(57)【要約】【課題】マイクロレンズ搭載画素とマイクロレンズ非搭載画素とが隣接して設けられた単板式固体撮像素子での混色を抑制する。【解決手段】マイクロレンズ搭載画素の第１色カラーフィルタとマイクロレンズ非搭載画素の第２色カラーフィルタとの間の境界位置を通ってマイクロレンズ非搭載画素に入射した最大入射角θの入射光が、マイクロレンズ非搭載画素の遮光膜開口１０８ａ端のうちマイクロレンズ搭載画素側の遮光膜開口端に入射する位置関係となるように第１色カラーフィルタと第２色カラーフィルタの境界位置が製造される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロレンズ搭載画素とマイクロレンズ非搭載画素とが隣接して設けられる単板式固体撮像素子の製造方法において、前記マイクロレンズ搭載画素の第１色カラーフィルタと前記マイクロレンズ非搭載画素の第２色カラーフィルタとの間の境界位置を通って該マイクロレンズ非搭載画素に入射する最大入射角の入射光が、前記マイクロレンズ非搭載画素の遮光膜開口端のうち前記マイクロレンズ搭載画素側の遮光膜開口端に入射する位置関係となるように前記第１色カラーフィルタと前記第２色カラーフィルタの境界位置が製造されることを特徴とする単板式固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記最大入射角は、前記単板式固体撮像素子が搭載されるデジタルカメラの撮影レンズによって決められることを特徴とする請求項１に記載の単板式固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
前記マイクロレンズ搭載画素側の前記遮光膜開口端と前記境界位置までの水平距離をＸ、前記第１，第２色カラーフィルタの上面位置と前記遮光膜開口端の上面位置との間の垂直距離をＺ、前記最大入射角をθとしたとき、
Ｘ＞Ｚ・tanθ
を満たす位置に前記境界位置が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の単板式固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記デジタルカメラに装着可能な撮影レンズのうち前記最大入射角が最も大きい撮影レンズによって決まる前記θで前記境界位置が決められることを特徴とする請求項３に記載の単板式固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
前記マイクロレンズの全周囲の前記境界位置が前記位置関係となる様に製造されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の単板式固体撮像素子の製造方法。
【請求項６】
前記マイクロレンズの一部周囲の前記境界位置が前記位置関係となる様に製造されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の単板式固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とする単板式固体撮像素子。
【請求項８】
請求項７に記載の単板式固体撮像素子を搭載したことを特徴とするデジタルカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズ搭載画素とマイクロレンズ非搭載画素とが隣接して設けられる単板式固体撮像素子の製造方法及び単板式固体撮像素子並びにデジタルカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー画像を撮像する単板式の固体撮像素子には、例えば下記特許文献１に記載されている様に、マイクロレンズが搭載された画素と、マイクロレンズが搭載されていない画素とが隣接配置されたものがある。
【０００３】
図２は、マイクロレンズ搭載画素とマイクロレンズ非搭載画素とが隣接した固体撮像素子における２画素分の断面模式図である。ｎ型半導体基板１にはＰウェル層２が形成され、その表面部に、フォトダイオードを構成するｎ型領域３が形成されている。
【０００４】
半導体基板１の最表面にはゲート絶縁膜４が積層され、その上に、遮光膜５が形成される。この遮光膜５には、各フォトダイオードの受光面上に開口５ａが設けられている。
【０００５】
遮光膜５の上には透明な平坦化層６が積層され、平坦化層６の上に、カラーフィルタ層７が積層されている。図示する例では、左側画素に赤色（Ｒ）のカラーフィルタ層が設けられ、右側画素に緑色（Ｇ）のカラーフィルタ層が設けられている。
【０００６】
そして、カラーフィルタ層７の上に平坦化層８が積層され、その表面のうち、左側画素の上にマイクロレンズ９が設けられ、右側画素の上にはマイクロレンズは設けられていない。
【０００７】
図２に示す固体撮像素子を上方から見た場合、マイクロレンズ９は円形をしており、各色毎のカラーフィルタは例えば夫々矩形または円形に形成されている。各画素のカラーフィルタは、隣接する画素のカラーフィルタと密接に配置される。
【０００８】
マイクロレンズ非搭載画素の遮光膜開口端から両画素のカラーフィルタ境界までの水平距離をＸ、この遮光膜開口端からマイクロレンズ９端部までの水平距離をＸMLとした場合、Ｘ≧ＸMLとなるようにマイクロレンズ９が形成されるのが通常である。即ち、マイクロレンズ９の端部が隣接のマイクロレンズ非搭載画素のカラーフィルタ側に若干はみ出る様にマイクロレンズ９が形成される。
【０００９】
これにより、マイクロレンズ９への入射光は全て自身画素のカラーフィルタＲを通ってフォトダイオードに受光され、マイクロレンズ９に入らない隣接マイクロレンズ非搭載画素への入射光は、マイクロレンズ搭載画素のカラーフィルタを通ることなく、自身のフォトダイオードに受光される。つまり、混色が発生しない様にマイクレンズ９が製造される。
【００１０】
【特許文献１】特開２００５―２５９７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
近年の固体撮像素子は多画素化が進展し、数百万画素を有するものが普通になってきている。更に多画素化が進展すると、小さな１チップ上に１０００万画素以上を製造しなければならなくなる。
【００１２】
多画素化が進むと、１画素１画素を微細に製造する必要があり、全てのマイクロレンズ搭載画素のマイクロレンズを図２の状態で製造するのが困難になってしまう。これは、カラーフィルタ層とマイクロレンズの位置関係がそれぞれバラツキを含むためである。
【００１３】
このため、図３に示す様に、マイクロレンズ９が自身画素のカラーフィルタ７よりかなり小さくなってしまう事態が生じる。図３に示す状態になると、斜め入射光がマイクロレンズ搭載画素のカラーフィルタＲを通った後に、カラーフィルタ境界を通って隣接するマイクロレンズ非搭載画素のカラーフィルタＧに入り、マイクロレンズ非搭載画素のフォトダイオードに受光されてしまう。
【００１４】
カラーフィルタＲ，Ｇの分光感度特性は完全に独立した分光特性になってはおらず（カラーフィルタＧ，Ｂ間も同様）、裾の部分で重なり合っている。このため、カラーフィルタＲを通った緑色光が、マイクロレンズ非搭載画素に受光されてしまい、混色が発生し色シェーディング不良を起こしてしまう。
【００１５】
本発明の目的は、混色が生じない単板式固体撮像素子の製造方法及びこの固体撮像素子並びにデジタルカメラを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の単板式固体撮像素子の製造方法は、マイクロレンズ搭載画素とマイクロレンズ非搭載画素とが隣接して設けられる単板式固体撮像素子の製造方法において、前記マイクロレンズ搭載画素の第１色カラーフィルタと前記マイクロレンズ非搭載画素の第２色カラーフィルタとの間の境界位置を通って該マイクロレンズ非搭載画素に入射する最大入射角の入射光が、前記マイクロレンズ非搭載画素の遮光膜開口端のうち前記マイクロレンズ搭載画素側の遮光膜開口端に入射する位置関係となるように前記第１色カラーフィルタと前記第２色カラーフィルタの境界位置が製造されることを特徴とする。
【００１７】
本発明の単板式固体撮像素子の製造方法の前記最大入射角は、前記単板式固体撮像素子が搭載されるデジタルカメラの撮影レンズによって決められることを特徴とする。
【００１８】
本発明の単板式固体撮像素子の製造方法は、前記マイクロレンズ搭載画素側の前記遮光膜開口端と前記境界位置までの水平距離をＸ、前記第１，第２色カラーフィルタの上面位置と前記遮光膜開口端の上面位置との間の垂直距離をＺ、前記最大入射角をθとしたとき、
Ｘ＞Ｚ・tanθ
を満たす位置に前記境界位置が設けられることを特徴とする。
【００１９】
本発明の単板式固体撮像素子の製造方法は、前記デジタルカメラに装着可能な撮影レンズのうち前記最大入射角が最も大きい撮影レンズによって決まる前記θで前記境界位置が決められることを特徴とする。
【００２０】
本発明の単板式固体撮像素子の製造方法は、前記マイクロレンズの全周囲の前記境界位置が前記位置関係となる様に製造されていることを特徴とする。
【００２１】
本発明の単板式固体撮像素子の製造方法は、前記マイクロレンズの一部周囲の前記境界位置が前記位置関係となる様に製造されていることを特徴とする。
【００２２】
本発明の単板式固体撮像素子は、上記のいずれかに記載の製造方法により製造されたことを特徴とする。
【００２３】
本発明のデジタルカメラは、上記記載の単板式固体撮像素子を搭載したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、各画素に入射する光が、マイクロレンズの製造誤差に関わらず、色の異なるカラーフィルタを２つ透過することがなくなるため、混色がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は、本発明の一実施形態に係るデジタルカメラに搭載する固体撮像素子の２画素分の断面模式図である。図示する例の固体撮像素子はＣＣＤ型であるが、ＣＭＯＳ等のＭＯＳ型の固体撮像素子にも本実施形態は適用可能である。
【００２７】
マイクロレンズ搭載画素とマイクロレンズ非搭載画素とが隣接して設けられる本実施形態に係る固体撮像素子１００は、ｎ型半導体基板１０１に形成される。この半導体基板１０１の表面部にはＰウェル層１０２が形成され、その表面部に、フォトダイオードを構成するｎ型領域１０３と、垂直電荷転送路（ＶＣＣＤ）の埋め込みチャネルを構成するｎ型領域１０４とが交互に形成されている。
【００２８】
ｎ型領域１０３の表面には暗電流阻止用のｐ型高濃度不純物表面層１０５が形成され、半導体基板１０１の最表面全面にゲート絶縁膜１０６が積層される。ゲート絶縁膜１０６上のｎ型領域１０４の上には、ｎ型領域１０３端部位置まで延びるポリシリコンでなる電極膜（読出電極兼用の垂直転送電極膜）１０７が積層され、その上に、例えばタングステン膜で成る遮光膜１０８が積層される。
【００２９】
遮光膜１０８の、ｎ型領域１０３上には、夫々開口１０８ａが設けられる。遮光膜開口１０８ａの上端位置を「ａ」とする。
【００３０】
遮光膜１０８の上には透明な平坦化層１１０が積層され、平坦化層１１０の上に、カラーフィルタ層１１１が積層される。ＲＧＢの原色系カラーフィルタを搭載した単板式固体撮像素子の場合、カラーフィルタ層１１１は、例えば平坦化層１１０の表面一面に所定厚さの赤色フィルタ層を形成し、赤色画素位置の赤色フィルタ層のみ残すパターンエッチングを行い、次に表面一面に所定厚さの緑色フィルタ層を形成し、赤色画素位置と緑色画素位置のカラーフィルタ層を残すパターンエッチングを行い、最後に表面一面に所定厚さの青色フィルタ層を形成し、全フィルタ層が均一の厚さとなる様にエッチングすることで製造される。
【００３１】
各色のカラーフィルタ層Ｒ，Ｇ，Ｂは、上面から見たとき矩形または円形をなしており、色の異なる隣接カラーフィルタとの境界は、図１に示す様に、フォトダイオード（ｎ型領域１０３）間に来るように製造されるが、この境界位置を後述する様にカラーフィルタの設計時に調整する。
【００３２】
カラーフィルタ層１１１の上端面の位置を「ｂ」とする。このカラーフィルタ層１１１の上に平坦化層１１２が積層され、マイクロレンズ搭載画素位置に、マイクロレンズ１１３が積層され、マイクロレンズ非搭載画素位置にはマイクロレンズは設けない。
【００３３】
マイクロレンズ１１３は、例えば、液体状のマイクロレンズ材料を該当位置に滴下してその表面張力を利用してレンズ状に固化させたり、あるいは、マイクロレンズ材料を表面一面に積層し、転写技術を用いてレンズ状にドライエッチングする等して製造される。
【００３４】
マイクロレンズ搭載画素に搭載されたマイクロレンズ１１３の隣接マイクロレンズ非搭載画素側の端部と、当該隣接マイクロレンズ非搭載画素の遮光膜開口端（当該マイクロレンズ搭載画素側の開口端）との水平距離をＸML、当該遮光膜開口端と両画素間のカラーフィルタ層の境界との間の水平距離をＸとし、位置ａと位置ｂとの垂直距離をＺとする。
【００３５】
そこで、本実施形態の固体撮像素子を製造する場合には、カラーフィルタ層１１１のＲフィルタ位置，Ｇフィルタ位置，Ｂフィルタ位置の間の境界を、次の様にして決める。
【００３６】
即ち、マイクロレンズ１１３及びカラーフィルタ１１１の製造誤差を考慮し、マイクロレンズ１１３が当該画素のカラーフィルタの内側に小さく製造されてしまいＸ≦ＸMLとなった場合にも、
Ｘ＞Ｚ・tanθ
を満たすように、各色カラーフィルタＲ，Ｇ，Ｂ及びマイクロレンズを製造する。
【００３７】
ここで、θとは、マイクロレンズ搭載画素からカラーフィルタ境界に入った斜め入射光が隣接マイクロレンズ非搭載画素の遮光膜開口１０８ａの開口端に入るギリギリの角度である。このθは、この固体撮像素子１００が搭載されるデジタルカメラの撮影レンズ性能で決まる値である。撮影レンズ性能が決まれば、このθに合わせて固体撮像素子１００を製造することになる。
【００３８】
斯かる構成の固体撮像素子１００を搭載したデジタルカメラで被写体を撮像すると、マイクロレンズ搭載画素に入った入射光はマイクロレンズ１１３で集光されることで当該画素の遮光膜開口１０８ａ内に入り、フォトダイオードに受光される。一方、マイクロレンズ非搭載画素に入った入射光のうち、遮光膜開口１０８ａ内に入らない入射光は、そのまま遮光膜１０８に当たり、遮光されることになる。
【００３９】
つまり、マイクロレンズ搭載画素の方が、マイクロレンズ非搭載画素より入射光量が多くなり、高感度な画像データを得ることができる。これに対し、マイクロレンズ非搭載画素からは、入射光量が少ないため、低感度な画像データを得ることができる。従って、両方の画像データを合成することで、ダイナミックレンジの広い画像データを得ることができる。
【００４０】
今、斜め入射光が固体撮像素子１００に入射してきたとする。この場合、上述した条件「Ｘ＞Ｚ・tanθ」を満たすようにして製造された固体撮像素子１００では、マイクロレンズ搭載画素側から入射し、カラーフィルタの境界部分を通り、隣接マイクロレンズ非搭載画素のカラーフィルタに入射した光は、マイクロレンズ非搭載画素の遮光膜開口１０８ａ内に入ることはなく、遮光膜１０８によって遮光されてしまう。即ち、マイクロレンズ非搭載画素の遮光膜開口１０８ａ内には、当該画素のカラーフィルタを透過した光だけが入りフォトダイオードに受光されるため、混色が生じることがなくなる。
【００４１】
尚、上述した製造条件「Ｘ＞Ｚ・tanθ」は、マイクロレンズ１１３の全周囲で満足するのが好ましいのはいうまでもないが、全周囲で対策する必要のない画素においては、対策しなければならないマイクロレンズ端部箇所にだけ製造条件を適用すればよい。
【００４２】
また、上述した実施形態では、Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青）の原色系カラーフィルタを例に説明したが、補色系カラーフィルタを用いる単板式固体撮像素子にも上述した実施形態を適用可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明によれば、混色の発生がなくなるため、高精細画像を撮像するデジタルカメラに適用すると有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施形態に係る単板式固体撮像素子の２画素分の断面模式図である。
【図２】従来の単板式固体撮像素子の２画素分の断面模式図である。
【図３】従来の単板式固体撮像素子の課題説明図である。
【符号の説明】
【００４５】
１００  単板式固体撮像素子
１０１  半導体基板
１０３  ｎ型領域（フォトダイオード）
１０８  遮光膜
１０８ａ  遮光膜開口
１１１  カラーフィルタ層
１１３  マイクロレンズ
【図１】
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【図２】
2008042146.tif 000004
【図３】
2008042146.tif 000005