(57)【要約】【課題】斜め光による隣接画素からの混色を防止可能なオンチップフィルタを有す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、半導体基板１と、半導体基板１にマトリクス状に形成された受光素子２と、受光素子２の上層に形成された複数のカラーフィルタ層８ａ〜８ｃと、複数のカラーフィルタ層８ａ〜８ｃの上層に形成され、受光素子２に光を集光する集光手段とを備え、複数のカラーフィルタ８ａ〜８ｃ同士の間には隙間９が設けられ、前記隙間９には気体が存在している。【選択図】図１
2006295125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板にマトリクス状に形成された受光素子と、
前記受光素子の上層に形成され、隙間によって互いに分離される複数のカラーフィルタ層と、
前記複数のカラーフィルタ層の上層に形成され、前記受光素子に光を集光する集光手段とを備える固体撮像装置であって、
前記隙間には気体が存在している固体撮像装置。
【請求項２】
半導体基板と、
前記半導体基板にマトリクス状に形成された受光素子と、
前記受光素子の上層に形成され、隙間によって互いに分離される複数のカラーフィルタ層と、
前記複数のカラーフィルタ層の上層に形成され、前記受光素子に光を集光する集光手段とを備える固体撮像装置であって、
前記隙間には、前記複数のカラーフィルタよりも光に対する屈折率が低い材質が充填されている固体撮像装置。
【請求項３】
半導体基板と、
前記半導体基板にマトリクス状に形成された受光素子と、
前記受光素子の上層に形成され、隙間によって互いに分離される複数のカラーフィルタ層と、
前記複数のカラーフィルタ層の上層に形成され、前記受光素子に光を集光する集光手段とを備える固体撮像装置であって、
前記隙間には有機顔料層が充填されている固体撮像装置。
【請求項４】
前記半導体基板はチップの一部であって、
前記チップの中央部では前記隙間の側面は上記半導体基板の上面に対して垂直であって、前記チップのうち前記中央部よりも外側に位置する部分では、前記隙間の側面は前記半導体基板の上面に対する垂直方向から傾いている、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記半導体基板はチップの一部であって、
前記受光素子は複数設けられ、
前記チップの中央部では、前記隙間が、隣接する前記受光素子の境界の上方に形成されており、前記チップのうち前記中央部よりも外側に位置する部分では、前記隙間は、隣接する前記受光素子の境界の上方からずれた位置に形成されている、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記隙間は、上に向かって幅が狭くなる形状を有する、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記カラーフィルタの下面上に形成された下地膜をさらに備え、
前記隙間は、前記下地膜にも形成されている、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記カラーフィルタの上面上に形成された平坦化膜をさらに備え、
前記隙間は、前記平坦化膜にも形成されている、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の固体撮像装置を備えたカメラ。
【請求項１０】
半導体基板にマトリクス状に形成された受光素子を有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記受光素子の上層にカラーフィルタ形成用膜を形成する工程（ａ）と、
前記カラーフィルタ形成用膜の上に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層に対して選択的な露光を行うことにより、前記感光性樹脂層に溝状のパターンを形成する工程（ｂ）と、
前記感光性樹脂層をマスクとしてエッチングを行って前記カラーフィルタ形成用膜に溝を形成することにより、複数のカラーフィルタ層を形成する工程（ｃ）と、
前記複数のカラーフィルタ層の上層に、集光手段を形成する工程（ｄ）とを備える固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記工程（ａ）の前に、前記半導体基板に前記受光素子を形成する工程（ｅ）と、前記半導体基板および前記受光素子の上に平坦化膜を形成する工程（ｆ）とをさらに備え、
前記工程（ｃ）の後であって前記工程（ｄ）の前に、前記複数のカラーフィルタ層の上に有機材料からなるシートを貼る工程（ｇ）をさらに備え、
前記工程（ｄ）では、前記シートの上に前記集光手段を形成する、請求項１０に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
半導体基板にマトリクス状に形成された受光素子を有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記受光素子の上層にカラーフィルタ形成用膜を形成する工程（ａ）と、
前記カラーフィルタ形成用膜の上に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層に対して選択的な露光を行うことにより、前記感光性樹脂層に溝状のパターンを形成する工程（ｂ）と、
前記感光性樹脂層をマスクとしてエッチングを行って前記カラーフィルタ形成用膜に溝を形成することにより、複数のカラーフィルタ層を形成する工程（ｃ）と、
前記溝内に、前記複数のカラーフィルタ層よりも光に対する屈折率の低い低屈折率層を形成する工程（ｄ）と、
前記複数のカラーフィルタ層の上層に、集光手段を形成する工程（ｅ）とを備える固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
半導体基板にマトリクス状に形成された受光素子を有する固体撮像装置の製造方法であって、
前記受光素子の上層にカラーフィルタ形成用膜を形成する工程（ａ）と、
前記カラーフィルタ形成用膜の上に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層に対して選択的な露光を行うことにより、前記感光性樹脂層に溝状のパターンを形成する工程（ｂ）と、
前記感光性樹脂層をマスクとしてエッチングを行って前記カラーフィルタ形成用膜に溝を形成することにより、複数のカラーフィルタ層を形成する工程（ｃ）と、
前記溝内に、有機顔料を蒸着する工程（ｄ）と、
前記複数のカラーフィルタ層の上層に、集光手段を形成する工程（ｅ）とを備える固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記工程（ｄ）では、単色または複数色の前記有機顔料を蒸着する、請求項１３記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記工程（ａ）の前に、前記半導体基板に前記受光素子を形成する工程（ｆ）と、前記半導体基板および前記受光素子の上に平坦化膜を形成する工程（ｇ）とをさらに備え、
前記工程（ｄ）の後であって前記工程（ｅ）の前に、前記複数のカラーフィルタ層の上に有機材料からなるシートを貼る工程（ｈ）をさらに備え、
前記工程（ｅ）では、前記シートの上に前記集光手段を形成する、請求項１２または１３に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
集光レンズを有する固体撮像装置の製造方法であって、
複数の受光素子が形成された基板上に、シート状材料を貼る工程（ａ）と、
前記シート状材料の上に、レンズ形状レジストを形成する工程（ｂ）と、
エッチングによって前記レンズ形状レジストの形状を前記シート状材料に転写することにより、前記集光レンズを形成する工程（ｃ）とを備える、固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
前記シート状材料の屈折率は１．６以上である、請求項１６に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１８】
前記シート状材料はカルボジイミド基を含む、請求項１６に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１９】
前記シート状材料はポリイミド樹脂またはフェノール樹脂である、請求項１６に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーのオンチップフィルタを備えた固体撮像装置及びその製造方法並びに前記固体撮像装置を備えたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、光を電荷に変換する光電変換部を有するＣＣＤ固体撮像装置およびＭＯＳ固体撮像装置などの固体撮像装置は、ビデオカメラおよびデジタルスチルカメラあるいはファクシミリなどの様々な画像入力機器に使用されている。
【０００３】
これらの固体撮像装置として、カラーフィルタを備えたカラー固体撮像装置も知られている。従来のカラー固体撮像装置は、例えば、レッド（Ｒ）、ブルー（Ｂ）およびグリーン（Ｇ）の組み合わせからなる原色カラーフィルタ、あるいはシアン（Ｃ）、マゼンタ（Ｍ）、イエロー（Ｙ）およびグリーン（Ｇ）の組み合わせからなる補色カラーフィルタを、固体撮像素子に二次元配列された受光素子の受光面に、一受光素子に一色が対応するように所定のパターンで積層した構成を有する。このように、受光素子の受光面に積層されたカラーフィルタは、一般に、「オンチップフィルタ」と称されている。
【０００４】
ところで、カラー固体撮像装置の受光面への入射光は、必ずしも、受光面に対して垂直かつ互いに並行であるとは限らない。受光面に対して斜め方向から入射した光が、１つのカラーフィルタを斜めに透過し、隣接する受光素子に入射すると、混色が生じてしまうという問題がある。
【０００５】
このような混色の問題を解決するための構造として、フォトダイオード（ＰＤ）が配置する受光画素領域の境界部（画素境界部）に、黒色の遮光膜９６ａ〜９６ｃを設けたカラー固体撮像装置９１が知られている（例えば、特許文献１参照）。図１９は、従来のカラー固体撮像装置の構造を模式的に示す断面図である。図１９に示すカラー固体撮像装置は、以下の工程を経て製造される。
【０００６】
まず、固体撮像素子９１の撮像面上の画素境界部に、可染性樹脂を所定の膜厚にパターニングして黒色染料で染色することにより、第１の遮光膜９６ａを形成する。次に、この遮光膜９６ａで区画された領域のうち所定の領域に、可染性樹脂をパターニングして染色することにより、第１のカラーフィルタ（Ｒ）９３を形成する。
【０００７】
次に、第１の遮光膜９６ａおよび第１のカラーフィルタ９３を形成した受光面上に、透明な防染膜９７を形成し、その上の前記画素境界部に、可染性樹脂を所定の膜厚にパターニングして黒色染料で染色することにより、第２の遮光膜９６ｂを形成する。次に、この遮光膜９６ｂで区画された領域のうち所定の領域に、可染性樹脂をパターニングして染色することにより、第２のカラーフィルタ（Ｇ）９４を形成する。
【０００８】
さらに、上記と同様にして、透明な防染膜９８、第３の遮光膜９６ｃ、第３のカラーフィルタ（Ｂ）９５を形成し、最後に透明な防染膜９９を保護層として形成する。
【０００９】
このように、画素境界部に黒色の遮光膜９６ａ〜９６ｃを形成することにより、例えば、Ｂのカラーフィルタ９５へ斜めに入射してこれを透過した光は、遮光膜９６ａ〜９６ｃによって遮られ、隣接する受光画素領域（ＰＤ部）９２へ入射することがない。これにより、斜め光による混色を防止することが可能となっている。
【００１０】
ところで、固体撮像装置は、基板に形成された各受光部上に、平坦化層、カラーフィルタ層および集光レンズ形成層を有している。現在では、集光レンズを形成する方法として、熱フローによって形成する方法またはドライエッチング技術によって転写する方法が使用されている。
【００１１】
特許文献２に開示されたレンズ形成技術では、感光性レジストを基板の上面全体に塗布して第１の温度で加熱し、そのレジストを選択的に露光してパターンを形成し、そのパターンを全面露光によって脱色する。その後、第２の温度で加熱して熱変形によって形状を形成し、第２の温度よりも高い第３の温度で熱硬化させる。この感光性レジストの屈折率は、空気１に対し１．６程度の値を有している。この感光性レジストからなる集光レンズを用いた場合には、集光レンズを形成しない場合に比べて個々の画素の集光量が増加し、感度がおよそ２倍程度に向上する。しかし、この方法では、感光性レジストには、光学特性だけではなく、塗布特性、パターンニング特性、熱フロー特性および耐熱性など様々な特性が要求される。そのため、材料の選定が容易ではない。換言すれば、感光性レジストの選択によっては、プロセスの精度が問われることとなる。
【００１２】
一方、特許文献３に開示されたレンズ形成技術では、ポリイミド系の非感光性材料を塗布した後に加熱キュアする。その後、非感光性材料の上全体に第１のフォトレジストを塗布し、選択的に露光して第１のフォトレジストのうち電極パッド部の上に位置する部分を除去する。さらに、その上に第２のフォトレジストを全面に塗布し、第２のフォトレジストを受光部に対応して選択的に除去し、その後に加熱を行うことにより第１の集光レンズ原形を形成する。続いて、エッチバックにより第１の集光レンズ原形を第１のフォトレジストに転写して、第２の集光レンズ原型を形成する。その後、非感光性材料に第２の集光レンズ原型を転写して集光レンズを形成する。特許文献２に開示された技術と比較すると、集光レンズとなる材料に求められる特性として、パターンニング特性および熱フロー特性が挙げられないため、材料選択の幅が広がる。
【特許文献１】特開平２−０８４７６６号公報
【特許文献２】特許第２６０４８９０号公報
【特許文献３】特許第３１５８４６６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、上記特許文献１に開示された構成では、（１）黒色の遮光膜の形成、（２）第１のカラーフィルタの形成、（３）防染膜の形成、（４）黒色の遮光膜の形成、（５）第２のカラーフィルタの形成、（６）防染膜の形成、（７）黒色の遮光膜の形成、（８）第３のカラーフィルタの形成、（９）保護層の形成、という多数の工程を必要とする。また、固体撮像装置の小型化や多画素化によって各画素寸法が小さくなり、リソグラフィーによって黒色の遮光膜パターンを形成することが困難であるといった不具合もある。
【００１４】
そこで、本発明の第１の目的は、斜め光による混色を防止することができる微細な画素サイズの固体撮像装置を、より簡単な製造工程によって提供することにある。
【００１５】
一方、特許文献３に開示された技術では、基板上に塗布する非感光性材料を溶剤で希釈する必要があり、材料の保存安定性が悪いという不具合が生じる。また、溶剤で希釈するために、非感光性材料の電子密度が低下し屈折率が下がるという問題がある。
【００１６】
そこで、本発明の第２の目的は、固体撮像素子における集光レンズの製造方法において、保存安定性の高い高屈折率のレンズを容易に形成することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１態様の固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板にマトリクス状に形成された受光素子と、前記受光素子の上層に形成され、隙間によって互いに分離される複数のカラーフィルタ層と、前記複数のカラーフィルタ層の上層に形成され、前記受光素子に光を集光する集光手段とを備える固体撮像装置であって、前記隙間には気体が存在している。
【００１８】
本発明の第１態様の固体撮像装置によれば、ある画素のカラーフィルタに入射した斜め光がカラーフィルタと空気の屈折率差によってカラーフィルタの壁面で反射するため、光の利用効率を高めることができる。また、ある画素のカラーフィルタに入射した斜め光がカラーフィルタの壁面で屈折することにより、隣接する受光素子への進入を防ぐことができる。これにより、斜め光による隣接画素からの混色を防止することができる。本発明の第１態様の固体撮像装置では、従来のようにパターン幅が細い黒染色パターンを形成する必要がないために、微細な画素サイズでも提供することが可能となる。また、従来の固体撮像装置のようにパターン幅の狭い黒色の遮光膜を形成する必要がないために、画素サイズの微細化が可能となる。
【００１９】
本発明の第２態様の固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板にマトリクス状に形成された受光素子と、前記受光素子の上層に形成され、隙間によって互いに分離される複数のカラーフィルタ層と、前記複数のカラーフィルタ層の上層に形成され、前記受光素子に光を集光する集光手段とを備える固体撮像装置であって、前記隙間には、前記複数のカラーフィルタよりも光に対する屈折率が低い材質が充填されている。
【００２０】
本発明の第２態様の固体撮像装置によれば、ある画素のカラーフィルタに入射した斜め光がカラーフィルタと低屈折率層との屈折率差によってカラーフィルタの壁面で反射するため、光の利用効率を高めることができる。また、ある画素のカラーフィルタに入射した斜め光がカラーフィルタの壁面で屈折することにより、隣接する受光素子への進入を防ぐことができる。これにより、斜め光による隣接画素からの混色を防止することができる。本発明の第２態様の固体撮像装置によれば、従来のようにパターン幅が細い黒染色パターンを形成する必要がないために、微細な画素サイズでも提供することが可能となる。また、従来の固体撮像装置のようにパターン幅の狭い黒色の遮光膜を形成する必要がないために、画素サイズの微細化が可能となる。
【００２１】
本発明の第３態様の固体撮像装置は、半導体基板と、前記半導体基板にマトリクス状に形成された受光素子と、前記受光素子の上層に形成され、隙間によって互いに分離される複数のカラーフィルタ層と、前記複数のカラーフィルタ層の上層に形成され、前記受光素子に光を集光する集光手段とを備える固体撮像装置であって、前記隙間には有機顔料層が充填されている。
【００２２】
本発明の第３態様の固体撮像装置によれば、ある画素のカラーフィルタに入射した斜め光がカラーフィルタと有機顔料層との屈折率差によってカラーフィルタの壁面で反射するため、光の利用効率を高めることができる。また、ある画素のカラーフィルタに入射した斜め光がカラーフィルタの壁面で屈折することにより、隣接する受光素子への進入を防ぐことができる。これにより、斜め光による隣接画素からの混色を防止することができる。従来のようにパターン幅が細い黒染色パターンを形成する必要がないために、微細な画素サイズでも提供することが可能となる。また、従来の固体撮像装置のようにパターン幅の狭い黒色の遮光膜を形成する必要がないために、画素サイズの微細化が可能となる。
【００２３】
本発明の第１〜第３態様の固体撮像装置では、前記半導体基板はチップの一部であって、前記チップの中央部では前記隙間の側面は上記半導体基板の上面に対して垂直であって、前記チップのうち前記中央部よりも外側に位置する部分では、前記隙間の側面は前記半導体基板の上面に対する垂直方向から傾いていてもよい。この場合には、チップの周辺部においてカラーフィルタから反射する光のずれを補正することができるため、出力画像の縁部におけるシューディングを防止することができる。
【００２４】
本発明の第１〜第３態様の固体撮像装置では、前記半導体基板はチップの一部であって、前記受光素子は複数設けられ、前記チップの中央部では、前記隙間が、隣接する前記受光素子の境界の上方（半導体基板の上面に対する垂直方向を上下方向とした場合の上方）に形成されており、前記チップのうち前記中央部よりも外側に位置する部分では、前記隙間は、隣接する前記受光素子の境界の上方からずれた位置に形成されていてもよい。この場合には、チップの周辺部においてカラーフィルタから反射する光のずれを補正することができるため、出力画像の縁部におけるシューディングを防止することができる。
【００２５】
本発明の第１〜第３態様の固体撮像装置では、前記隙間は、上に向かって幅が狭くなる形状を有していてもよい。この場合には、隣接するレンズから斜めに入射された光がカラーフィルタの上部を通過する場合に、隣接するカラーとの混色が発生しにくくなり、かつ光の利用効率が高くなる。
【００２６】
本発明の第１〜第３態様の固体撮像装置では、前記カラーフィルタの下面上に形成された下地膜をさらに備え、前記隙間は、前記下地膜にも形成されていてもよい。
【００２７】
本発明の第１〜第３態様の固体撮像装置では、前記カラーフィルタの上面上に形成された平坦化膜をさらに備え、前記隙間は、前記平坦化膜にも形成されていてもよい。
【００２８】
本発明の第１〜第３態様の固体撮像装置を備えたカメラでは、混色が防止される。そのため、画質の優れたディジタルカメラを低コストで実現することができる。
【００２９】
本発明の第１〜第３態様の固体撮像装置において、前記カラーフィルタ層は、例えば、原色ベイヤ配列のカラーフィルタ、原色ストライプ配列のカラーフィルタまたは補色のカラーフィルタで構成することができる。
【００３０】
本発明の第１態様の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板にマトリクス状に形成された受光素子を有する固体撮像装置の製造方法であって、前記受光素子の上層にカラーフィルタ形成用膜を形成する工程（ａ）と、前記カラーフィルタ形成用膜の上に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層に対して選択的な露光を行うことにより、前記感光性樹脂層に溝状のパターンを形成する工程（ｂ）と、前記感光性樹脂層をマスクとしてエッチングを行って前記カラーフィルタ形成用膜に溝を形成することにより、複数のカラーフィルタ層を形成する工程（ｃ）と、前記複数のカラーフィルタ層の上層に、集光手段を形成する工程（ｄ）とを備える。
【００３１】
本発明の第１態様の製造方法により作成した固体撮像装置では、ある画素のカラーフィルタに入射した斜め光がカラーフィルタと空気の屈折率差によってカラーフィルタの壁面で反射するため、光の利用効率を高めることができる。また、ある画素のカラーフィルタに入射した斜め光がカラーフィルタの壁面で屈折することにより、隣接する受光素子への進入を防ぐことができる。これにより、斜め光による隣接画素からの混色を防止することができる。従来のようにパターン幅が細い黒染色パターンを形成する必要がないために、微細な画素サイズでも提供することが可能となる。また、従来の固体撮像装置のようにパターン幅の狭い黒色の遮光膜を形成する必要がないために、画素サイズの微細化が可能となる。
【００３２】
本発明における第１態様の製造方法において、前記工程（ａ）の前に、前記半導体基板に前記受光素子を形成する工程（ｅ）と、前記半導体基板および前記受光素子の上に平坦化膜を形成する工程（ｆ）とをさらに備え、前記工程（ｃ）の後であって前記工程（ｄ）の前に、前記複数のカラーフィルタ層の上に有機材料からなるシートを貼る工程（ｇ）をさらに備え、前記工程（ｄ）では、前記シートの上に前記集光手段を形成してもよい。
【００３３】
本発明における第２態様の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板にマトリクス状に形成された受光素子を有する固体撮像装置の製造方法であって、前記受光素子の上層にカラーフィルタ形成用膜を形成する工程（ａ）と、前記カラーフィルタ形成用膜の上に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層に対して選択的な露光を行うことにより、前記感光性樹脂層に溝状のパターンを形成する工程（ｂ）と、前記感光性樹脂層をマスクとしてエッチングを行って前記カラーフィルタ形成用膜に溝を形成することにより、複数のカラーフィルタ層を形成する工程（ｃ）と、前記溝内に、前記複数のカラーフィルタ層よりも光に対する屈折率の低い低屈折率層を形成する工程（ｄ）と、前記複数のカラーフィルタ層の上層に、集光手段を形成する工程（ｅ）とを備えることを特徴とする。
【００３４】
本発明の第２態様の製造方法により作成した固体撮像装置では、ある画素のカラーフィルタに入射した斜め光がカラーフィルタと低屈折率層との屈折率差によってカラーフィルタの壁面で反射するため、光の利用効率を高めることができる。また、ある画素のカラーフィルタに入射した斜め光がカラーフィルタの壁面で屈折することにより、隣接する受光素子への進入を防ぐことができる。これにより、斜め光による隣接画素からの混色を防止することができる。従来のようにパターン幅が細い黒染色パターンを形成する必要がないために、微細な画素サイズでも提供することが可能となる。また、従来の固体撮像装置のようにパターン幅の狭い黒色の遮光膜を形成する必要がないために、画素サイズの微細化が可能となる。
【００３５】
本発明の第３態様の固体撮像装置の製造方法は、半導体基板にマトリクス状に形成された受光素子を有する固体撮像装置の製造方法であって、前記受光素子の上層にカラーフィルタ形成用膜を形成する工程（ａ）と、前記カラーフィルタ形成用膜の上に感光性樹脂層を形成し、前記感光性樹脂層に対して選択的な露光を行うことにより、前記感光性樹脂層に溝状のパターンを形成する工程（ｂ）と、前記感光性樹脂層をマスクとしてエッチングを行って前記カラーフィルタ形成用膜に溝を形成することにより、複数のカラーフィルタ層を形成する工程（ｃ）と、前記溝内に、有機顔料を蒸着する工程（ｄ）と、前記複数のカラーフィルタ層の上層に、集光手段を形成する工程（ｅ）とを備えることを特徴とする。
【００３６】
本発明の第３態様の製造方法により作成した固体撮像装置では、ある画素のカラーフィルタに入射した斜め光がカラーフィルタと有機顔料層との屈折率差によってカラーフィルタの壁面で反射するため、光の利用効率を高めることができる。また、ある画素のカラーフィルタに入射した斜め光がカラーフィルタの壁面で屈折することにより、隣接する受光素子への進入を防ぐことができる。これにより、斜め光による隣接画素からの混色を防止することができる。従来のようにパターン幅が細い黒染色パターンを形成する必要がないために、微細な画素サイズでも提供することが可能となる。また、従来の固体撮像装置のようにパターン幅の狭い黒色の遮光膜を形成する必要がないために、画素サイズの微細化が可能となる。
【００３７】
本発明の第３態様の製造方法において、前記工程（ｄ）では、単色または複数色の前記有機顔料を蒸着させてもよい。
【００３８】
本発明の第２態様および第３態様の固体撮像装置の製造方法において、前記工程（ａ）の前に、前記半導体基板に前記受光素子を形成する工程（ｆ）と、前記半導体基板および前記受光素子の上に平坦化膜を形成する工程（ｇ）とをさらに備え、前記工程（ｄ）の後であって前記工程（ｅ）の前に、前記複数のカラーフィルタ層の上に有機材料からなるシートを貼る工程（ｈ）をさらに備え、前記工程（ｅ）では、前記シートの上に前記集光手段を形成してもよい。
【００３９】
本発明における第４態様の固体撮像装置の製造方法は、集光レンズを有するイメージセンサーの製造方法であって、複数の受光素子が形成された基板上に、シート状材料を貼る工程（ａ）と、前記シート状材料の上に、レンズ形状レジストを形成する工程（ｂ）と、エッチングによって前記レンズ形状レジストの形状を前記シート状材料に転写することにより、前記集光レンズを形成する工程（ｃ）とを備える。
【００４０】
本発明の第４態様の製造方法によると、集光レンズをシート状材料から形成するため、従来のように、集光レンズの材料を溶剤希釈してワニス状にする必要がない。そのため、集光レンズの保存安定性を向上することができる。さらに、集光レンズの電子密度が低下し屈折率が下がることも防止することができる。
【００４１】
本発明の第４態様の製造方法において、前記シート状材料の屈折率は１．６以上であることが好ましい。この場合には、イメージセンサにおける個々の画素の集光量を効果的に増加させることができる。これにより、イメージセンサの感度を向上させることができる。
【００４２】
本発明の第４態様の製造方法において、屈折率が高いシート状材料には、具体的な例として、カルボジイミド基を含む材料が挙げられる。または、ポリイミド樹脂またはフェノール樹脂といった熱硬化型樹脂が挙げられる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明によれば、斜め光による隣接画素からの混色を防止可能なオンチップフィルタを有する固体撮像装置を、微細な画素サイズでも提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る固体撮像装置について以下に説明する。なお、ここでは、ＣＣＤ固体撮像装置を例示するが、本発明はＣＣＤ固体撮像装置に限らず、ＭＯＳ型固体撮像装置等にも適用可能である。
【００４５】
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、半導体基板１と、半導体基板１の上にマトリクス状に形成された複数の受光部２と、半導体基板１の上において受光部２同士の間に位置する領域に設けられた転送電極３とを有する。
【００４６】
転送電極３は絶縁膜４を介して半導体基板１の上に設けられている。転送電極３および絶縁膜４の上面には、転送電極３へ光が入射することを阻止するための遮光膜５が形成されている。受光部２および遮光膜５の上には、受光部２と転送電極３との段差を一定値以下に平坦化するために、光学的に透過率の高い透明平坦膜６が形成されている。その透明平坦膜６に使用できる膜としては、ＢＰＳＧまたはＳｉＯ2などの無機膜、あるいは、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂またはシリコーン樹脂などがある。
【００４７】
透明平坦膜６の上にはカラーフィルタ下地膜７が形成され、カラーフィルタ下地膜７の上にはカラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃが形成されている。カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃのそれぞれの間には隙間９があり、カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃは互いに離間している。
【００４８】
カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃおよび隙間９の上には、アクリル樹脂からなる平坦化膜１０が形成されている。平坦化膜１０の上には、受光部２のそれぞれと位置合わせされた、入射光を各受光部２に集光させるためのマイクロレンズ１１が形成されている。
【００４９】
本実施形態のマイクロレンズ１１に斜め光ａが入射すると、例えばマイクロレンズ１１および平坦化膜１０を透過した後にカラーフィルタ８ａを透過する。そして、光ａは、カラーフィルタ８ａの側壁（カラーフィルタ８ａと隙間９との境界）に反射または多重反射し、カラーフィルタ８ａの下方に配置する受光部２に入射する。そのため、光の利用効率を高めることができる。また、カラーフィルタ８ａの側壁で反射せずに屈折した光ａも、遮光膜５などに到達するため、隣接する他の受光部２へ入射しない。そのため、各受光部２には斜め光が入射しにくくなり、斜め光に起因する混色が生じにくくなる。
【００５０】
図２は、第１の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。図２に示すように、隙間９は、上に向かって幅が狭くなる三角形状の断面を有していてもよい。
【００５１】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る固体撮像装置について以下に説明する。なお、ここでは、ＣＣＤ固体撮像装置を例示するが、本発明はＣＣＤ固体撮像装置に限らず、ＭＯＳ型固体撮像装置等にも適用可能である。
【００５２】
図３は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。図３に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、半導体基板１と、半導体基板１の上にマトリクス状に形成された複数の受光部２と、半導体基板１の上において受光部２同士の間に位置する領域に設けられた転送電極３とを有する。
【００５３】
転送電極３は絶縁膜４を介して半導体基板１の上に設けられている。転送電極３および絶縁膜４の上面には、転送電極３へ光が入射することを阻止するための遮光膜５が形成されている。受光部２および遮光膜５の上には、受光部２と転送電極３との段差を一定値以下に平坦化するために、光学的に透過率の高い透明平坦膜６が形成されている。その透明平坦膜６に使用できる膜としては、ＢＰＳＧまたはＳｉＯ2などの無機膜、あるいは、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂またはシリコーン樹脂などがある。
【００５４】
透明平坦膜６の上にはカラーフィルタ下地膜７が形成され、カラーフィルタ下地膜７の上にはカラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃが形成されている。カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃのそれぞれの間には、光の屈折率がカラーフィルタよりも低い低屈折率層１２が形成されている。
【００５５】
カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃおよび低屈折率層１２の上には、アクリル樹脂からなる平坦化膜１０が形成されている。平坦化膜１０の上には、受光部２のそれぞれと位置合わせされた、入射光を各受光部２に集光させるためのマイクロレンズ１１が形成されている。
【００５６】
本実施形態のマイクロレンズ１１に斜め光ａが入射すると、例えばマイクロレンズ１１および平坦化膜１０を透過した後にカラーフィルタ８ａを透過する。そして、光ａは、カラーフィルタ８ａの側壁（カラーフィルタ８ａと低屈折率層１２との境界）に反射または多重反射し、カラーフィルタ８ａの下方に配置する受光部２に入射する。または、カラーフィルタ８ａの側壁で反射せずに屈折した光ａも、遮光膜５などに到達するため、隣接する他の受光部２へ入射しない。そのため、各受光部２には斜め光が入射しにくくなり、斜め光に起因する混色が生じにくくなる。
【００５７】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る固体撮像装置について以下に説明する。なお、ここでは、ＣＣＤ固体撮像装置を例示するが、本発明はＣＣＤ固体撮像装置に限らず、ＭＯＳ型固体撮像装置等にも適用可能である。
【００５８】
図４は、第３の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。図４に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、半導体基板１と、半導体基板１の上にマトリクス状に形成された複数の受光部２と、半導体基板１の上において受光部２同士の間に位置する領域に設けられた転送電極３とを有する。
【００５９】
転送電極３は絶縁膜４を介して半導体基板１の上に設けられている。転送電極３および絶縁膜４の上面には、転送電極３へ光が入射することを阻止するための遮光膜５が形成されている。受光部２および遮光膜５の上には、受光部２と転送電極３との段差を一定値以下に平坦化するために、光学的に透過率の高い透明平坦膜６が形成されている。その透明平坦膜６に使用できる膜としては、ＢＰＳＧまたはＳｉＯ2などの無機膜、あるいは、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂またはシリコーン樹脂などがある。
【００６０】
透明平坦膜６の上にはカラーフィルタ下地膜７が形成され、カラーフィルタ下地膜７の上にはカラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃが形成されている。カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃのそれぞれの間には有機顔料層１３が形成されている。
【００６１】
カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃおよび有機顔料層１３の上には、アクリル樹脂からなる平坦化膜１０が形成されている。平坦化膜１０の上には、受光部２のそれぞれと位置合わせされた、入射光を各受光部２に集光させるためのマイクロレンズ１１が形成されている。
【００６２】
本実施形態のマイクロレンズ１１に斜め光ａが入射すると、例えばマイクロレンズ１１および平坦化膜１０を透過した後にカラーフィルタ８ａを透過する。そして、光ａは、カラーフィルタ８ａの側壁（カラーフィルタ８ａと有機顔料層１３との境界）に反射または多重反射し、カラーフィルタ８ａの下方に配置する受光部２に入射する。または、カラーフィルタ８ａの側壁で反射せずに屈折した光ａも、遮光膜５などに到達するため、隣接する他の受光部２へ入射しない。そのため、各受光部２には斜め光が入射しにくくなり、斜め光に起因する混色が生じにくくなる。
【００６３】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る固体撮像装置について以下に説明する。なお、ここではＣＣＤ固体撮像装置を例示するが、本発明はＣＣＤ固体撮像装置に限らず、ＭＯＳ型固体撮像装置等にも適用可能である。
【００６４】
図５は、第４の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。図５に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、半導体基板１と、半導体基板１の上にマトリクス状に形成された複数の受光部２と、半導体基板１の上において受光部２同士の間に位置する領域に設けられた転送電極３とを有する。
【００６５】
転送電極３は絶縁膜４を介して半導体基板１の上に設けられている。転送電極３および絶縁膜４の上面には、転送電極３へ光が入射することを阻止するための遮光膜５が形成されている。受光部２および遮光膜５の上には、受光部２と転送電極３との段差を一定値以下に平坦化するために、光学的に透過率の高い透明平坦膜６が形成されている。その透明平坦膜６に使用できる膜としては、ＢＰＳＧまたはＳｉＯ2などの無機膜、あるいは、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂またはシリコーン樹脂などがある。
【００６６】
透明平坦膜６の上にはカラーフィルタ下地膜７が形成され、カラーフィルタ下地膜７の上にはカラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃが形成されている。カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃのそれぞれの間には隙間９が形成されている。１つのチップ内では、中央から離れるにしたがって、カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃへ入射する光の入射角が大きくなる。そのため、チップ中央から離れたチップ周辺部では、レンズ１１と受光部２の中心は、チップ中央側にずれて形成されている。それに対応するために、本実施形態では、チップの中央から離れるにしたがって、隙間９の側壁の傾きを大きくしている。
【００６７】
カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃおよび隙間９の上には、アクリル樹脂からなる平坦化膜１０が形成されている。平坦化膜１０の上には、受光部２のそれぞれと位置合わせされた、入射光を各受光部２に集光させるためのマイクロレンズ１１が形成されている。
【００６８】
本実施形態では、チップの周辺部においてカラーフィルタから反射する光のずれを補正することができるため、出力画像の縁部におけるシューディングを防止することができる。
【００６９】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る固体撮像装置について以下に説明する。なお、ここでは、ＣＣＤ固体撮像装置を例示するが、本発明はＣＣＤ固体撮像装置に限らず、ＭＯＳ型固体撮像装置等にも適用可能である。
【００７０】
図６は、第５の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。図６に示すように、本実施形態の固体撮像装置は、半導体基板１と、半導体基板１の上にマトリクス状に形成された複数の受光部２と、半導体基板１の上において受光部２同士の間に位置する領域に設けられた転送電極３とを有する。
【００７１】
転送電極３は絶縁膜４を介して半導体基板１の上に設けられている。転送電極３および絶縁膜４の上面には、転送電極３へ光が入射することを阻止するための遮光膜５が形成されている。受光部２および遮光膜５の上には、受光部２と転送電極３との段差を一定値以下に平坦化するために、光学的に透過率の高い透明平坦膜６が形成されている。その透明平坦膜６に使用できる膜としては、ＢＰＳＧまたはＳｉＯ2などの無機膜、あるいは、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂またはシリコーン樹脂などがある。
【００７２】
透明平坦膜６の上にはカラーフィルタ下地膜７が形成され、カラーフィルタ下地膜７の上にはカラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃが形成されている。カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃのそれぞれの間には隙間９が形成されている。１つのチップ内では、中央から離れるにしたがって、カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃへ入射する光の入射角が大きくなる。そのため、チップ中央から離れた周辺部では、レンズ１１と受光部２の中心は、チップ中央側にずれて形成されている。それに対応するために、本実施形態では、チップの中央から離れるにしたがって隙間９の中心を内側にずらして形成している。
【００７３】
本実施形態では、チップの周辺部においてカラーフィルタから反射する光のずれを補正することができるため、出力画像の縁部におけるシューディングを防止することができる。
【００７４】
（第６の実施形態）
次に、本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置について説明する。図７は、本発明の第６の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【００７５】
図７に示すように、本実施形態の固体撮像装置では、隙間９が、カラーフィルタ８ａ〜８ｃの間だけでなく、平坦化膜１０やカラーフィルタ下地膜７にも形成されている。それ以外の構成は、第１の実施形態で述べたのと同じであるので、その説明を省略する。
【００７６】
本実施形態の構成では、隙間９の形成される領域が多くなるので、より多くの光を反射させることができる。これにより、より確実に、光を受光部２に入射させることができる。
【００７７】
なお、図７には、図１に示す構造における隙間９が平坦化膜１０やカラーフィルタ下地膜７にも形成されている場合を示した。しかしながら、図２〜図６に示す構造における隙間９が平坦化膜１０やカラーフィルタ下地膜７に形成されていてもよい。具体的に説明すると、図２に示す構造においては、三角形の断面を有する隙間９が平坦化膜１０やカラーフィルタ下地膜７に形成されていてもよい。図３に示す構造においては、低屈折率層１２が平坦化膜１０やカラーフィルタ下地膜７に形成されていてもよい。図４に示す構造においては、有機顔料層１３が平坦化膜１０やカラーフィルタ下地膜７に形成されていてもよい。図５に示す構造においては、側壁の傾いた隙間９が平坦化層１０やカラーフィルタ下地膜７に形成されていてもよい。図６に示す構造においても、隙間９が平坦化膜１０やカラーフィルタ下地膜７に形成されていてもよい。
【００７８】
（第７の実施形態）
本発明の第７の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について以下に説明する。なお、ここではＣＣＤ固体撮像装置を製造する場合を例示するが、本発明はＣＣＤ固体撮像装置に限らず、ＭＯＳ型固体撮像装置等にも適用可能である。
【００７９】
図８（ａ）〜図１１（ｂ）は、本発明の第７の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。なお、本実施形態の製造方法は、第１の実施形態における固体撮像装置を製造する方法である。
【００８０】
本実施形態における固体撮像装置の製造方法では、まず図８（ａ）に示す工程で、半導体基板１の上に、複数の受光部２をマトリクス状に配列させて形成し、半導体基板１の上において受光部２同士の間に位置する領域に転送電極３を形成する。そして、転送電極３の上に、転送電極３へ光が入射するのを阻止するための遮光膜５を形成する。続いて、受光部２と転送電極３とにより生じる段差を一定値以下に平坦化するために、これらの上に透明平坦膜６を形成する。透明平坦膜６としては、光学的に透過率の高い材料であるＢＰＳＧまたはＳｉＯ2などの無機膜、あるいは、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂またはシリコーン樹脂などを用いる。透明平坦膜６として樹脂を用いた場合には、基板上に膜厚０．５〜５μｍの樹脂を塗布した後に、１８０〜２５０℃の温度で２〜５ｍｉｎの条件で熱硬化を行えばよい。
【００８１】
次に、透明平坦膜６の上に透明樹脂（図示せず）を塗布し、１８０〜２５０℃の温度で２〜５ｍｉｎの条件で熱硬化を行うことにより、膜厚０．０５μｍ〜０．３μｍのカラーフィルタ下地膜７を形成する。カラーフィルタ下地膜７としては、その上に形成するカラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃ（図８（ｂ）等に示す）と密着性が高く、現像残渣が生じず相性のよい、光学的な透過率の高い透明樹脂を用いる。
【００８２】
次に、図８（ｂ）に示す工程で、カラーフィルタ下地膜７の上全体に、ネガ型顔料レジスト（図示せず）を塗布する。この塗布は、３〜５ｃｃのレジストをスピンナーメイン回転１５００〜３０００ｒｐｍで３０秒間供給することにより行う。レジストを塗布した後、８０〜１００℃の温度で３０〜８０秒のプリベークを行う。その後、フォトマスク（図示せず）を用いて紫外線（ｉ線）照射を行うことにより、レジストを選択的に露光する。その後、水溶性アルカリ現像液を用いて現像し、１８０℃〜２５０℃の温度で２〜５ｍｉｎのポストベークを行うことにより、レジストを熱硬化させる。これにより、レジストからなる第１カラーフィルタ８ａを形成する。同様の方法を行うことにより、第２カラーフィルタ８ｂ、第３カラーフィルタ８ｃを形成する。
【００８３】
次に、図８（ｃ）に示す工程で、第１〜第３のカラーフィルタ８ａ〜８ｃの上に、膜厚１．０〜５．０μｍのポジ型感光性樹脂（図示せず）を塗布する。この塗布は、レジストを、メイン回転１５００〜３０００ｒｐｍで３０秒の間供給することにより行う。その後、８０〜１００℃の温度で３０〜８０秒のプリベークを行う。その後、フォトマスク（図示せず）を用いて紫外線（ｉ線）照射を行うことにより、レジストを選択的に露光する。その後、水溶性アルカリ現像液を用いて現像することにより、第１〜第３のカラーフィルタ８ａ〜８ｃのそれぞれの境界に位置する部分を開口するパターン１４を形成する。その後、パターン１４の上からＣＦ4とＯ2の混合ガス等でドライエッチングを行うことにより、第１〜第３のカラーフィルタ８ａ〜８ｃの間に隙間９を形成する。
【００８４】
その後、図９（ａ）に示す工程で、メチルブチルケトンなどの溶剤を用いることにより、カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃの上に残ったパターン１４を除去する。
【００８５】
次に、図９（ｂ）に示す工程で、カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃの上に、平坦化膜１０を形成した後、その上に膜厚０．５〜２．０μｍの高屈折率シート材料（図示せず）を貼り、１８０℃〜２５０℃の温度で２〜５分間の熱硬化を行うことにより、マイクロレンズ１１を形成する。なお、高屈折率シート材料としては、カルボジイミド基を含むシートを用いてもよいし、ポリイミド樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化型シートを用いてもよい。
【００８６】
次に、図１０（ａ）に示す工程で、ノボラック樹脂をメイン回転１５００〜３０００ｒｐｍを３０秒間供給することによりウェハ全面に塗布する。その後、８０〜１００℃の温度で３０〜８０秒間のプリベークを行い、膜厚０．５μｍ〜２．０μｍのレンズ原型層１５を形成する。フォトマスク１６の上から紫外線（ｉ線）照射を行うことにより、レンズ原型層１５に対して選択的な露光を行う。
【００８７】
次に、図１０（ｂ）に示す工程で、水溶性アルカリ現像液を用いて現像することにより、レンズ原型層１５にパターンを形成する。
【００８８】
次に、図１１（ａ）に示す工程で、１３５℃〜２００℃の温度で２〜５分のベークを行うことにより、ノボラック樹脂の表面張力を利用して、レンズ原型層１５の表面を凸レンズ状の曲面にする。
【００８９】
次に、図１１（ｂ）に示す工程で、ドライエッチングによるエッチバックを行うことにより、レンズ原型層１５の形状をマイクロレンズ１１に転写する。このドライエッチングは、レンズ原型層１５とマイクロレンズ１１とのエッチング速度がほぼ等しくなるような条件で行われ、例えば、ＣＦ4とＯ2の混合ガスで行われる。また、このドライエッチングの際に、ＣＦ系デポ物をマイクロレンズ１１の側面に堆積させることによって、転写されたマイクロレンズ１１のレンズギャップをレンズ原型層１５のレンズギャップよりも小さくする。
【００９０】
本実施形態の製造方法により作成した固体撮像装置では、マイクロレンズ１１に斜め光ａが入射すると、例えばマイクロレンズ１１および平坦化膜１０を透過した後にカラーフィルタ８ｂを透過する。そして、光ａは、カラーフィルタ８ｂの側壁（カラーフィルタ８ｂと隙間９との境界）に反射または多重反射し、カラーフィルタ８ｂの下方に配置する受光部２に入射する。または、カラーフィルタ８ｂの側壁で反射せずに屈折した光ａも、遮光膜５などに到達するため、隣接する他の受光部２へ入射しない。そのため、各受光部２には斜め光が入射しにくくなり、斜め光に起因する混色が生じにくくなる。
【００９１】
また、セルサイズを拡大することなく、マイクロレンズの面積を最大限に大きく設置することが可能となる。
【００９２】
（第８の実施形態）
本発明の第８の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について以下に説明する。なお、ここではＣＣＤ固体撮像装置を製造する場合を例示するが、本発明はＣＣＤ固体撮像装置に限らず、ＭＯＳ型固体撮像装置等にも適用可能である。
【００９３】
図１２（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第８の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。なお、本実施形態の製造方法は、第２の実施形態における固体撮像装置を製造する方法である。
【００９４】
本実施形態における固体撮像装置の製造方法では、第７の実施形態において説明した図８（ａ）〜８（ｃ）に示す工程と同様の工程を行う。そして、図８（ｃ）に示す工程で、カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃの間に隙間９を形成した後に、図１２（ａ）に示す工程で、スピンコート法によって隙間９内にフッ素系樹脂からなる低屈折率層１２を塗布して、熱硬化を行う。
【００９５】
次に、図１２（ｂ）に示す工程で、カラーフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃおよび低屈折率層１２の上にアクリル樹脂（図示せず）を塗布し、熱によって硬化することにより、平坦化膜１０を形成する。
【００９６】
次に、図１２（ｃ）に示す工程で、ノボラック樹脂、ポリイミド樹脂またはアクリル樹脂といった樹脂（図示せず）を、メイン回転１５００〜３０００ｒｐｍで３０秒間供給することにより、ウェハ全面に塗布する。その後、８０〜１００℃の温度で３０〜８０秒間のプリベークを行う。その後、フォトマスク（図示せず）の上から紫外線（ｉ線）を照射することにより選択的な露光を行う。その後、水溶性アルカリ現像液を用いて現像を行い、さらに、１３５℃〜２００℃の温度で２〜５分間のベークを行う。これにより、ノボラック樹脂の表面張力を利用して、凸レンズ形状の表面を有するレンズ１１を形成する。
【００９７】
本実施形態の製造方法により作成した固体撮像装置では、マイクロレンズ１１に斜め光ａが入射すると、例えばマイクロレンズ１１および平坦化膜１０を透過した後にカラーフィルタ８ｂを透過する。そして、光ａは、カラーフィルタ８ｂの側壁（カラーフィルタ８ｂと低屈折率層１２との境界）に反射または多重反射し、カラーフィルタ８ｂの下方に配置する受光部２に入射する。または、カラーフィルタ８ｂの側壁で反射せずに屈折した光ａも、遮光膜５などに到達するため、隣接する他の受光部２へ入射しない。そのため、各受光部２には斜め光が入射しにくくなり、斜め光に起因する混色が生じにくくなる。
【００９８】
また、セルサイズを拡大することなく、マイクロレンズの面積を最大限に大きく設置することが可能となる。
なお、マイクロレンズは、第１の実施形態で述べたようにドライエッチ方法で形成しても良い。
さらに、本実施形態では、隙間９を形成した後に低屈折率層を形成する場合について説明したが、本発明では、蒸着によって有機顔料層を形成することも可能である。
【００９９】
（第９の実施形態）
本発明の第９の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について以下に説明する。なお、ここではＣＣＤ固体撮像装置を製造する場合を例示するが、本発明はＣＣＤ固体撮像装置に限らず、ＭＯＳ型固体撮像装置等にも適用可能である。
【０１００】
図１３（ａ）〜図１４（ｂ）は、本発明の第９の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。なお、本実施形態の製造方法は、図６に示す固体撮像装置を製造する方法である。
【０１０１】
本実施形態における固体撮像装置の製造方法では、まず図１３（ａ）に示す工程で、図８（ａ）に示す工程と同様の工程を行う。
【０１０２】
次に、図１３（ｂ）に示す工程で、ネガ型顔料レジストを全面に塗布する。この塗布条件は、３〜５ｃｃでスピンナーメイン回転１５００〜３０００ｒｐｍを３０秒で行う。この塗布後、８０〜１００℃の温度で３０〜８０秒間のプリベークを行う。その後、フォトマスク（図示せず）の上から紫外線（ｉ線）を照射することにより、選択的な露光を行う。その後、水溶性アルカリ現像液にて現像し、１８０℃〜２５０℃の温度で２〜５分間の熱硬化を行うことにより、第１カラーフィルタ８ａを形成する。その露光する際に、フォーカスをデフォーカスすることによって、第１カラーフィルタ８ａを逆テーパー形状にする。
【０１０３】
次に、第１カラーフィルタ８ａを形成した条件と同様の条件によって、図１４（ａ）に示す工程において第２のカラーフィルタ８ｂを形成し、図１４（ｂ）に示す工程で、第３のカラーフィルタ８ｃを形成する。
【０１０４】
本実施形態の製造方法により作成した固体撮像装置では、マイクロレンズ１１に斜め光ａが入射すると、例えばマイクロレンズ１１および平坦化膜１０を透過した後にカラーフィルタ８ｂを透過する。そして、光ａは、カラーフィルタ８ｂの側壁（カラーフィルタ８ｂと隙間９との境界）に反射または多重反射し、カラーフィルタ８ｂの下方に配置する受光部２に入射する。または、カラーフィルタ８ｂの側壁で反射せずに屈折した光ａも、遮光膜５などに到達するため、隣接する他の受光部２へ入射しない。そのため、各受光部２には斜め光が入射しにくくなり、斜め光に起因する混色が生じにくくなる。
【０１０５】
また、セルサイズを拡大することなく、マイクロレンズの面積を最大限に大きく設置することが可能となる。
【０１０６】
（第１０の実施形態）
本発明の第１０の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について以下に説明する。なお、ここではＣＣＤ固体撮像装置を製造する場合を例示するが、本発明はＣＣＤ固体撮像装置に限らず、ＭＯＳ型固体撮像装置等にも適用可能である。
【０１０７】
図１５（ａ）〜図１７（ｂ）は、本発明の第１０の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【０１０８】
本実施形態の製造方法では、まず図１５（ａ）に示す工程で、半導体基板１の上部に形成され、マトリクス状に配置する複数の受光部２と、半導体基板１における複数の受光部２のそれぞれに隣接する領域の上に位置する複数の転送電極３と、半導体基板１と転送電極３との間に介在し、転送電極３の上も覆う絶縁膜４と、転送電極３および絶縁膜４の上面および側面を覆い、転送電極３へ光が入射するのを防止する遮光膜５と、受光部２と転送電極３との間の段差を一定値以下まで平坦化するための透明平坦膜６とを形成する。透明平坦膜６には、光透過性の高い材質を用いる。例えば、透明平坦膜６として、ＢＰＳＧまたはＳｉＯ2などの無機膜や、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂またはシリコーン樹脂などの樹脂膜を用いればよい。樹脂膜を用いる場合には、基板上に樹脂膜を塗布した後に熱硬化すればよく、この場合の熱硬化は、１８０〜２５０℃の温度で２〜５分間だけ行えばよい。また、樹脂膜の膜厚は０．５〜５．０μｍ程度であることが好ましい。
【０１０９】
続いて、透明平坦膜６の上に、膜厚０．０５μｍ〜０．３μｍの透明樹脂膜（図示せず）を塗布した後、１８０〜２５０℃の温度範囲で２〜５分間の熱処理を行うことにより、カラーフィルタ下地膜７を形成する。なお、カラーフィルタ下地膜７としては、後に形成するカラーフィルタ（図１５（ｂ）等に示す）に対して密着性などの相性がよく、かつ現像残渣が生じにくく、光学的に透過率の高い透明樹脂を用いることが好ましい。
【０１１０】
次に、図１５（ｂ）に示す工程で、カラーフィルタ下地膜７の上全体にネガ型顔料レジスト（図示せず）を塗布する。この塗布は、例えば、１秒あたり３〜５ｃｃの量の薬液を、スピンナーメイン回転１５００〜３０００ｒｐｍの条件で３０秒継続して供給することにより行う。ネガ型顔料レジストを塗布した後、８０〜１００℃の温度で３０〜８０秒間プリベークを行う。このプリベーク後に、フォトマスク（図示せず）を用いて、紫外線（ｉ線）を選択的に露光する。露光後、水溶性アルカリ現像液を用いて現像を行い、１８０〜２５０℃の温度で２〜５分間のポストベークを行ってネガ型顔料レジストを熱硬化することにより、第１カラーフィルタ８ａを形成する。第１カラーフィルタ８ａは、複数の受光部２のうちのいずれかの上方に形成する。そして、複数の受光部２のうちの他のものの上方には、第１カラーフィルタ８ａの形成方法と同様の方法により、第２カラーフィルタ８ｂまたは第３カラーフィルタ８ｃを形成する。
【０１１１】
次に、図１５（ｃ）に示す工程で、第１カラーフィルタ８ａ、第２カラーフィルタ８ｂおよび第３カラーフィルタ８ｃにおけるそれぞれの段差を軽減するために、これらのカラーフィルタ８ａ〜８ｃの上全体にアクリル樹脂（図示せず）を塗布する。そして、８０〜１００℃の温度で３０〜８０秒間のプリベークを行った後に、１８０〜２５０℃の温度で２〜５分間のポストベークを行うことにより、アクリル樹脂を熱硬化して、透明平坦膜２１を形成する。
【０１１２】
次に、図１６（ａ）に示す工程で、膜厚０．５〜２．０μｍのカルボジイミド基を含む高屈折率のシート材料（図示せず）をウェハ全面に貼り、１８０〜２５０℃の温度で２〜５分間の熱処理を行う。これにより、シート部材を熱硬化させてレンズ層２２を形成する。なお、シート材料として、カルボジイミド基を含むシートの代わりに、ポリイミド樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化型シートを用いてもよい。なお、高屈折率のシート材料としては、屈折率が１．６以上のものを用いることが好ましい。
【０１１３】
次に、図１６（ｂ）に示す工程で、ノボラック樹脂等からなるレジスト膜（図示せず）を、メイン回転１５００〜３０００ｒｐｍの条件で３０秒間継続して供給することによりウェハ全面に塗布する。その後、８０〜１００℃の温度で３０〜８０秒間のプリベークを行う。これにより、膜厚０．５〜２．０μｍのレンズ原型層２３を形成する。
【０１１４】
その後、フォトマスク２４の上から紫外線（ｉ線）を照射することにより、レンズ原型層２３に対して選択的な露光を行う。
【０１１５】
その後、図１６（ｃ）に示す工程で、水溶性アルカリ現像液を用いて現像を行うことにより、レンズ原型層２３のうち不要な部分を除去して、レンズ原型層２３を複数の層に分離する。
【０１１６】
その後、図１７（ａ）に示す工程で、１３５〜２００℃の温度で２〜５秒間のベークを行う。このようなベークを行うと、ノボラック樹脂の表面張力によって、レンズ原型層２３の表面は凸レンズ状の曲率を有するようになる。
【０１１７】
次に、図１７（ｂ）に示す工程で、このレンズ原型層２３をレンズ層２２に転写する。この転写は、ドライエッチングによるエッチバックによって行われ、レンズ原型層２３とレンズ層２２のエッチング速度がほぼ等しくなるような条件で行う。例えば、このドライエッチングはＣＦ4とＯ2の混合ガスで行う。この混合ガスを用いる場合には、ＣＦ系デポ物をレンズ原型層２３の側面上に堆積させながらエッチングを行うことにより、隣接するレンズ原型層２３同士の距離（レンズギャップ）よりも、隣接するレンズ層２２同士の距離を小さくする。
【０１１８】
本実施形態では、レンズ層２２をシート状材料から形成するため、従来のように、レンズ層の材料を溶剤希釈してワニス状にする必要がない。そのため、レンズ層２２の保存安定性を向上することができる。さらに、レンズ層２２の電子密度が低下し屈折率が下がることも防止することができる。
【０１１９】
（その他の実施形態）
以上の第１〜第６の実施形態で述べた固体撮像装置は、ディジタルカメラに適用することができる。
【０１２０】
図１８は、本発明の固体撮像装置を用いたディジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。図１８に示すように、本発明のディジタルカメラは、固体撮像装置３０と、被写体からの入射光を固体撮像装置３０の撮像面に結像するためのレンズなどを含む光学系３１と、固体撮像装置３０の駆動を制御する制御部３２と、固体撮像装置３０からの出力信号に対して様々な信号処理を施す画像処理部３３と、画像処理部３３で処理された画像信号を表示するディスプレイ３４と、画像処理部３３で処理された画像信号を記憶する画像メモリ３５を備えている。
【０１２１】
本発明の固体撮像装置を用いたディジタルカメラでは、混色が防止される。そのため、画質の優れたディジタルカメラを低コストで実現することができる。
【０１２２】
なお、本発明におけるディジタルカメラは、静止画のみを撮影可能なスチルカメラ、動画を撮影可能なビデオカメラおよび静止画と動画との両方を撮影可能なカメラのうちのいずれであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１２３】
本発明は、斜め光による隣接画素からの混色を防止可能なオンチップフィルタを有する固体撮像装置を、微細な画素サイズでも提供することが可能となる点で産業上の利用可能性は高い。
【０１２４】
また、ＣＣＤ、ＭＯＳセンサー等のセンサー部やデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、カメラ付携帯電話等に搭載される固体撮像装置に適用できる点でも産業上の利用可能性は高い。
【図面の簡単な説明】
【０１２５】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【図２】第１の実施形態の変形例に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【図３】第２の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【図４】第３の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【図５】第４の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【図６】第５の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【図７】第６の実施形態に係る固体撮像装置の構造を示す断面図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第７の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図９】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第７の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図１０】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第７の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第７の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図１２】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第８の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図１３】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第９の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第９の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図１５】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１０の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図１６】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１０の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図１７】（ａ）、（ｂ）は、本発明の第１０の実施形態に係る固体撮像装置の製造工程を示す断面図である。
【図１８】本発明の固体撮像装置を用いたディジタルカメラの概略構成を示すブロック図である。
【図１９】従来のカラー固体撮像装置の構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
【０１２６】
１      半導体基板
２      受光部
３      転送電極
４      絶縁膜
５      遮光膜
６      透明平坦膜
７      カラーフィルタ下地膜
８ａ、８ｂ、８ｃ    カラーフィルタ
９      隙間
１０      平坦化膜
１１      マイクロレンズ
１２      低屈折率層
１３      有機顔料層
１４      パターン
１５      レンズ原型層
１６      フォトマスク
３０      固体撮像装置
３１      光学系
３２      制御部
３３      画像処理部
３４      ディスプレイ
３５      画像メモリ
９１      カラー固体撮像装置
９３      第１のカラーフィルタ
９６ａ〜９６ｃ  遮光膜
９７      防染膜
９８      防染膜
９９      防染膜
【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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【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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