記第１の実施形態と同様に、受光部２とマイクロレンズとの間隔を狭めたのと同様の状態となる。このため、本実施の形態によれば、シェーディングやクロストークは低減される。また、本実施の形態においても、凹部１１ａが受光部２に対する集光作用を有するレンズ面（本実施の形態では、第１及び第２の面１１ｂ，１１ｃ）をなすので、受光部２に対する集光率も向上する。
【００６０】
本実施の形態による固体撮像素子４１も、第１の実施の形態による固体撮像素子１と同様に、図７に示すような、マイクロレンズ１１２をリフローによりギャップレス化した固体撮像素子１０１であると近似することができる。よって、前記第１の実施の形態の説明におけるシミュレーションに関連する説明は、同様に本実施の形態に対しても成立する。したがって、本実施の形態においても、集光率を比較的顕著に高めるためには、ｄ／Ｌは、０．４以上であることが好ましく、０．７以上であることがより好ましく、０．８以上であることが一層好ましく、０．９以上であることがより一層好ましい。
【００６１】
次に、本実施の形態による固体撮像素子４１の製造方法の一例について、図１０乃至図１２を参照して説明する。図１０乃至図１２は、この製造方法の各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図であり、図９に対応している。
【００６２】
まず、シリコン基板７上に、受光部２の他、周辺回路等を形成し、配線や遮光膜８などの金属パターンを形成した後、周知の方法に従い、絶縁膜９上にカラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを形成する。そして、これらのプロセスによって生じた表面の凹凸を平坦にする平坦化層１１を形成する。平坦化層１１の厚さＤ（図９参照）は、例えば、０．７μｍとする。この状態を示したのが図１０（ａ）である。
【００６３】
次いで、平坦化層１１上に、レジストパターン５１を形成する（図１０（ｂ））。そして、レジストパターン５１をリフロー処理する。これにより、レジストパターン５１は、角部が丸くなり、断面が円弧状になる。また、このとき、レジスト５１の間隔は無いか、極めて狭いように処理する。この状態を示したのが図１１（ａ）である。
【００６４】
引き続いて、平坦化層１１をドライエッチングして、断面Ｖ字状の凹部１１ａを形成する。リフロー処理したレジスト５１にてエッチングを行なうと、レジスト５１の形状が転写されるようにエッチングされる。いわゆる、エッチバックと言われる処理法である。ここでは、エッチングの深さ（凹部１１ａの深さ（図９）参照）は、例えば、平坦化層１１の厚さＤの２／３程度で止めている。この状態を示したのが図１１（ｂ）である。
【００６５】
その後、レジストパターン５１を除去する（図１１（ｃ））。次に、マイクロレンズ層５２を例えば２．５μｍの膜厚で形成し（図１２（ａ））、マイクロレンズ層５２における凹部１１ａの部分を除去するようにマイクロレンズ層５２をパターニングして、マイクロレンズ１２の前駆体５３を形成する（図１２（ｂ））。最後に、前駆体５３をリフローして、マイクロレンズ１２を形成する。これにより、本実施の形態による固体撮像素子４１が完成する。
【００６６】
このような製造方法を採用すれば、マイクロレンズ層５２から形成されたマイクロレンズ１２は、ドライエッチングを用いずに加工することが可能となる。したがって、マイクロレンズ１２には、ドライエッチングによる表面の荒れなどが生ずることは無い。
【００６７】
なお、レジスト５１のリフロー工程を省略し、マイクロレンズ層５２をパターニング、リフロー処理、エッチバックすることによっても同様な構造が形成される。このようにすれば、レジスト５１のリフロー工程が無くなることにより、全体の工程が短くなる。しかし、マイクロレンズ１２がドライエッチングにより形成されるので、マイクロレンズ１２の表面が荒れてしまう。
【００６８】
［第３の実施形態］
【００６９】
図１３は、本発明の第３の実施形態による固体撮像素子６１を模式的に示す概略断面図であり、図２に対応している。図１３において、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００７０】
本実施形態の固体撮像素子６１が前記第１の実施の形態と異なる点は、凹レンズ面をなす凹部１１ａが、カラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにまで及んでいる点のみである。このようにすれば、凹部１１ａを前記第１の実施の形態の場合に比べて深くすることができるので、実効的なマイクロレンズの下面をより下げることができ、マイクロレンズと受光部２との間の間隔をより狭めたたのと同様の状態となる。
【００７１】
したがって、本実施の形態によれば、前記第１の実施の形態に比べて、シェーディングやクロストークをより低減させることができる。
【００７２】
［第４の実施形態］
【００７３】
図１４は、本発明の第４の実施形態による固体撮像素子７１を模式的に示す概略断面図であり、図９に対応している。図１４において、図９中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００７４】
本実施形態の固体撮像素子７１が前記第１の実施の形態と異なる点は、前記第３の実施の形態と同様に、断面Ｖ字状の凹部１１ａが、カラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂにまで及んでいる点のみである。本実施の形態によっても、前記第３の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００７５】
［第５の実施形態］
【００７６】
図１５は、本発明の第５の実施形態による固体撮像素子８１を模式的に示す概略断面図であり、図２に対応している。図１３において、図２中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。
【００７７】
本実施形態の固体撮像素子８１が前記第１の実施の形態と異なる点は、平坦化層１１が取り除かれ、凹レンズ面をなす凹部１１ａが、カラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂに形成されている点のみである。この場合、例えば、マイクロレンズ１２をカラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ上に形成する前に、必要に応じて、ＣＭＰ装置等により、カラーフィルタ層１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂを平坦化すればよい。
【００７８】
本実施の形態によっても、前記第３及び第４の実施の形態と同様の利点が得られる。
【００７９】
なお、本実施の形態は前記第１の実施の形態の変形例であるが、その変形と同様の変形を前記第２の実施の形態に適用してもよい。
【００８０】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００８１】
例えば、前記特許文献１の図４には、平坦化層及びカラーフィルタ層が設けられず、層間絶縁膜上に直接にマイクロレンズが配置されている固体撮像素子が、開示されている。本発明は、このような固体撮像素子にも適用することができる。この場合、前記層間絶縁層におけるマイクロレンズ間のギャップの付近に、受光部に対するレンズ面をなす凹部を形成すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子を模式的に示す概略平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ’部の概略断面図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態による固体撮像素子の製造方法の各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図である。
【図４】図３に引き続く各工程を示す図である。
【図５】比較例による固体撮像素子を模式的に示す概略断面図である。
【図６】シミュレーション結果を示すグラフである。
【図７】シミュレーションで用いた固体撮像素子を模式的に示す概略平面図である。
【図８】他のシミュレーション結果を示すグラフである。
【図９】本発明の第２の実施の形態による固体撮像素１を模式的に示す概略断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態による固体撮像素子の製造方法の各工程をそれぞれ模式的に示す概略断面図である。
【図１１】図１０に引き続く各工程を示す図である。
【図１２】図１１に引き続く各工程を示す図である。
【図１３】本発明の第３の実施形態による固体撮像素子を模式的に示す概略断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施形態による固体撮像素子を模式的に示す概略断面図である。
【図１５】本発明の第５の実施形態による固体撮像素子を模式的に示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００８３】
っｓ  １，４１，６１，７１，８１  固体撮像素子
２  受光部
６  画素
１０Ｒ，１０Ｇ，１０Ｂ  カラーフィルタ層
１１  平坦化層
１１ａ  凹部
１１ｂ  第１の面
１１ｃ  第２の面
１２  マイクロレンズ
【図１】
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【図２】
2006165162.tif 000006
【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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