(57)【要約】【課題】容易な製造プロセスで、十分な反射低減効果を得ることができる固体撮像装置を提供する。【解決手段】複数の画素を備える固体撮像装置１００であって、半導体基板１０１と、半導体基板１０１に画素毎に形成された複数の受光部１０２と、複数の受光部１０２の上方に、複数の受光部１０２のそれぞれに入射光を集光するように配置された複数のマイクロレンズ１０７と、複数のマイクロレンズ１０７上に形成された表面平坦化層１０８と、表面平坦化層１０８上に形成された、表面平坦化層１０８より屈折率が低い低屈表面層１０９とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を備える固体撮像装置であって、
半導体基板と、
前記半導体基板に前記画素毎に形成された複数の受光部と、
前記複数の受光部の上方に、前記複数の受光部のそれぞれに入射光を集光するように配置された複数のマイクロレンズと、
前記複数のマイクロレンズ上に形成された平坦化層と、
前記平坦化層上に形成された、前記平坦化層より屈折率が低い低屈折率層とを備える
固体撮像装置。
【請求項２】
前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、可視光の波長の１／４倍の範囲である
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記低屈折率層は、無機物から構成される
請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記平坦化層の屈折率と前記低屈折率層の屈折率との差は、０．０４以上である
請求項１〜３のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記複数の画素は、複数の種類のいずれかに属し、
前記低屈折率層の膜厚は、前記画素の種類毎に異なる
請求項１〜４のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記複数の画素は、赤色用画素、緑色用画素、及び、青色用画素のいずれかの種類に属し、
前記低屈折率層の膜厚は、前記青色用画素、前記緑色用画素、前記赤色用画素の順で厚くなる
請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記複数の画素は、複数の種類のいずれかに属し、
前記低屈折率層の材質は、前記画素の種類毎に異なる
請求項１〜６のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記複数の画素は、赤色用画素、緑色用画素、及び、青色用画素のいずれかの種類に属し、
前記赤色用画素における前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、６５０／４ｎｍであり、
前記緑色用画素における前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、５５０／４ｎｍであり、
前記青色用画素における前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、４４０／４ｎｍである
請求項７記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記複数の画素は、所定の領域に二次元状に配列され、
前記所定の領域は、中心を含む中央領域と、当該中央領域の周囲の領域である周辺領域とを含み、
前記低屈折率層の膜厚は、前記中央領域と前記周辺領域とで異なっている
請求項１〜８のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
前記周辺領域における前記低屈折率層の膜厚は、前記中央領域における前記低屈折率層の膜厚より小さい
請求項９記載の固体撮像装置。
【請求項１１】
前記平坦化層は、さらに、前記マイクロレンズに沿った曲率の凸部を上面に有する
請求項１〜１０のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１２】
前記低屈折率層は、可視光の波長以下のピッチで凸凹状の微細構造を有する
請求項１〜１１のいずれか１項に記載の固体撮像装置。
【請求項１３】
複数の画素を備える固体撮像装置の製造方法であって、
半導体基板に前記画素毎に複数の受光部を形成する工程と、
前記複数の受光部の上方に、前記複数の受光部のそれぞれに入射光を集光するように複数のマイクロレンズを形成する工程と、
前記複数のマイクロレンズ上に、平坦化層を形成する工程と、
前記平坦化層上に、当該平坦化層より屈折率が低い低屈折率層を形成する工程とを含む
固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記低屈折率層を形成する工程では、前記平坦化層より屈折率が低い材料を塗布することで、前記低屈折率層を形成する
請求項１３記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記低屈折率層を形成する工程では、前記平坦化層より屈折率が低い材料をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により堆積させることで、前記低屈折率層を形成する
請求項１３記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
前記低屈折率層を形成する工程は、
前記平坦化層より屈折率が低く、かつ、感光基を含む材料を、前記平坦化層上に形成する工程と、
グレー階調を有するマスクを介して、堆積された前記材料を形成する工程と、
露光された前記材料を現像することで、前記画素毎に膜厚が異なる前記低屈折率層を形成する工程とを含む
請求項１３〜１５のいずれか１項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、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に、受光部上に形成されたマイクロレンズとその表面膜とを有する固体撮像装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、固体撮像装置のチップサイズの小型化や画素数の増大とあいまって、デジタルカメラ、デジタルムービーカメラ、カメラ付き携帯電話機等の小型化、高性能化が進んでいる。
【０００３】
従来の固体撮像装置では、カメラの解像度を高めるべく高画素化が図られ、またカメラ光学系の小型化に伴い、チップサイズの小型化もますます加速されてきている。そのため、画素サイズがますます小さくなってきている。これらの要望は強く、今後も更なる縮小化が予想される。
【０００４】
一方、画素サイズはますます小さくなってきているにも関わらず、低照度時であっても高感度で撮像したいという市場の要望も強く、そのために受光部への集光効果を上げるべく各種のマイクロレンズ構造が提案されている。
【０００５】
さらに、集光効果を上げるため、反射低減効果の役割を担うべく、マイクロレンズ上に、所定の厚さのフッ素含有樹脂膜から成る反射防止膜を形成し、さらなる感度向上を図る構造も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
図１０は、特許文献１に記載の従来の固体撮像装置１０の構造断面図である。図１０に示す従来の固体撮像装置１０は、シリコン基板１１と、フォトダイオード１２と、ポリシリコン電極１３と、シリコン酸化膜１４と、平坦化膜１５と、マイクロレンズ１６と、反射防止膜１７と、空気又は不活性ガス層１８とを備える。
【０００７】
図１０に示すように、反射低減効果の役割を担うべくマイクロレンズ１６上に、所定の厚さのフッ素含有樹脂膜から成る反射防止膜１７が形成されている。反射防止膜１７は、マイクロレンズ１６の曲面に沿って膜厚が均一になるように、マイクロレンズ１６上に形成されている。
【０００８】
この構成により、表面の反射防止効果があり、感度向上を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平４−２７５４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来技術には、容易な製造プロセスでは、十分な反射低減効果を得られないという課題がある。
【００１１】
反射防止膜を備えない従来の固体撮像装置では、表面での反射が４％程度あり、集光ロスを生じさせ、感度が低下するという課題がある。
【００１２】
また、図１０に示す特許文献１に記載の固体撮像装置では、表面の反射を防止する反射防止膜が形成されており、確かに、反射低減効果は認められる。しかしながら、マイクロレンズの曲面上に所定の厚さを保って均一に膜を形成することは、従来のオンチップフィルタ形成プロセス、例えば、スピンコート法では困難である。また、特許文献１に記載されている方法では、大口径ウェハを用いた場合に均一な膜厚の形成が難しいという問題もある。
【００１３】
そこで、本発明は、容易な製造プロセスで、十分な反射低減効果を得ることができる固体撮像装置及びその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】
【００１４】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像装置は、複数の画素を備える固体撮像装置であって、半導体基板と、前記半導体基板に前記画素毎に形成された複数の受光部と、前記複数の受光部の上方に、前記複数の受光部のそれぞれに入射光を集光するように配置された複数のマイクロレンズと、前記複数のマイクロレンズ上に形成された平坦化層と、前記平坦化層上に形成された、前記平坦化層より屈折率が低い低屈折率層とを備える。
【００１５】
これにより、平坦化層上に低屈折率層が形成されているので、均一な膜厚の低屈折率層を容易に形成することができるとともに、十分な反射低減効果を得ることができる。
【００１６】
また、前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、可視光の波長の１／４倍の範囲であってもよい。
【００１７】
これにより、可視光の波長に応じて膜厚及び屈折率が決定されているので、反射を十分に低減することができる。
【００１８】
また、前記低屈折率層は、無機物から構成されてもよい。
【００１９】
これにより、低屈折率層が無機物で構成されるので、熱が加わっても黄変や変形が少なく、耐候性向上も図ることができる。
【００２０】
また、前記平坦化層の屈折率と前記低屈折率層の屈折率との差は、０．０４以上であってもよい。
【００２１】
これにより、従来よりも十分に反射を低減することができる。
【００２２】
また、前記複数の画素は、複数の種類のいずれかに属し、前記低屈折率層の膜厚は、前記画素の種類毎に異なってもよい。
【００２３】
これにより、画素毎に入射光の波長を選択して低屈折率層での反射を低減させることができるので、画素毎に高感度を実現できるとともに、色再現性も向上させることができる。
【００２４】
また、前記複数の画素は、赤色用画素、緑色用画素、及び、青色用画素のいずれかの種類に属し、前記低屈折率層の膜厚は、前記青色用画素、前記緑色用画素、前記赤色用画素の順で厚くなってもよい。
【００２５】
これにより、赤色光、緑色光及び青色光のそれぞれを透過させるカラーフィルタを備える場合に、カラーフィルタが透過させる光に応じて、膜厚を異ならせることで、反射を十分に低減することができる。
【００２６】
また、前記複数の画素は、複数の種類のいずれかに属し、前記低屈折率層の材質は、前記画素の種類毎に異なってもよい。
【００２７】
これにより、画素毎に低屈折率層の材質が異なっているので、反射を低減させることができる。
【００２８】
また、前記複数の画素は、赤色用画素、緑色用画素、及び、青色用画素のいずれかの種類に属し、前記赤色用画素における前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、６５０／４ｎｍであり、前記緑色用画素における前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、５５０／４ｎｍであり、前記青色用画素における前記低屈折率層の膜厚と屈折率との積は、４４０／４ｎｍであってもよい。
【００２９】
これにより、画素毎に、透過させる光に応じて膜厚及び材質を変えることができるので、画素毎に高感度を実現できるとともに、色再現性も向上させることができる。
【００３０】
また、前記複数の画素は、所定の領域に二次元状に配列され、前記所定の領域は、中心を含む中央領域と、当該中央領域の周囲の領域である周辺領域とを含み、前記低屈折率層の膜厚は、前記中央領域と前記周辺領域とで異なっていてもよい。
【００３１】
これにより、中央領域と周辺領域とにおける反射を低減させることができ、感度ムラを抑制することができる。
【００３２】
また、前記周辺領域における前記低屈折率層の膜厚は、前記中央領域における前記低屈折率層の膜厚より小さくてもよい。
【００３３】
これにより、中央領域と周辺領域とにおける反射を低減させることができ、感度ムラを抑制することができる。
【００３４】
また、前記平坦化層は、さらに、前記マイクロレンズに沿った曲率の凸部を上面に有してもよい。
【００３５】
これにより、マイクロレンズだけでなく、平坦化層においても集光効果を得ることができるので、集光効果を高めることができる。
【００３６】
また、前記低屈折率層は、可視光の波長以下のピッチで凸凹状の微細構造を有してもよい。
【００３７】
これにより、反射率を大幅に低減することができる。
【００３８】
また、本発明の一態様に係る固体撮像装置の製造方法は、複数の画素を備える固体撮像装置の製造方法であって、半導体基板に前記画素毎に複数の受光部を形成する工程と、前記複数の受光部の上方に、前記複数の受光部のそれぞれに入射光を集光するように複数のマイクロレンズを形成する工程と、前記複数のマイクロレンズ上に、平坦化層を形成する工程と、前記平坦化層上に、当該平坦化層より屈折率が低い低屈折率層を形成する工程とを含む。
【００３９】
これにより、平坦化層上に低屈折率層を形成するので、均一な膜厚の低屈折率層を容易に形成することができるとともに、十分な反射低減効果を得ることができる固体撮像装置を製造することができる。
【００４０】
また、前記低屈折率層を形成する工程では、前記平坦化層より屈折率が低い材料を塗布することで、前記低屈折率層を形成してもよい。
【００４１】
これにより、均一な膜厚の低屈折率層を形成することができる。
【００４２】
また、前記低屈折率層を形成する工程では、前記平坦化層より屈折率が低い材料をＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により堆積させることで、前記低屈折率層を形成してもよい。
【００４３】
これにより、均一な膜厚の低屈折率層を形成することができる。
【００４４】
また、前記低屈折率層を形成する工程は、前記平坦化層より屈折率が低く、かつ、感光基を含む材料を、前記平坦化層上に形成する工程と、グレー階調を有するマスクを介して、堆積された前記材料を形成する工程と、露光された前記材料を現像することで、前記画素毎に膜厚が異なる前記低屈折率層を形成する工程とを含んでもよい。
【００４５】
これにより、グレー階調を有するマスクにより、露光量を画素毎に調整することができるので、画素毎に異なる膜厚の低屈折率層を容易に形成することができる。
【発明の効果】
【００４６】
本発明の固体撮像装置は、容易な製造プロセスで製造され、十分な反射低減効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の画素配列の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置を備えるカメラの一例を示す模式図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の構成の一例を示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置の製造方法の一例を示す断面工程図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置の構成の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置を備えるカメラの一例を示す模式図である。
【図８】本発明の実施の形態の変形例における固体撮像装置の構成の一例を示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態の変形例における固体撮像装置の構成の一例を示す断面図である。
【図１０】従来の固体撮像装置の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
以下、本発明の実施の形態に係る固体撮像装置及びその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４９】
（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置は、マイクロレンズ上に形成された平坦化層と、平坦化層上に形成された、当該平坦化層より屈折率が低い低屈折率層とを備えることを特徴とする。
【００５０】
まず、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置の構成について説明する。ここでは、カラーフィルタが原色フィルタのグリーン市松模様のベイヤ配列である固体撮像装置について説明する。
【００５１】
図１は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の断面図である。また、図２は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００の画素配列の一例を示す平面図である。なお、図１は、図２に示すＡ−Ａ断面の一部を示している。
【００５２】
実施の形態１に係る固体撮像装置１００は、半導体基板１０１と、複数の受光部１０２と、複数の転送電極１０３と、平坦化膜１０４と、複数のカラーフィルタ（レッドフィルタ１０５Ｒ、グリーンフィルタ１０５Ｇ及びブルーフィルタ１０５Ｂ）と、マイクロレンズ下平坦化膜１０６と、複数のマイクロレンズ１０７と、表面平坦化層１０８と、低屈表面層１０９とを備える。
【００５３】
半導体基板１０１は、例えば、シリコン基板である。半導体基板１０１には、複数の受光部１０２が画素毎に形成されている。
【００５４】
複数の受光部１０２は、例えば、フォトダイオードで構成される。複数の受光部１０２はそれぞれ、入射光を光電変換することで、信号電荷を生成する。
【００５５】
半導体基板１０１上において、複数の受光部１０２の間には、転送電極１０３が形成されている。転送電極１０３は、受光部１０２によって生成された信号電荷を外部に転送するための電極である。
【００５６】
平坦化膜１０４は、転送電極１０３により生じた凹部を埋めるように、半導体基板１０１上に形成される。平坦化膜１０４は、透光性を有する。
【００５７】
平坦化膜１０４上に、各画素に対応してグリーンフィルタ１０５Ｇ、レッドフィルタ１０５Ｒ及びブルーフィルタ１０５Ｂが形成されている。なお、ブルーフィルタ１０５Ｂは、図示した断面には表れていない。
【００５８】
グリーンフィルタ１０５Ｇ、レッドフィルタ１０５Ｒ及びブルーフィルタ１０５Ｂは、受光部１０２に対応して配列される。グリーンフィルタ１０５Ｇは、緑の光を透過するカラーフィルタである。レッドフィルタ１０５Ｒは、赤の光を透過するカラーフィルタである。ブルーフィルタ１０５Ｂは、青の光を透過するカラーフィルタである。
【００５９】
グリーンフィルタ１０５Ｇ、レッドフィルタ１０５Ｒ及びブルーフィルタ１０５Ｂは、図２に示すようなグリーン市松模様のベイヤ配列で配置されている。
【００６０】
カラーフィルタ（レッドフィルタ１０５Ｒ、グリーンフィルタ１０５Ｇ及びブルーフィルタ１０５Ｂ）上に、マイクロレンズ下平坦化膜１０６が形成される。マイクロレンズ下平坦化膜１０６は、複数のマイクロレンズ１０７の下面を面一にするための平坦化膜である。
【００６１】
マイクロレンズ下平坦化膜１０６の上に、光を集光させる目的で受光部１０２に対応してマイクロレンズ１０７が配列されている。つまり、マイクロレンズ１０７は、複数の受光部１０２の上方に、複数の受光部１０２のそれぞれに入射光を集光するように、画素毎に配置されている。
【００６２】
複数のマイクロレンズ１０７の上には、表面平坦化層１０８が形成されている。表面平坦化層１０８は、上面が平坦であり、マイクロレンズ１０７の上方の面を平坦化する平坦化層の一例である。
【００６３】
表面平坦化層１０８の上には、低屈表面層１０９が形成されている。低屈表面層１０９の屈折率は、低屈折率層の一例であり、表面平坦化層１０８の屈折率より低い。例えば、低屈表面層１０９の屈折率と表面平坦化層１０８の屈折率との差は、０．０４以上である。
【００６４】
なお、表面平坦化層１０８は、マイクロレンズ１０７の上方の平坦度を高める層であり、表面平坦化層１０８の上面は平坦である。
【００６５】
具体的には、低屈表面層１０９の材質は、無機物であり、例えば、シリコン酸化物（ＳｉＯ2）である。この場合、低屈表面層１０９の屈折率は、約１．４６である。また、表面平坦化層１０８の材質は、例えば、熱硬化性透明アクリル膜である。この場合、表面平坦化層１０８の屈折率は、約１．５である。
【００６６】
以下、このような構造による固体撮像装置１００の機能について、説明する。
【００６７】
図１に示すように、表面平坦化層１０８の上に低屈表面層１０９を形成することにより、低屈表面層１０９上の反射率を低減させることができる。なぜなら、表面の強度反射率Ｒは、以下の式（１）で表される。
【００６８】
Ｒ＝（ｎf2−ｎ0ｎs）2／（ｎf2＋ｎ0ｎs）2  …（１）
【００６９】
ここで、ｎ0は、外部媒質の屈折率（一般的に空気であり、ｎ0≒１）、ｎfは、低屈表面層１０９の屈折率、ｎsは、表面平坦化層１０８の屈折率を表わす。
【００７０】
式（１）より、表面平坦化層１０８より屈折率の低い材料を用いて低屈表面層１０９を構成することで、反射率を低減させることができる。具体的には、表面平坦化層１０８の屈折率が１．５０、低屈表面層１０９の屈折率が１．４６である場合、反射率は、低屈表面層１０９を設けない場合には４％であったが、低屈表面層１０９を設けることにより、約３％に低減する。この結果から、表面平坦化層１０８と低屈表面層１０９との屈折率差は、概ね０．０４以上設けることが好ましい。
【００７１】
さらに、以下の式（２）を満たすように、低屈表面層１０９を構成することで、低屈表面層１０９における表面と裏面との反射光の位相を半波長ずらして干渉効果により打ち消すことができる。
【００７２】
ｎfｄ＝λ／４  …（２）
【００７３】
ここで、ｄは、低屈表面層１０９の厚さ、λは、入射光の波長を表わす。つまり、低屈表面層１０９の膜厚と屈折率との積は、入射光の波長の１／４倍となる。入射光は、例えば、可視光（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）である。言い換えると、低屈表面層１０９の膜厚と屈折率との積が、可視光の波長である４５０〜６５０ｎｍの１／４倍の範囲となるように、低屈表面層１０９の膜厚及び屈折率（材料）が決定される。
【００７４】
式（２）より、低屈表面層１０９の屈折率が１．４６の場合、波長５５０ｎｍの時には、低屈表面層１０９の膜厚は、概ね９４ｎｍであることが好ましい。同様にして、可視光（４５０ｎｍ〜６５０ｎｍ）での感度向上という点からは、約７７ｎｍ〜約１１１ｎｍであれば、効果を発揮することができる。
【００７５】
なお、低屈表面層１０９の膜厚が概ね９４ｎｍであるとは、実質的に９４ｎｍに等しいことであり、例えば、９０〜１１０％程度の範囲にあることである。同様の記載は、同じことを意味する。
【００７６】
以上のように、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００は、マイクロレンズ１０７上に形成された表面平坦化層１０８と、表面平坦化層１０８上に形成された、当該表面平坦化層１０８より屈折率が低い低屈表面層１０９とを備えることを特徴とする。
【００７７】
この構成によれば、低屈表面層１０９は平坦化された表面平坦化層１０８上に形成できるので、特別な装置やプロセスを必要とせず、通常の塗布工程で膜厚の均一に形成でき、品質の安定化を図ることが容易である。また、低温ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法で形成することも可能である。その際、低屈表面層１０９を、ＳｉＯ2などの無機材料で形成すれば熱が加わっても黄変や変形が少なく、耐候性向上も図ることができる。ＳｉＯ2であれば、屈折率はほぼ１．４６であり、膜厚を９４ｎｍに制御することにより反射率を低減させることが可能である。
【００７８】
また、図３は、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００を備えるカメラ１２０の一例を示す模式図である。図３に示すように、カメラ１２０は、赤外カットフィルタ１２１と、絞り１２２と、レンズ１２３とを備える。
【００７９】
カメラの小型化に対する要望により、最近のカメラに搭載されている赤外カットフィルタ１２１は、薄膜化が可能な蒸着型が主流である。このため、赤外カットフィルタ１２１は、斜め光に対しては反射しやすくなっている。したがって、フレアやゴーストの発生を抑えるためには、固体撮像装置１００側での反射低減が必須となっている。
【００８０】
本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００によれば、上述のように、反射率を低減することができるので、図３に示すようなカメラ１２０は、フレア及びゴーストの発生を抑制することができる。したがって、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００は、画質の優れた画像信号を生成することができる。
【００８１】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置では、複数の画素は、複数の種類のいずれかに属し、画素の種類毎に低屈表面層の膜厚が異なることを特徴とする。具体的には、受光部に入射される入射光の波長に応じて、低屈表面層の膜厚が異なっている。
【００８２】
図４は、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置２００の構成の一例を示す断面図である。なお、画素の配列は、実施の形態１に係る固体撮像装置１００と同じであり、図４は、図２に示すＡ−Ａ断面の一部を示している。
【００８３】
図４に示すように、固体撮像装置２００は、図１に示す実施の形態１の固体撮像装置１００と比較して、低屈表面層１０９の代わりに、低屈表面層２０９を備える点が異なっている。以下では、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【００８４】
固体撮像装置２００が備える複数の画素は、複数の種類のいずれかに属する。複数の画素は、例えば、画素に入射される光の波長、具体的には、カラーフィルタが透過する光の波長によって、複数の種類に分類される。例えば、複数の種類は、青色用画素、緑色用画素及び赤色用画素の３種類である。
【００８５】
低屈表面層２０９は、低屈折率層の一例であり、低屈表面層２０９の膜厚は、画素の種類毎に異なっている。つまり、各々のカラーフィルタ上で、カラーフィルタが透過する光の波長に応じて、低屈表面層２０９の厚みが異なっている。具体的には、カラーフィルタが透過する光の波長が大きい程、低屈表面層２０９の膜厚は、大きくなる。可視光において、波長は、青色光、緑色光、赤色光の順で大きくなるので、低屈表面層２０９の膜厚は、青色用画素、緑色用画素、赤色用画素の順で大きくなる。
【００８６】
この構造にすれば、各カラーフィルタを透過する波長を選択して低屈表面層２０９での反射を低減させることにより、各画素で高感度を実現でき、それにより色再現性も良い固体撮像装置２００を実現させることができる。
【００８７】
具体的には、式（２）より、ブルーフィルタ１０５Ｂ上には、４５０ｎｍでの反射を抑えるため膜厚が概ね７７ｎｍの低屈表面層２０９Ｂが形成されることが好ましい。同様に、グリーンフィルタ１０５Ｇ上には、５５０ｎｍでの反射を抑えるため、膜厚が概ね９４ｎｍの低屈表面層２０９Ｇが形成されることが好ましい。レッドフィルタ１０５Ｒ上には、６５０ｎｍでの反射を抑えるため、膜厚が概ね１１１ｍの低屈表面層２０９Ｒが形成されることが好ましい。
【００８８】
ここで、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置２００の製造方法について、図５を用いて説明する。表面平坦化層１０８までは、本発明の実施の形態１に係る固体撮像装置１００と同じ構成であり、製造方法については割愛する。
【００８９】
まず、図５の（ａ）に示すように、表面平坦化層１０８上に、低屈表面層２０９となる感光基を含むポジ型材料２１１をスピンコート法で形成する。その後、図５の（ｂ）に示すように、グレー階調を有するマスク２１０を介して、形成した材料を露光する。その際、レッドフィルタ１０５Ｒ上は露光しないように完全遮光し、グリーンフィルタ１０５Ｇ上及びブルーフィルタ１０５Ｂ上は、目的の厚みに応じて照射量を調整するために、グレー階調を設けておく。なお、グレー階調を持ったマスク２１０は、材料に照射される光の量、すなわち、露光量を画素毎に調整することができるマスクである。
【００９０】
その後、図５の（ｃ）に示すように、露光された材料の現像及びポストベークを行うことにより、各画素上に対応する厚みを形成することができる。このように、スピンコート法などいわゆる暗室工程プロセスで形成できるため、工程で広く使用されている設備を流用することができる。また、大口径ウェハにも均一な厚さの膜を形成することができる。
【００９１】
以上のように、本発明の実施の形態２に係る固体撮像装置２００は、表面平坦化層１０８上に形成された、当該表面平坦化層１０８より屈折率が低い低屈表面層２０９を備え、当該低屈表面層２０９の膜厚は、画素毎に異なっていることを特徴とする。
【００９２】
これにより、画素毎に入射する光の波長を選択して低屈表面層２０９での反射を低減させることにより、各画素で高感度を実現でき、それにより色再現性も良い固体撮像装置２００を実現させることができる。
【００９３】
なお、式（２）を満足すれば、屈折率を同一にする必要はない。例えば、ブルーフィルタ１０５Ｂ上には、膜厚と屈折率との積が４５０／４ｎｍとなるように、低屈表面層２０９Ｂを形成すればよい。同様に、グリーンフィルタ１０５Ｇ上には、膜厚と屈折率との積が５５０／４ｎｍとなるように、低屈表面層２０９Ｇを形成し、レッドフィルタ１０５Ｒ上には、膜厚みと屈折率との積が６５０／４ｎｍとなるように、低屈表面層２０９Ｒを形成すれば、同様の効果を期待できる。
【００９４】
また、本実施の形態において、すべてのカラーフィルタ上において適用したが、必ずしもすべてのカラーフィルタ上に適用する必要はなく、特性に懸念のあるカラーフィルタ層上のみに適用してもよい。これにより、色バランスを調整でき、色再現性の良い固体撮像装置を実現させることも可能である。つまり、すべてのカラーフィルタ上において適用することを限定するものではない。
【００９５】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置では、複数の画素は、所定の領域に二次元状に配列され、当該所定の領域は、中心を含む中央領域と当該中央領域の周囲の領域である周辺領域とを含み、低屈表面層の膜厚は、中央領域と周辺領域とで異なっていることを特徴とする。
【００９６】
図６は、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置３００の構成の一例を示す断面図である。なお、画素の配列は、実施の形態１に係る固体撮像装置１００と同じであり、図６は、図２に示すＡ−Ａ断面の一部を示している。
【００９７】
図６に示すように、固体撮像装置３００は、図１に示す実施の形態１の固体撮像装置１００と比較して、低屈表面層１０９の代わりに、低屈表面層３０９を備える点が異なっている。以下では、実施の形態１と同じ点は説明を省略し、異なる点を中心に説明する。
【００９８】
なお、固体撮像装置３００が備える複数の画素は、所定の領域に二次元状に配列されている。所定の領域とは、例えば、撮像領域に相当する。
【００９９】
低屈表面層３０９は、低屈折率層の一例であり、図６に示すように、低屈表面層３０９の膜厚は、中央領域と周辺領域とで異なっている。中央領域は、複数の画素が二次元状に配列された撮像領域の中心を含む領域であり、チップの中央部分に相当する。周辺領域は、中央領域の周囲の領域であり、チップの周辺部分に相当する。
【０１００】
チップの中央部分と周辺部分とで低屈表面層３０９の厚みが異なる構造を示している。この構造にすれば、図７に示すような射出瞳距離の短いカメラ３２０に本実施の形態の固体撮像装置３００を適用する場合、チップの中央部と周辺部分との最表面の反射を共に低減させることができ、感度ムラを抑えた高画質なカメラ３２０を実現できる。
【０１０１】
具体的に説明すると、図７に示すように、チップの周辺部分では、レンズ３２３及び絞り３２２を介して入射した光は斜めになるため、チップの中央部分に入射する光に比べて低屈表面層３０９における光路が長くなる。反射における位相の変化を揃えるためには、チップの周辺部分は、チップの中央部分よりも薄くする必要がある。なお、固体撮像装置３００と絞り３２２の間に赤外カットフィルタ（図示せず）を備えていると、赤外線を減らすことができ、ノイズの低減が可能となる。
【０１０２】
理想的には、入射角θとした場合、光路は、光路長をｃｏｓθで割った分だけ長くなる。チップの中央部分では、入射角θは０で、ｃｏｓθは１である。これに対して、チップの周辺部分で入射角θが例えば３０度だとすると、ｃｏｓθは約０．８６６となるため、光路を揃えるためには、周辺領域の低屈表面層３０９の膜厚を、中央領域の膜厚の約０．８６６倍にすることが好ましい。
【０１０３】
本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置３００は、前述したように、グレー階調を設けたマスクを使用することにより形成することが可能である。
【０１０４】
以上のように、本発明の実施の形態３に係る固体撮像装置３００では、複数の画素は、中央領域と当該中央領域の周囲の領域である周辺領域とに二次元状に配列され、低屈表面層３０９の膜厚は、中央領域と周辺領域とで異なっていることを特徴とする。具体的には、周辺領域の低屈表面層３０９の膜厚は、中央領域の低屈表面層３０９の膜厚より小さい。より具体的には、中央から端に向かうにつれて、低屈表面層３０９の膜厚が、段階的に又は滑らかに小さくなることが好ましい。このとき、画素毎に、入射角θに応じた膜厚の低屈表面層３０９を備えていてもよい。
【０１０５】
これにより、中央領域と周辺領域とにおける反射を低減させることができ、感度ムラを抑えることができる。
【０１０６】
以上、本発明に係る固体撮像装置及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、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。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を当該実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【０１０７】
例えば、図８に示す固体撮像装置４００のように、低屈折率層の一例として、可視光の波長以下のピッチで凸凹状の微細構造の低屈表面層４０９を備えていてもよい。また、その形状を最表面から表面平坦化層１０８に向かって占有率を増やす構造にすることにより、例えば、ＳｉＯ2膜の場合、有効屈折率も１．０から１．４６に連続的に大きくなり、反射率を大幅に低減することが可能となる。この場合も、表面平坦化層１０８上に形成できるので、膜均一性を良く形成することが可能である。なお、微細構造の高さについては、２００ｎｍ以上であることが好ましい。
【０１０８】
また、図９に示す固体撮像装置５００のように、マイクロレンズ１０７に沿った曲率の凸部を上面に有する表面平坦化層５０８を備えていてもよい。これにより、表面平坦化層５０８で、集光効果を持たせることができる。なお、表面平坦化層５０８は、本発明に係る平坦化層の一例であって、マイクロレンズ１０７の上方の平坦度を高めるための層である。表面平坦化層５０８が備える凸部は、マイクロレンズ１０７の曲率よりも小さい曲率を有する。すなわち、平坦化層は、平坦度を向上させるものであれば良く、必ずしも表面が完全に平坦なっている必要はない。
【０１０９】
さらに、表面平坦化層５０８の上に低屈表面層５０９を備えることにより、表面の反射低減も可能となる。このときの低屈表面層５０９は、図９に示す例では、実施の形態１のように、全画素で同じ厚みで形成している。
【０１１０】
これに対して、実施の形態２のように色毎で厚みを変えるものでもよく、実施の形態３のようにチップの中央部分と周辺部分とで厚みを変えるものでもよい。さらには、実施の形態の変形例（図８）のように表面の凸凹を備えたものでも構わない。
【０１１１】
これまで述べた実施の形態１〜３及びその変形例において、カラーフィルタは、原色フィルタ（赤、緑、青の３色）を用いたが、補色フィルタ（イエロ、シアン、マゼンタ、緑の４色）を用いてもよい。その他、様々なフィルタでも有効である。
【０１１２】
また、白黒用や三板式などで使用するカラーフィルタが無い固体撮像装置にも有効である。
【０１１３】
また、本実施の形態において、固体撮像装置がＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）イメージセンサに構成される場合を示しているが、ＭＯＳ（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）イメージセンサに構成される場合に用いることも可能である。さらに、裏面照射型のイメージセンサに構成される場合に用いることも可能である。
【０１１４】
また、本実施の形態に係る固体撮像装置をデジタルスチルカメラ、デジタルムービーカメラに用いることにより、高感度、高Ｓ／Ｎ比、高色再現性、かつフレアやゴーストの発生を抑えたカメラを実現することができる。
【０１１５】
なお、上記の実施の形態はあくまで一例を示したものであり、本発明に係る固体撮像装置は、上記の実施の形態で示した構成に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、容易な製造プロセスで、十分な反射低減効果を得ることができるという効果を奏し、例えば、ＣＣＤセンサ、ＭＯＳセンサ、デジタルスチルカメラなどの分野において利用可能である。
【符号の説明】
【０１１７】
１０、１００、２００、３００、４００、５００  固体撮像装置
１１  シリコン基板
１２  フォトダイオード
１３  ポリシリコン電極
１４  シリコン酸化膜
１５、１０４  平坦化膜
１６  マイクロレンズ
１７  反射防止膜
１８  空気又は不活性ガス層
１０１  半導体基板
１０２  受光部
１０３  転送電極
１０５Ｇ  グリーンフィルタ
１０５Ｒ  レッドフィルタ
１０５Ｂ  ブルーフィルタ
１０６  マイクロレンズ下平坦化膜
１０７  マイクロレンズ
１０８、５０８  表面平坦化層
１０９、２０９、２０９Ｇ、２０９Ｒ、２０９Ｂ、３０９、４０９、５０９  低屈表面層
１２０、３２０  カメラ
１２１  赤外カットフィルタ
１２２、３２２  絞り
１２３、３２３  レンズ
２１０  マスク
２１１  ポジ型材料
【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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