(57)【要約】【課題】膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制する。【解決手段】階調マスクを用いて下地段差上に透明絶縁膜材料（現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率材料）を用いて層内レンズ７を形成し、別の階調マスクを用いてその上に直にカラーフィルタ（現像溶解性を有した感光性のネガ型材料）を形成するため、従来のように受光部２〜カラーフィルタ８の間に２層の平坦化膜がない分だけ、異種膜界面の数が減り、界面で起こる光反射を抑制でき、さらにマイクロレンズ１０〜受光部２までの距離が短くなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的にレンズ形状を形成した層内レンズ。
【請求項２】
上または下に凸状、または上下に凸状の集光レンズである請求項１に記載の層内レンズ。
【請求項３】
画素毎の下地段差を埋め込んだ層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に該層内レンズのレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程を有する層内レンズの製造方法。
【請求項４】
前記層内レンズ形成工程は、光透過率が最大と最小の間の光透過率を持つ階調フォトマスクを用いて露光するかまたは、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて露光するかまたは、露光時の露光量やフォーカスを調整して露光することにより前記層内レンズのレンズ表面形状を形成する請求項３に記載の層内レンズの製造方法。
【請求項５】
請求項１に記載の層内レンズ上または、層内レンズ上に直に、該画素毎に離散的に所定の色配列で形成したカラーフィルタ。
【請求項６】
請求項１に記載の層内レンズ上または、層内レンズ上に直に、該画素毎に離散的に所定の色配列で各色のカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程を有するカラーフィルタの製造方法。
【請求項７】
前記カラーフィルタ形成工程は、光透過率が最大と最小の間の光透過率を持つ階調フォトマスクを用いて露光するかまたは、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて露光するかまたは、露光時の露光量やフォーカスを調整して露光することにより前記各色のカラーフィルタを形成する請求項６に記載のカラーフィルタの製造方法。
【請求項８】
画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に層内レンズのレンズ表面形状が形成されており、該層内レンズ上に直に、該画素毎に所定の色配列のカラーフィルタが形成されて、該カラーフィルタおよび該層内レンズを通して集光された被写体からの各色の画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が形成された固体撮像素子。
【請求項９】
画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に層内レンズが形成され、該層内レンズを通して集光された被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が形成された固体撮像素子。
【請求項１０】
画素毎の下地段差は、前記受光部からの信号電荷を読み出して転送するための電荷転送電極およびその上の遮光膜の形成領域と、該受光部の形成領域との間に形成されている請求項８または９に記載の固体撮像素子。
【請求項１１】
前記遮光膜は、タングステン膜またはアルミニウム膜である請求項１０に記載の固体撮像素子。
【請求項１２】
前記層内レンズとして、前記層内レンズ材料の所定厚を介した前記遮光膜の上方から立ち上がって上に凸状のレンズ表面形状が形成されている請求項８または９に記載の固体撮像素子。
【請求項１３】
前記層内レンズとして、前記層内レンズ材料を介在せず、前記遮光膜上から直に立ち上がって上に凸状のレンズ表面形状が形成されている請求項８または９に記載の固体撮像素子。
【請求項１４】
前記層内レンズは隣同士で互いに当接しているかまたは隣同士で互いに分離している請求項１２または１３に記載の固体撮像素子。
【請求項１５】
前記層内レンズ材料は、感光性および高屈折率の塗布材料である請求項８または９に記載の固体撮像素子。
【請求項１６】
前記層内レンズ材料は、前記層内レンズの屈折率を１．７〜２．０とする場合は金属を含有する感光性塗布材料であり、１．９〜２．０とする場合はＳｉＮ膜であり、該層内レンズの屈折率を１．５〜１．９とする場合はＳｉＯＮ膜である請求項１５に記載の固体撮像素子。
【請求項１７】
画素毎の下地段差を表面が平坦化するように埋め込んだ層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に該層内レンズのレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程と、
該層内レンズ上に直に、所定の色配列で前記画素毎に各色のカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１８】
画素毎の下地段差を表面が平坦化するように埋め込んだ層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に該層内レンズのレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程を有する固体撮像素子の製造方法。
【請求項１９】
前記層内レンズ形成工程および前記カラーフィルタ形成工程の少なくともいずれかは、光透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスクを用いて露光するかまたは、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて露光するかまたは、露光時の露光量やフォーカスを調整して露光することにより前記層内レンズのレンズ表面形状を形成する請求項１７または１８に記載の層内レンズの製造方法。
【請求項２０】
前記層内レンズ形成工程は、
入射光を光電変換する受光部からの信号電荷を読み出して転送するための電荷転送電極およびその上の遮光膜の形成領域と、該受光部の形成領域との間に形成された下地段差上に層内レンズ材料を塗布する層内レンズ塗布工程と、
塗布された層内レンズ材料を、レンズ表面形状になるようにマスクを用いて露光する層内レンズ露光工程と、
露光された層内レンズ材料を所定の現像液を用いて現像して所定のレンズ表面形状を得る層内レンズ現像工程とを有する請求項１７または１８に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２１】
前記カラーフィルタ形成工程は、
前記レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、カラーフィルタレジスト材料を塗布するカラーフィルタ塗布工程と、
該塗布されたカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光するカラーフィルタ露光工程と、
該露光されたカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像してカラーフィルタを形成するカラーフィルタ現像工程とを有する請求項１７に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２２】
前記カラーフィルタ形成工程は、
前記レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、第１色目のカラーフィルタレジスト材料をその表面が平坦化するように塗布する第１層目のカラーフィルタ塗布工程と、
塗布されたカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、当該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第１層目のカラーフィルタ露光工程と、
露光された第１層目のカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像して第１層目のカラーフィルタを形成する第１層目のカラーフィルタ現像工程と、
該レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、第２色目のカラーフィルタレジスト材料をその表面が平坦化するように塗布する第２層目のカラーフィルタ塗布工程と、
当該塗布された第２層目のカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、当該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第２層目のカラーフィルタ露光工程と、
当該露光された第２層目のカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像して第２層目のカラーフィルタを形成する第２層目のカラーフィルタ現像工程と、
該レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、第３色目のカラーフィルタレジスト材料をその表面が平坦化するように塗布する第３層目のカラーフィルタ塗布工程と、
当該塗布された第３層目のカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、当該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第３層目のカラーフィルタ露光工程と、
当該露光された第３層目のカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像して第３層目のカラーフィルタを形成する第３層目のカラーフィルタ現像工程とを有する請求項１７に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２３】
前記層内レンズの屈折率を１．９〜２．０とする場合は、前記層内レンズ材料としてプラズマＣＶＤ法によるＳｉＮ膜を形成し、該層内レンズの屈折率を１．５〜１．９とする場合は、該層内レンズ材料としてプラズマＣＶＤ法によるＳｉＯＮ膜を形成する請求項１７〜１９のいずれかに記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項２４】
請求項８〜１６のいずれかに記載の固体撮像素子から出力された撮像信号に所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いた電子情報機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画素毎に離散的に所定の色配列で配列された層内レンズおよびその製造方法、この層内レンズ上または上方に設けられるカラーフィルタおよびその製造方法、この層内レンズおよび／またはカラーフィルタを通して被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来の固体撮像素子においては、カメラレンズと固体撮像素子間の短射出瞳距離化や高画素化による画素サイズの縮小に伴い、斜め光による光を受光部に取り込むための技術の一つとして凸型の層内レンズがマイクロレンズとは別にマイクロレンズ下方の層内に受光部に対応して設けられている。従来の固体撮像素子について、以下に図面を参照しながら詳細に説明する。
【０００３】
図１３は、従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【０００４】
図１３に示すように、従来の固体撮像素子１００は、半導体基板１０１上にマトリクス状に形成された、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部１０２が配設されている。半導体基板１０１上の隣接する受光部１０２間に、一方の受光部１０２からの信号電荷を転送する電荷転送領域１０３が配設され、その上に電荷転送電極１０４が、図示しない絶縁膜を介して配設されている。半導体基板１０１上および電荷転送電極１０４上の基板全面に絶縁膜１０５が形成されている。この電荷転送電極１０４上の絶縁膜１０５上には遮光膜１０６が形成されている。この遮光膜１０６は受光部１０２上が光入射のために開口されている。
【０００５】
これらの電荷転送電極１０４および遮光膜１０６の形成領域と、受光部１０２の形成領域との間に下地段差が形成されている。この下地段差を平坦化するために透明の平坦化膜１０７が形成され、その上に、受光部１０２への集光用の層内レンズ１０８が形成されている。
【０００６】
層内レンズ１０８上に透明の平坦化膜１０９が形成され、この平坦化膜１０９上に、受光部１０２および層内レンズ１０８の位置に対応させて各色のカラーフィルタ１１０が形成されている。各色のカラーフィルタ１１０は、第１層目のカラーフィルタ１１０ａと、第２層目または第３層目のカラーフィルタ１１０ｂとを有している。
【０００７】
各色のカラーフィルタ１１０上に透明の平坦化膜１１１を介してマイクロレンズ１１２が、受光部１０２および層内レンズ１０８の位置に対応させると共に、各色のカラーフィルタ１１０のそれぞれに対応させてマトリクス状に形成されている。
【０００８】
このように、層内レンズ１０８の形成のために、下地段差を透明膜の平坦化膜１０７で平坦化し、さらに、カラーフィルタ１１２の形成のために層内レンズ１０８の段差をも透明膜の平坦化膜１０９で平坦化している。
【０００９】
これらの平坦化膜１０７および１０９の形成は、例えば、非感光性の塗布材を塗布し、必要に応じて枚葉式マイクロ波プラズマエッチャーを用いて塗布材をエッチバックし、その膜厚を調整する。
【００１０】
凸型の層内レンズ１０８の形成は、例えば、現像溶解性を有した感光性の高屈折率材料（ポジ型）を塗布し、透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調マスク、あるいは、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて露光し、あるいは露光時の露光量やフォーカスを調整して露光し、現像して形成する。
【００１１】
カラーフィルタ１１２の形成は、例えば感光性の塗布材（ネガ型）を塗布し、通常のフォトマスクを用いて露光し、現像して形成する。
【００１２】
図１４は、特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【００１３】
図１４に示すように、従来の固体撮像素子２００の層内レンズ２０１の形成方法は、まず、半導体部２０２内に所要の不純物のイオン注入などを行って、受光部２０３、読み出しゲート部２０４およびＣＣＤ転送チャネル（電荷転送部）２０５をそれぞれ形成した後に、表面に絶縁膜２０６を介して所定のパターンに電荷転送電極２０７を形成し、層間絶縁膜２０８を介してこの電荷転送電極２０７を覆って遮光膜２０９を形成する。この遮光膜２０９が受光部２０３上に開口部を有するようにパターニングする。
【００１４】
次に、遮光膜２０９上に、リフローにより形成した膜、例えばＢＰＳＧ膜や、ＨＤＰ（高密度プラズマ）ＣＶＤ法によって形成した膜により、第１平坦化層２１０を形成し、表面の平坦化を行う。
【００１５】
さらに、ＢＰＳＧ膜は、ＢＰＳＧの組成やリフロー温度を規定することにより、リフロー後に平坦な表面を有するようにすることができる。
【００１６】
このとき、第１平坦化層２１０の材料に用いられる平坦化の方法に対応して、遮光膜２０９となる材料を選択して、遮光膜２０９を形成しておくようにする。例えば、平坦化のために高温でのリフローが必要な場合には、遮光膜２０９に高融点金属例えばタングステン、タングステンシリサイド、モリブデン、チタンなどを形成する。
【００１７】
一方、第１平坦化層２１０にＨＤＰＣＶＤ膜を使用する場合には、低温で第１平坦化層２１０を形成することができるので、遮光膜２０９はアルミニウム膜などでも構わない。
【００１８】
さらに、図示しないが周辺部の配線を形成した後、配線上を覆って全体に、層内レンズ２０１となる高屈折率の層内レンズ材料の層、例えばプラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜を０．５〜２．０μｍの厚さに形成する。
【００１９】
ここで、層内レンズ２０１の屈折率を１．９〜２．０とする場合には、層内レンズ材料の層としてプラズマＣＶＤによるＳｉＮ膜を形成する。また、層内レンズ２０１の屈折率を１．５〜１．９とする場合には、層内レンズ材料の層としてプラズマＣＶＤによるＳｉＯＮ膜を形成する。
【００２０】
さらに、層内レンズ２０１となるレンズ材料層上にレジストを塗布し、このレジストに対して所望の層内レンズ２０１を得るためのレンズ形状のパターニングを行う。さらに、そのレンズ形状をレンズ材料層にて得るために、パターニングしたレジストに対して例えば摂氏１４０〜１８０度の温度でリフローを行う。
【００２１】
このレジストには、酸素によりドライエッチングが可能である樹脂、例えばノボラック系樹脂などを用いることができる。
【００２２】
さらに、ドライエッチングにより、レジストのレンズ形状をレンズ材料層に転写して層内レンズ２０１を形成する。
【００２３】
その後は、層内レンズ２０１上を覆って第２平坦化層２１１を形成して表面を平坦化した後、カラーフィルタ２１２およびマイクロレンズ２１３を順次形成してＣＣＤ型の固体撮像素子２００を形成することができる。
【００２４】
図１５は、特許文献２に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【００２５】
図１５に示すように、従来の固体撮像素子３００において、各センサ部３０１上に表面側が凸面とされた層内レンズ３０２を有する従来の固体撮像素子３００を製造するに当たり、電荷転送電極３０３およびその上の遮光膜３０４とセンサ部３０１との下地段差を埋め込むように形成された平坦化膜３０５上に層内レンズ３０２のレンズ材料を形成する工程と、このレンズ材料上に所定のレンズ形状のレジストを形成する工程と、このレジストのレンズ形状をレンズ材料膜に転写する工程と、レンズ形状が転写されたレンズ材料膜３０２ａ上にさらに同一のレンズ材料膜３０２ｂを成膜して層内レンズ３０２を形成する工程とを有して製造を行う。
【００２６】
図１６は、特許文献３に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【００２７】
図１６に示すように、シリコン基板またはシリコン基板に形成されたｐ型ウェル４０１（ここでは基板という）に、例えば、ｎ型不純物領域などからなり基板４０１との間のｐｎ接合を中心とした領域で光電変換を行って信号電荷を発生させ、信号電荷を一定期間蓄積する複数の受光部４０２が形成されている。受光部４０２の一方側と他方側に、それぞれ所定距離をおいて、主にｎ型不純物領域からなる電荷転送部４０３が形成されている。
【００２８】
基板４０１上には、酸化シリコンなどの絶縁膜４０４ａが形成され、電荷転送部４０３上には絶縁膜４０４ａを介して、ポリシリコンなどからなる電荷転送電極４０５が形成されている。なお、これらの電荷転送部４０３と電荷転送電極４０５が、信号電荷を垂直方向に電荷転送する垂直転送部に相当する。
【００２９】
電荷転送部４０３および受光部４０２上には、２層の絶縁膜４０４ｂおよび絶縁膜４０４ｃが形成されている。この絶縁膜４０４ｃ上には、電荷転送電極４０５上を被覆するように、例えば、タングステン（Ｗ）などの高融点金属からなる遮光膜４０６が形成されている。この遮光膜４０６には、受光部４０２の上方に開口部４０６ａが形成されている。遮光膜４０６が電荷転送電極４０５上を被覆するように形成されているのは、遮光膜４０６の電荷転送部４０３に対する遮光性を高めてスミアを抑えるためである。
【００３０】
遮光膜４０６上および、開口部４０６ａ内の絶縁膜４０４ｃ上を被覆して、例えば、酸化シリコンからなるエッチングストッパ膜４０７が形成されている。また、遮光膜４０６上には、エッチングストッパ膜４０７を介して、例えば、タングステンなどからなる段差調整膜４０８が形成されている。
【００３１】
段差調整膜４０８およびエッチングストッパ膜４０７上を被覆して、例えば、ＰＳＧ(Phosphosilicate glass) またはＢＰＳＧ(Borophosphosilicate glass) などからなる層間絶縁膜４０９が形成されている。この層間絶縁膜４０９の表面には、上記の段差調整膜４０８およびエッチングストッパ膜４０７により形成された下地段差の形状を反映して窪み４０９ａが形成されている。
【００３２】
層間絶縁膜４０９上には、受光部４０２の上方領域にその窪み４０９ａの形状を反映して所定の曲率のレンズ面を下面に有する層内レンズ４１０が形成されている。この層内レンズ４１０の上面は平坦化されている。層内レンズ４１０は、光透過率が十分高い材料、例えば、窒化シリコン膜（ＳｉＮ）または酸化シリコン膜（ＳｉＯ2 ）などから形成されている。
【００３３】
上面が平坦化された層内レンズ４１０上を被覆して、酸化シリコンなどからなるパッシベーション膜４１１が形成されている。このパッシベーション膜４１１上に、オンチップカラーフィルタ４１２が形成されている。このオンチップカラーフィルタ４１２は、原色系のカラーコーディング方式では赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のいずれかに着色され、補色系では、例えば、シアン（Ｃｙ）、マゼンタ（Ｍｇ）、イエロー（Ｙｅ）、緑（Ｇ）などのいずれかに着色されている。
【００３４】
このオンチップカラーフィルタ４１２上に、ネガ型感光樹脂などの光透過材料からなるオンチップレンズ（ＯＣＬ）４１３が形成されている。このオンチップレンズ４１３は遮光膜上方の光も有効利用して受光部４０２に入射させるため、無効領域となる隙間をできるだけ少なくするように形成されている。オンチップレンズ４１３のレンズ曲面（凸状曲面）で受けた光が集光され、層内レンズ４１０で更に光が集光されて受光部４０２に入射されることとなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３５】
【特許文献１】特開２０００−１６４８３７号公報
【特許文献２】特開２００２−７６３１６号公報
【特許文献３】特開２００２−３５３４２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３６】
上記図１３〜１５の従来の固体撮像素子では、半導体基板に形成された複数の受光部（複数の光電変換素子としての複数のフォトダイオード）と、その下地段差を平坦化膜（透明膜）で平坦化し、その上に受光部毎に上に凸型の層内レンズを形成し、この層内レンズによる下地段差を別の平坦化膜（透明膜）で平坦化し、更にその上にカラーフィルタを形成し、このカラーフィルタの段差を平坦化膜（透明膜）で平坦化した後に、その上に各受光部に対応して集光用のマイクロレンズを形成している。
【００３７】
このように、層内レンズの上下位置に各平坦化膜がそれぞれ存在し、異種の膜界面で起こる光反射や、マイクロレンズ〜受光部までの距離が長くなることにより、受光部に到達する入射光の光量が低下して受光感度が低下するという問題を有していた。
【００３８】
上記図１６の従来の固体撮像素子の下に凸の層内レンズ４１０では、下地段差の窪み形状を反映した層間絶縁膜４０９の窪み４０９ａ上に形成されているため、層内レンズ４１０の上下位置に各平坦化膜が存在しないものの、下に凸の層内レンズ４１０自体によって層間絶縁膜４０９の窪み４０９ａを平坦化しており、マイクロレンズ４１３〜受光部４０２までの距離が多少は長くなることにより、その分だけ受光部４０２に到達する入射光の光量が低下して受光感度が低下するという問題を有していた。
【００３９】
本発明は、上記従来の問題を解決するもので、膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制することができる層内レンズおよびその製造方法、この層内レンズ上または上方に設けられるカラーフィルタおよびその製造方法、この層内レンズおよび／またはカラーフィルタを通して被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器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】
【００４０】
本発明の層内レンズは、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的にレンズ形状を形成したものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４１】
また、好ましくは、本発明の層内レンズにおける上または下に凸、または上下に凸の集光レンズである。
【００４２】
本発明の層内レンズの製造方法は、画素毎の下地段差を埋め込んだ層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に該層内レンズのレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４３】
また、好ましくは、本発明の層内レンズの製造方法における層内レンズ形成工程は、光透過率が最大と最小の間の光透過率を持つ階調フォトマスクを用いて露光するかまたは、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて露光するかまたは、露光時の露光量やフォーカスを調整して露光することにより前記層内レンズのレンズ表面形状を形成する。
【００４４】
本発明のカラーフィルタは、本発明の上記層内レンズ上、または、層内レンズ上、被写体からの入射光を光電変換して受光する受光部に入射光を集光させるための層内レンズ上に直に、該画素毎に離散的に所定の色配列で形成したものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４５】
本発明のカラーフィルタの製造方法は、本発明の上記層内レンズ上、または、層内レンズ上、被写体からの入射光を光電変換して受光する受光部に入射光を集光させるための層内レンズ上に直に、該画素毎に離散的に所定の色配列で各色のカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程を有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４６】
また、好ましくは、本発明のカラーフィルタの製造方法におけるカラーフィルタ形成工程は、光透過率が最大と最小の間の光透過率を持つ階調フォトマスクを用いて露光するかまたは、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて露光するかまたは、ＵＶ露光時の露光量やフォーカスを調整して露光することにより前記各色のカラーフィルタを形成する。
【００４７】
本発明の固体撮像素子は、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に層内レンズのレンズ表面形状が形成されており、該層内レンズ上に直に、該画素毎に所定の色配列のカラーフィルタが形成されて、該カラーフィルタおよび該層内レンズを通して集光された被写体からの各色の画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が形成されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４８】
本発明の固体撮像素子は、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に層内レンズが形成され、該層内レンズを通して集光された被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が形成されたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００４９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における画素毎の下地段差は、前記受光部からの信号電荷を読み出して転送するための電荷転送電極およびその上の遮光膜の形成領域と、該受光部の形成領域との間に形成されている。
【００５０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における遮光膜は、タングステン膜またはアルミニウム膜である。
【００５１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における層内レンズとして、前記層内レンズ材料の所定厚を介した前記遮光膜の上方から立ち上がって上に凸状のレンズ表面形状が形成されている。
【００５２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における層内レンズとして、前記層内レンズ材料を介在せず、前記遮光膜上から直に立ち上がって上に凸状のレンズ表面形状が形成されている。
【００５３】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における層内レンズは隣同士で互いに当接しているかまたは隣同士で互いに分離している。
【００５４】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における層内レンズ材料は、感光性および高屈折率の塗布材料である。
【００５５】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子における層内レンズ材料は、前記層内レンズの屈折率を１．７〜２．０とする場合はチタンおよび／またはジルコニウムなどの金属を含有する感光性塗布材料である。また、１．９〜２．０とする場合はＳｉＮ膜であり、該層内レンズの屈折率を１．５〜１．９とする場合はＳｉＯＮ膜である。
【００５６】
本発明の固体撮像素子の製造方法は、画素毎の下地段差を表面が平坦化するように埋め込んだ層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に該層内レンズのレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程と、該層内レンズ上に直に、所定の色配列で前記画素毎に各色のカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成工程とを有するものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００５７】
また、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における画素毎の下地段差を表面が平坦化するように埋め込んだ層内レンズ材料の表面側に、該画素毎に離散的に該層内レンズのレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程を有する。
【００５８】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法において、前記層内レンズ形成工程および前記カラーフィルタ形成工程の少なくともいずれかは、光透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスクを用いて露光するかまたは、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いて露光するかまたは、露光時の露光量やフォーカスを調整して露光することにより前記層内レンズのレンズ表面形状を形成する。
【００５９】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における層内レンズ形成工程は、  入射光を光電変換する受光部からの信号電荷を読み出して転送するための電荷転送電極およびその上の遮光膜の形成領域と、該受光部の形成領域との間に形成された下地段差上に層内レンズ材料を塗布する層内レンズ塗布工程と、塗布された層内レンズ材料を、レンズ表面形状になるようにマスクを用いて露光する層内レンズ露光工程と、露光された層内レンズ材料を所定の現像液を用いて現像して所定のレンズ表面形状を得る層内レンズ現像工程とを有する。
【００６０】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるカラーフィルタ形成工程は、前記レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、カラーフィルタレジスト材料を塗布するカラーフィルタ塗布工程と、該塗布されたカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光するカラーフィルタ露光工程と、該露光されたカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像してカラーフィルタを形成するカラーフィルタ現像工程とを有する。
【００６１】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法におけるカラーフィルタ形成工程は、前記レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、第１色目のカラーフィルタレジスト材料をその表面が平坦化するように塗布する第１層目のカラーフィルタ塗布工程と、塗布されたカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、当該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第１層目のカラーフィルタ露光工程と、露光された第１層目のカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像して第１層目のカラーフィルタを形成する第１層目のカラーフィルタ現像工程と、該レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、第２色目のカラーフィルタレジスト材料をその表面が平坦化するように塗布する第２層目のカラーフィルタ塗布工程と、当該塗布された第２層目のカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、当該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第２層目のカラーフィルタ露光工程と、当該露光された第２層目のカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像して第２層目のカラーフィルタを形成する第２層目のカラーフィルタ現像工程と、該レンズ表面形状の層内レンズ上に直接、第３色目のカラーフィルタレジスト材料をその表面が平坦化するように塗布する第３層目のカラーフィルタ塗布工程と、当該塗布された第３層目のカラーフィルタレジスト材料に対してマスクを用いて、当該層内レンズのレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第３層目のカラーフィルタ露光工程と、当該露光された第３層目のカラーフィルタレジスト材料を所定の現像液を用いて現像して第３層目のカラーフィルタを形成する第３層目のカラーフィルタ現像工程とを有する。
【００６２】
さらに、好ましくは、本発明の固体撮像素子の製造方法における層内レンズの屈折率を１．７〜２．０とする場合はチタンおよび／またはジルコニウムなどの金属を含有する感光性塗布材料である。また、１．９〜２．０とする場合は、前記層内レンズ材料としてプラズマＣＶＤ法によるＳｉＮ膜を形成し、該層内レンズの屈折率を１．５〜１．９とする場合は、該層内レンズ材料としてプラズマＣＶＤ法によるＳｉＯＮ膜を形成する。
【００６３】
本発明の電子情報機器は、本発明の上記固体撮像素子から出力された撮像信号に所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置を画像入力デバイスとして撮像部に用いたものであり、そのことにより上記目的が達成される。
【００６４】
上記構成により、以下、本発明の作用を説明する。
【００６５】
本発明においては、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、画素毎に離散的にレンズ形状を形成した層内レンズおよびその製造方法によって、層内レンズ材料が従来の平坦化膜の代わりに用いられて、従来の平坦化膜が不要な分、膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制することが可能となる。
【００６６】
また、本発明においては、層内レンズ上または、被写体からの入射光を光電変換して受光する受光部に入射光を集光させるための層内レンズ上に直に、画素毎に離散的に所定の色配列で形成したカラーフィルタおよびその製造方法によっても、層内レンズ上の従来の平坦化膜が不要な分、膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制することが可能となる。
【００６７】
さらに、本発明においては、固体撮像素子として、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、画素毎に離散的に層内レンズのレンズ表面形状が形成されており、層内レンズ上に直に、画素毎に所定の色配列のカラーフィルタが形成されて、カラーフィルタおよび層内レンズを通して集光された被写体からの各色の画像光を光電変換して撮像する複数の受光部が形成されている。
【００６８】
これによって、階調マスクなどを用いて下地段差上に透明絶縁膜材料を用いてその表面に直に層内レンズを形成し、階調マスクなどを用いてその上に直にカラーフィルタを形成するため、従来のように受光部〜カラーフィルタの間に２層の平坦化膜がない分だけ、異種膜界面の数が減り、界面で起こる光反射を抑制でき、さらにマイクロレンズ〜受光部までの集光距離を短くすることにより、光を効率良く受光部に取り込むことが可能となって受光感度を向上させることが可能となる。このように、層内レンズ上下の平坦化膜を削除し、層内レンズ上に直接カラーフィルタを形成して、入射光を効率良く受光部に取り込むことが可能となる。
【発明の効果】
【００６９】
以上により、本発明によれば、層内レンズの上下の従来の平坦化膜は削除し、受光部と電荷転送電極および遮光膜と受光部との下地段差を層内レンズ材料で埋め込み、かつ、その層内レンズ材料の表面に凸型の層内レンズを形成し、さらに層内レンズ上に（従来の平坦化膜を介することなく）、直接、カラーフィルタを形成することによって、異種膜界面の数が減った分だけ、膜界面での光反射が低減し、また、マイクロレンズ〜受光部までの集光距離の短縮により、より効率よく受光部に入射光を到達させることができて受光効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態１における固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【図２】図１の固体撮像素子の製造方法における層内レンズ塗布工程までの要部縦断面図である。
【図３】図１の固体撮像素子の製造方法における層内レンズ露光工程までの要部縦断面図である。
【図４】図１の固体撮像素子の製造方法における層内レンズ現像工程までの要部縦断面図である。
【図５】図１の固体撮像素子の製造方法における第１層目のカラーフィルタ塗布工程までの要部縦断面図である。
【図６】図１の固体撮像素子の製造方法における第１層目のカラーフィルタ露光工程までの要部縦断面図である。
【図７】図１の固体撮像素子の製造方法における第１層目のカラーフィルタ現像工程までの要部縦断面図である。
【図８】図１の固体撮像素子２０の製造方法における第２層目および第３層目のカラーフィルタ塗布工程からカラーフィルタ現像工程を行った後の要部縦断面図である。
【図９】図１の固体撮像素子の変形例を示す要部縦断面図である。
【図１０】図１の固体撮像素子の更なる変形例を示す要部縦断面図である。
【図１１】図１の固体撮像素子の更なる別の変形例を示す要部縦断面図である。
【図１２】本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１の固体撮像素子からの撮像信号を所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【図１３】従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【図１４】特許文献１に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【図１５】特許文献２に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【図１６】特許文献３に開示されている従来の固体撮像素子の要部構成例を示す縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００７１】
以下に、本発明の 層内レンズおよびその製造方法、並びにカラーフィルタおよびその製造方法を含む本発明の固体撮像素子およびその製造方法の実施形態１および、この固体撮像素子の実施形態１を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばカメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の実施形態２について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００７２】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１における固体撮像素子２０の要部構成例を示す縦断面図である。
【００７３】
図１において、本実施形態１の固体撮像素子２０は、半導体基板１上にマトリクス状に形成され、被写体からの画像光を光電変換して撮像する複数の光電変換部としての複数の受光部２が配設されている。一方の受光部２から所定方向に読み出された信号電荷を垂直方向に電荷転送する電荷転送領域３が半導体基板１の隣接する受光部２間に配設されている。この電荷転送領域３上に不図示の絶縁膜を介して電荷転送電極４が配設されている。半導体基板１上および電荷転送電極４上の基板全面に絶縁膜５が形成されている。この電荷転送電極４上の絶縁膜５上には遮光膜６が形成されている。この遮光膜６は受光部２上方が光入射のために開口している。
【００７４】
これらの電荷転送電極４および遮光膜６の形成領域と、受光部２の形成領域との間に下地段差が形成されている。この下地段差上に、透明絶縁膜材料が表面が平坦化されて形成され、その透明絶縁膜材料の平坦化表面が、各受光部２にそれぞれ対応するように上に凸状のレンズ表面に形成されて集光用の層内レンズ７が設けられている。要するに、下地段差上の透明絶縁膜材料（層内レンズ材料）自体の表面が層内レンズ７のレンズ形状になっている。
【００７５】
層内レンズ７上に直に（平坦化膜を介することなく直に）、受光部２および層内レンズ７の各位置にそれぞれ対応させて各色のカラーフィルタ８が形成されている。各色のカラーフィルタ８は、第１層目のカラーフィルタ８ａを形成した後に、空いた位置に第２層目さらに第３層目のカラーフィルタ８ｂをそれぞれ形成する。
【００７６】
各色のカラーフィルタ８上に透明の平坦化膜９を介してマイクロレンズ１０が、受光部２および層内レンズ７の各位置にそれぞれ対応させると共に、各色のカラーフィルタ８のそれぞれに対応させてマトリクス状に形成されている。
【００７７】
以上により、下地段差上を埋め込んだ透明絶縁膜材料自体の表面が層内レンズ７のレンズ形状になっているため、層内レンズの上下位置に従来のように平坦化膜を設ける必要がなくなり、異種の膜界面で起こる光反射もなくなると共に、マイクロレンズ〜受光部までの距離も短くなって、受光部に到達する入射光の光量低下を抑えて受光感度を向上させることができる。
【００７８】
ここで、本実施形態１の固体撮像素子２０の製造方法について図２〜図８を参照して詳細に説明する。
【００７９】
図２は、図１の固体撮像素子２０の製造方法における層内レンズ塗布工程までの要部縦断面図である。
【００８０】
図２に示すように、まず、層内レンズ塗布工程の前工程として、半導体基板１または半導体基板に形成された半導体ウェル１内に所要の不純物のイオン注入などを行って、受光部２、読み出しゲート部および電荷転送領域３がそれぞれ形成された後に、その表面に図示しない絶縁膜を介して所定のパターンに電荷転送電極４を形成し、層間絶縁膜５を介してこの電荷転送電極４上を覆って遮光膜６を形成する。このとき、遮光膜６は光入射のために受光部２上が開口するように形成される。ここでは、下地段差を平坦化するときに行う熱処理工程をしないので、遮光膜６はタングステン膜に限らずアルミニウム膜などであっても構わない。
【００８１】
次に、層内レンズ塗布工程において、電荷転送電極４および遮光膜６と受光部２との下地段差上に層内レンズ材料７１（例えば、現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率透明材料）をその表面が平坦化するように塗布する。
【００８２】
ここで、層内レンズ７の屈折率を１．７〜２．０とする場合はチタンおよび／またはジルコニウムなどの金属を含有する感光性塗布材料である。また、１．９〜２．０とする場合には、層内レンズ材料７１としてプラズマＣＶＤ法によるＳｉＮ膜を形成する。また、層内レンズ７の屈折率を１．５〜１．９とする場合には、層内レンズ材料７１としてプラズマＣＶＤ法によるＳｉＯＮ膜を形成する。
【００８３】
図３は、図１の固体撮像素子２０の製造方法における層内レンズ露光工程までの要部縦断面図である。
【００８４】
図３に示すように、層内レンズ露光工程において、表面が平坦化されて塗布された層内レンズ材料７１（例えば現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率材料）を、透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスク１１を用いてＵＶ露光する。
【００８５】
図４は、図１の固体撮像素子２０の製造方法における層内レンズ現像工程までの要部縦断面図である。
【００８６】
図４に示すように、層内レンズ露光工程後の層内レンズ現像工程において、ＵＶ露光された層内レンズ材料７１（例えば現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率材料）を所定の現像液を用いて現像して洗い流して凸型の層内レンズ７を形成する。この層内レンズ７は、受光部２に対応し、層内レンズ材料７１の所定厚みを介した遮光膜６の上方から凸型をしたレンズ表面形状である。
【００８７】
図５は、図１の固体撮像素子２０の製造方法における第１層目のカラーフィルタ塗布工程までの要部縦断面図である。
【００８８】
図５に示すように、凸型のレンズ表面形状の層内レンズ７上に直接、カラーフィルタレジスト材料８１（例えばネガ型）をその表面が平坦化するように塗布する。
【００８９】
図６は、図１の固体撮像素子２０の製造方法における第１層目のカラーフィルタ露光工程までの要部縦断面図である。
【００９０】
図６に示すように、塗布されたカラーフィルタレジスト材料８１に対して、透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスク１２を用いて、層内レンズ７上のカラーフィルタ膜がほぼ均一となるようにＵＶ露光する。このときのＵＶ露光は、第１層目の色のカラーフィルタのみ行う。例えばベイヤー配列の場合のＧ（緑色）では、市松模様状に第１層目のカラーフィルタの位置にＵＶ露光する。
【００９１】
図７は、図１の固体撮像素子２０の製造方法における第１層目のカラーフィルタ現像工程までの要部縦断面図である。
【００９２】
図７に示すように、第１層目のカラーフィルタ露光工程後の第１層目のカラーフィルタ現像工程において、露光された第１層目のカラーフィルタレジスト材料８１を所定の現像液を用いて現像して洗い流して表面が凸型レンズ表面に形成される。このようにして、層内レンズ７上に直接、第１層目の色のカラーフィルタに対応した位置に第１層目のカラーフィルタ８ａを形成する。
【００９３】
図８は、図１の固体撮像素子２０の製造方法における第２層目および第３層目のカラーフィルタ塗布工程からカラーフィルタ現像工程を行った後の要部縦断面図である。
【００９４】
前述したように、第１層目のカラーフィルタの形成と同様に、第２層目のカラーフィルタ塗布工程からカラーフィルタ現像工程を順次行い、さらに、前述したように、第３層目のカラーフィルタ塗布工程からカラーフィルタ現像工程を行って、図８に示すように、第２層目および第３層目の各色のカラーフィルタ８ｂを、第１層目の色のカラーフィルタ８ａの空いた位置に順次形成する。
【００９５】
以上により、本実施形態１の固体撮像素子２０の製造方法は、入射光を光電変換する受光部からの信号電荷を読み出して転送するための電荷転送電極４およびその上の遮光膜６の形成領域と、受光部２の形成領域との間に形成された下地段差上に層内レンズ材料７１をその表面が平坦化するように塗布する層内レンズ塗布工程と、塗布された層内レンズ材料７１を、レンズ表面形状になるようにマスクを用いて露光する層内レンズ露光工程と、露光された層内レンズ材料７１を所定の現像液を用いて現像して所定のレンズ表面形状を得る層内レンズ現像工程と、そのレンズ表面形状の層内レンズ７上に直接、第１色目のカラーフィルタレジスト材料８１をその表面が平坦化するように塗布する第１層目のカラーフィルタ塗布工程と、塗布されたカラーフィルタレジスト材料８１に対して、マスクを用いて層内レンズ７のレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第１層目のカラーフィルタ露光工程と、露光された第１層目のカラーフィルタレジスト材料８１を所定の現像液を用いて現像して第１層目のカラーフィルタ８ａを形成する第１層目のカラーフィルタ現像工程と、レンズ表面形状の層内レンズ７上に直接、第２色目のカラーフィルタレジスト材料８１をその表面が平坦化するように塗布する第２層目のカラーフィルタ塗布工程と、塗布された第２層目のカラーフィルタレジスト材料８１に対して、マスクを用いて層内レンズ７のレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第２層目のカラーフィルタ露光工程と、露光された第２層目のカラーフィルタレジスト材料８１を所定の現像液を用いて現像して第２層目のカラーフィルタ８ｂを形成する第２層目のカラーフィルタ現像工程と、レンズ表面形状の層内レンズ７上に直接、第３色目のカラーフィルタレジスト材料８１をその表面が平坦化するように塗布する第３層目のカラーフィルタ塗布工程と、塗布された第３層目のカラーフィルタレジスト材料８１に対して、マスクを用いて層内レンズ７のレンズ表面形状に沿ってカラーフィルタ膜の膜厚が均一となるように露光する第３層目のカラーフィルタ露光工程と、露光された第３層目のカラーフィルタレジスト材料８１を所定の現像液を用いて現像して第３層目のカラーフィルタ８ｂを形成する第３層目のカラーフィルタ現像工程とを有している。
【００９６】
このようにして、階調マスク１１を用いて下地段差上に透明絶縁膜材料（現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率材料）を用いて層内レンズ７を形成し、階調マスク１２を用いてその上に直にカラーフィルタ（現像溶解性を有した感光性のネガ型材料）を形成するため、従来のように受光部２〜カラーフィルタ８の間に２層の平坦化膜がない分だけ、異種膜界面の数が減り、界面で起こる光反射を抑制でき、さらにマイクロレンズ１０〜受光部２までの距離を短くすることにより、光を効率良く受光部２に取り込むことができて受光感度を向上させることができる。
【００９７】
即ち、層内レンズ７の上下の従来の平坦化膜は削除し、受光部２と電荷転送電極４および遮光膜６との下地段差を層内レンズ材料７１で埋め込み、かつ、その層内レンズ材料７１の表面に凸型の層内レンズ７を形成し、さらに層内レンズ７上に（従来の平坦化膜を介することなく）、直接、カラーフィルタ８を形成することによって、異種膜界面の数が減った分だけ、膜界面での光反射が低減し、また、マイクロレンズ１０〜受光部２までの距離の短縮により、より効率よく受光部２に入射光を到達させることができて受光効率を向上させることができる。
【００９８】
なお、上記実施形態１では、電荷転送電極４および遮光膜６と受光部２との下地段差上に透明絶縁膜材料である層内レンズ材料７１（例えば、現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率透明材料）自体の表面が層内レンズ７のレンズ形状になっているが、そのレンズ表面形状は、層内レンズ材料７１の所定厚みを介してその遮光膜６の上方から凸型をしたレンズ表面形状になっている。その層内レンズ７上に直にカラーフィルタ８がレンズ表面形状に沿って略均等な膜厚で形成されている。これに限らず、図９に示すような層内レンズ７ａおよびカラーフィルタ８２であってもよい。図１では、層内レンズ７の層内レンズ材料の所定厚を介した遮光膜６の上方から立ち上がって上に凸状のレンズ表面形状が形成されているのに対して、図９では、層内レンズ７ａの層内レンズ材料を介在せず、遮光膜６上から直に立ち上がって上に凸状のレンズ表面形状が形成されている。受光部２に正確に集光できるように、層内レンズ材料の所定厚により層内レンズ７の高さ位置を調整することができる。
【００９９】
図９は、図１の固体撮像素子２０の変形例を示す要部縦断面図である。
【０１００】
図９に示すように、固体撮像素子３０において、電荷転送電極４および遮光膜６と受光部２との下地段差上に透明絶縁膜材料である層内レンズ材料７１（例えば、現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率透明材料）自体の表面が層内レンズ７ａのレンズ形状になっているが、その層内レンズ７ａのレンズ表面形状は、層内レンズ材料７１の所定厚みを介在せずに、遮光膜６上から直に立ち上がった凸型をしたレンズ表面形状になっている。隣接する層内レンズ７ａ間は分離しており、層内レンズ７ａ上に直に形成されるカラーフィルタ８２は、隣接するカラーフィルタ８２同士が左右で当接している。カラーフィルタ８２は、レンズ外周部を除いて層内レンズ７ａのレンズ表面形状に沿って略均等な膜厚で形成されている。
【０１０１】
以下、更なる変形例について図１０および図１１を用いて詳細に説明する
図１０は、図１の固体撮像素子２０の更なる変形例を示す要部縦断面図である。
【０１０２】
図１０に示すように、固体撮像素子４０において、電荷転送電極４および遮光膜６と受光部２との下地段差上に透明絶縁膜材料である層内レンズ材料７１（例えば、現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率透明材料）自体の表面が層内レンズ７ｂのレンズ形状になっているが、その層内レンズ７ｂのレンズ表面形状は、層内レンズ材料７１の所定厚みを介在して、遮光膜６の上方から立ち上がった凸型をしたレンズ表面形状になっている。隣接する層内レンズ７ｂ間は当接しており、層内レンズ７ｂ上に直に形成されるカラーフィルタ８３は、隣接するカラーフィルタ８３同士でも左右で当接している。カラーフィルタ８３は、層内レンズ７ａのレンズ表面形状に沿って全面に渡って均等な膜厚で形成されている。
【０１０３】
図１１は、図１の固体撮像素子２０の更なる別の変形例を示す要部縦断面図である。
【０１０４】
図１１に示すように、固体撮像素子５０において、電荷転送電極４および遮光膜６と受光部２との下地段差上に透明絶縁膜材料である層内レンズ材料７１（例えば、現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率透明材料）自体の表面が層内レンズ７ｃのレンズ形状になっているが、その層内レンズ７ｃのレンズ表面形状は、層内レンズ材料７１の所定厚みを介在せずに、遮光膜６上から直に立ち上がった凸型をしたレンズ表面形状になっている。隣接する層内レンズ７ｃ間は当接しており、層内レンズ７ｃ上に直に形成されるカラーフィルタ８３は、隣接するカラーフィルタ８３同士が左右で当接している。カラーフィルタ８３は、層内レンズ７ｃのレンズ表面形状に沿って全面に渡って均等な膜厚で形成されている。
【０１０５】
図１０の層内レンズ７ｂおよび図１１の層内レンズ７ｃは、図１の層内レンズ７および図９の層内レンズ７ａに比べてレンズ曲率が小さく集光率が小さい場合を示している。また、前述したが、図１の層内レンズ７および図１０の層内レンズ７ｂは、図９の層内レンズ７ａおよび図１１の層内レンズ７ｃに比べて層内レンズ高さを高く設定している。これらのレンズ曲率（集光率）や層内レンズ高さを調整して、受光部２により正確に入射光を集光させることができるように設定する。
【０１０６】
以上の固体撮像素子３０、４０および５０の場合にも、上記固体撮像素子２０の場合と同様に、層内レンズ７ａ〜７ｃの上下の従来の平坦化膜は削除し、受光部２と電荷転送電極４および遮光膜６との下地段差を層内レンズ材料７１で埋め込み、かつ、その層内レンズ材料７１の表面に凸型の層内レンズ７ａ、７ｂまたは７ｃを形成し、さらに層内レンズ７ａ、７ｂまたは７ｃ上に（従来の平坦化膜を介することなく）、直接的に、カラーフィルタ８２または８３を形成することによって、異種膜界面の数が減った分だけ、膜界面での光反射が低減し、また、マイクロレンズ１０〜受光部２までの距離（高さ）の短縮により、より効率よく受光部２に入射光を到達させることができて受光効率を向上させることができる。
【０１０７】
なお、上記実施形態１では、層内レンズ７、７ａ、７ｂおよび７ｃが上に凸状の集光レンズの場合について説明したが、これに限らず、その層内レンズが下に凸状の集光レンズであってもよく、さらには、その層内レンズが上下に凸の集光レンズであってもよい。いずれにしても、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料７１に層内レンズを形成すれば、平坦化膜が不要となり、膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制することができる本発明の目的を達成することができる。
【０１０８】
なお、上記実施形態１では、画素毎の下地段差を埋め込んだ層内レンズ材料７１の表面側に、光透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスク１１を用いて露光して現像することにより画素毎に離散的に層内レンズ７のレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程と、この層内レンズ上に直に、光透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスク１２を用いて露光して現像することにより所定の色配列（例えばベイヤー配列など）で画素毎に各色のカラーフィルタ８を形成するカラーフィルタ形成工程とを有する場合について説明したが、これに限らず、画素毎の下地段差を埋め込んだ層内レンズ材料７１の表面側に、光透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスク１１を用いて露光して現像することにより画素毎に離散的に層内レンズ７のレンズ表面形状を形成する層内レンズ形成工程と、層内レンズ７上に平坦化膜を介して所定の色配列で画素毎に各色のカラーフィルタ８を形成するカラーフィルタ形成工程とを有していてもよい。
【０１０９】
この場合のカラーフィルタ形成工程は、カラーフィルタ材料８１を、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いてＵＶ露光するかまたは、ＵＶ露光時の露光量やフォーカスを調整してＵＶ露光することができる。これによって、第１層目〜第３層目のカラーフィルタ８ａおよび８ｂを順次形成することができる。
【０１１０】
さらに、別の事例として、層内レンズ露光工程において、表面が平坦化されて塗布された層内レンズ材料７１（例えば現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率材料）を、透過率が最大と最小の間の透過率を持つ階調フォトマスク１１を用いてＵＶ露光する他に、最大かまたは最小の通常フォトマスクを用いてＵＶ露光するかまたは、ＵＶ露光時の露光量やフォーカスを調整してＵＶ露光してもよい。この場合にも、下地段差を埋め込んでいる層内レンズ材料７１の表面側に直に凸型の層内レンズ７を形成することができる。
【０１１１】
さらに、別の事例として、層内レンズ露光工程において、表面が平坦化されて塗布された層内レンズ材料７１（例えば現像溶解性を有した感光性のポジ型高屈折率材料）を、この層内レンズ７となる層内レンズ材料７１上にレジストを塗布し、このレジストに対して所望の層内レンズ７を得るためのレンズ表面形状のパターニングを行う。さらに、そのレンズ表面形状を層内レンズ材料７１から得るために、パターニングしたレジストに対して例えば摂氏１４０〜１８０度の温度でリフローを行う。このレジストには、酸素によりドライエッチングが可能である樹脂、例えばノボラック系樹脂などを用いることができる。      
【０１１２】
さらに、ドライエッチングにより、レジストのレンズ表面形状を層内レンズ材料７１に転写して層内レンズ７を形成するようにしてもよい。
【０１１３】
いずれにしても、層内レンズの形成方法によらず、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料７１に直に層内レンズを形成すれば、平坦化膜が不要となり、膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制することができる本発明の目的を達成することができる。
【０１１４】
（実施形態２）
図１２は、本発明の実施形態２として、本発明の実施形態１の固体撮像素子２０（または３０または４０または５０）からの撮像信号を所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置を撮像部に用いた電子情報機器の概略構成例を示すブロック図である。
【０１１５】
図１２において、本実施形態２の電子情報機器９０は、上記実施形態１の固体撮像素子２０（または３０または４０または５０）からの撮像信号を所定の信号処理をしてカラー画像信号を得る固体撮像装置９１と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を記録用に所定の信号処理した後にデータ記録可能とする記録メディアなどのメモリ部９２と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を表示用に所定の信号処理した後に液晶表示画面などの表示画面上に表示可能とする液晶表示装置などの表示手段９３と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を通信用に所定の信号処理をした後に通信処理可能とする送受信装置などの通信手段９４と、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号を印刷用に所定の印刷信号処理をした後に印刷処理可能とするプリンタなどの画像出力手段９５とを有している。なお、この電子情報機器９０として、これに限らず、固体撮像装置９１の他に、メモリ部９２と、表示手段９３と、通信手段９４と、プリンタなどの画像出力手段９５とのうちの少なくともいずれかを有していてもよい。
【０１１６】
この電子情報機器９０としては、前述したように例えばデジタルビデオカメラ、デジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラ、ドアホンカメラ、車載用後方監視カメラなどの車載用カメラおよびテレビジョン電話用カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、カメラ付き携帯電話装置および携帯端末装置（ＰＤＡ）などの画像入力デバイスを有した電子機器などが考えられる。
【０１１７】
したがって、本実施形態２によれば、この固体撮像装置９１からのカラー画像信号に基づいて、これを表示画面上に良好に表示したり、これを紙面にて画像出力手段９５により良好にプリントアウト（印刷）したり、これを通信データとして有線または無線にて良好に通信したり、これをメモリ部９２に所定のデータ圧縮処理を行って良好に記憶したり、各種データ処理を良好に行うことができる。
【０１１８】
なお、上記実施形態１では、特に説明しなかったが、画素毎の下地段差を埋め込む層内レンズ材料の表面側に、画素毎に離散的にレンズ形状を形成した層内レンズおよびその製造方法によっても、層内レンズ材料が従来の平坦化膜の代わりに用いられて、従来の平坦化膜が不要な分、膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制する本発明の目的を達成することができる。
【０１１９】
また同様に、上記実施形態１では、特に説明しなかったが、層内レンズ７上または、被写体からの入射光を光電変換して受光する受光部に入射光を集光させるための層内レンズ上に直に、画素毎に離散的に所定の色配列で形成したカラーフィルタおよびその製造方法によっても、層内レンズ上の従来の平坦化膜が不要な分、膜界面での光反射を極力なくすと共に、マイクロレンズから受光部までの距離をより短くして受光部への入射光の光量低下を抑制する本発明の目的を達成することができる。
【０１２０】
以上のように、本発明の好ましい実施形態１、２を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態１、２に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態１、２の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明は、画素毎に離散的に所定の色配列で配列された層内レンズおよびその製造方法、この層内レンズ上または上方に設けられるカラーフィルタおよびその製造方法、この層内レンズおよび／またはカラーフィルタを通して被写体からの画像光を光電変換して撮像する半導体素子で構成された固体撮像素子およびその製造方法、この固体撮像素子を画像入力デバイスとして撮像部に用いた例えばデジタルビデオカメラおよびデジタルスチルカメラなどのデジタルカメラや、監視カメラなどの画像入力カメラ、スキャナ装置、ファクシミリ装置、テレビジョン電話装置、カメラ付き携帯電話装置などの電子情報機器の分野において、層内レンズの上下の従来の平坦化膜は削除し、受光部と電荷転送電極および遮光膜との下地段差を層内レンズ材料で埋め込み、かつ、その層内レンズ材料の表面に凸型の層内レンズを形成し、さらに層内レンズ上に（従来の平坦化膜を介することなく）、直接、カラーフィルタを形成することによって、異種膜界面の数が減った分だけ、膜界面での光反射が低減し、また、マイクロレンズ〜受光部までの集光距離の短縮により、より効率よく受光部に入射光を到達させることができて受光効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１  半導体基板（半導体ウェル）
２  受光部
３  電荷転送領域
４  電荷転送電極
５  絶縁膜
６  遮光膜
７、７ａ，７ｂ，７ｃ  層内レンズ
７１  層内レンズ材料
８，８２，８３  カラーフィルタ
８ａ，８２ａ，８３ａ  第１層目のカラーフィルタ
８ｂ，８２ｂ，８３ｂ  第２層目または第３層目のカラーフィルタ
８１  カラーフィルタ材料
９  平坦化膜
１０  マイクロレンズ
１１，１２  階調フォトマスク
２０、３０、４０、５０  固体撮像素子
９０  電子情報機器
９１  固体撮像装置
９２  メモリ部
９３  表示手段
９４  通信手段
９５  画像出力手段
【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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