(57)【要約】【課題】本発明は、低シェーディングでありながら射出瞳距離の短縮を可能にする固体撮像装置、その製造方法およびカメラを提供する。【解決手段】固体撮像装置は、受光面を構成する複数の受光素子と受光素子に対応する複数のマイクロレンズ７とを有し、前記複数のマイクロレンズ上に平坦化膜８を有し、前記マイクロレンズ７は、受光面の中央部では対応するフォトダイオード１の真上に位置し、受光面の中央部から端部に近づくにつれて対応するフォトダイオード１の真上から中央部よりにずれて位置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面を構成する複数の受光素子と受光素子に対応する複数のマイクロレンズとを有する固体撮像装置であって、
前記複数のマイクロレンズ上に平坦化膜を有し、
前記マイクロレンズは、受光面の中央部では対応する受光素子の真上に位置し、受光面の中央部から端部に近づくにつれて対応する受光素子の真上から中央部よりにずれて位置する
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記平坦化膜の屈折率はマイクロレンズの屈折率よりも小さい
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記マイクロレンズは行列状に配列され、マイクロレンズ同士は行方向および列方向に隙間なく隣接する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像装置は、さらに前記マイクロレンズと受光素子の間に層内レンズを有し、
前記層内レンズは、受光面の中央部では対応する受光素子の真上に位置し、
受光面の中央部から端部に近づくにつれて、対応する受光素子の真上から中央部寄りにずれて位置し、
各マイクロレンズのずれは、対応する層内レンズのずれよりも大きい
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記マイクロレンズの曲率及び厚さの少なくとも一方は前記層内レンズよりも大きい
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記固体撮像装置は、前記層内レンズの上にカラーフィルタを有し、
カラーフィルタは受光面の中央部では対応する受光素子の真上に位置し、受光面の中央部から端部に近づくにつれて、対応する受光素子の真上から中央部寄りにずれて位置し、
各カラーフィルタのずれは、対応するマイクロレンズのずれより小さく、対応する層内レンズのずれより大きい
ことを特徴とする請求項４記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記マイクロレンズは、カラーフィルタを兼用する
ことを特徴とする請求項３記載の固体撮像装置。
【請求項８】
受光面を構成する複数の受光素子と受光素子に対応する複数のマイクロレンズとを有する固体撮像装置の製造方法であって、
受光面の中央部では対応する受光素子の真上にマイクロレンズを形成し、受光面の中央部から端部に近づくにつれて対応する受光素子の真上から中央部よりにずれた位置にマイクロレンズを形成するマイクロレンズ形成ステップと、
形成されたマイクロレンズの上に平坦化膜を形成する平坦化膜形成ステップと
を有することを特徴とする製造方法。
【請求項９】
前記平坦化膜形成ステップにおいて、マイクロレンズの屈折率よりも小さい屈折率の平坦化膜を形成することを特徴とする請求項８記載の製造方法。
【請求項１０】
前記マイクロレンズ形成ステップにおいて、前記マイクロレンズを行列状の配列とし、マイクロレンズ同士を行方向および列方向に隙間なく隣接するするよう形成する
ことを特徴とする請求項８又は９記載の製造方法。
【請求項１１】
前記製造方法は、さらに、マイクロレンズ形成ステップの前に、受光素子の上に層内レンズを形成する層内レンズ形成ステップを有し、
前記層内レンズは、受光面の中央部では対応する受光素子の真上に位置し、
受光面の中央部から端部に近づくにつれて、対応する受光素子の真上から中央部寄りにずれて位置し、
各マイクロレンズのずれは、対応する層内レンズのずれよりも大きい
ことを特徴とする請求項８記載の製造方法。
【請求項１２】
前記マイクロレンズの曲率及び厚さの少なくとも一方は前記層内レンズよりも大きい
ことを特徴とする請求項１１記載の製造方法。
【請求項１３】
前記製造方法は、さらに、マイクロレンズ形成ステップの前に、前記層内レンズの上にカラーフィルタを形成するカラーフィルタ形成ステップを有する
ことを特徴とする請求項１１記載の製造方法。
【請求項１４】
前記マイクロレンズ形成ステップにおいて、カラーフィルタと兼用のマイクロレンズを形成する
ことを特徴とする請求項１０記載の製造方法。
【請求項１５】
請求項１から請求項７の何れかに記載の固体撮像装置を備えることを特徴とするカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体基板上に形成された複数の受光素子の各々にマイクロレンズ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、固体撮像装置の画素数の増大するとともに、カメラの小型化が進んでいる。
デジタルスチルカメラやカメラ付き携帯電話機などでは、カメラの小型化に伴い、短射出瞳距離化が進んでいる。ここで、射出瞳とは受光面側から見たレンズ（あるいは絞り）の虚像をいい、射出瞳距離とは受光面とレンズとの距離をいう（図１６参照）。
【０００３】
図１６は、携帯電話機のカメラ部分の断面図を示す。携帯電話機のフレーム１１１にはレンズ１１０が取り付けられ、携帯電話機内部にはＣＣＤイメージセンサ１１２を備えている。レンズ１１０とＣＣＤイメージセンサ１１２との間の距離は、射出瞳距離Ｄである。短射出瞳距離化により、受光面の中央付近には光が垂直に入射するが、受光面の端部には垂直ではなく斜め光しか入射しなくなる。
【０００４】
図１７は、短射出瞳距離化を図るための従来の固体撮像装置における受光素子とマイクロレンズの位置関係を示す断面図である。図中の光源からの光線はレンズからの入射光を表している。同図の左側は受光面を構成する有効画素中の中央部の断面図を示し、右側は受光面を構成する有効画素中の端部の断面図を示す。同図の左側のように受光面の中央部では受光素子１の真上に層内レンズ３、カラーフィルタ５、マイクロレンズ７が形成されている。これに対し、同図の右側のように受光面の端部では受光素子１の真上から中央部寄りに層内レンズ３、カラーフィルタ５、マイクロレンズ７が順にずれた位置に形成されている。このように従来の固体撮像装置は、短射出瞳距離化の対策として、ＣＣＤイメージセンサ受光面における受光素子の上部に、マイクロレンズをずらして形成している。これにより、受光面端部における入射する斜め光の集光率の向上を図っている。
【０００５】
また、特許文献１に開示された固体撮像装置では、マイクロレンズの上に、マイクロレンズ材料よりも低屈折率の透明膜を備え、レンズ絞り開放時の感度低下を小さく抑えている。
【特許文献１】特開平６−３２６２８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来技術によれば、近年の携帯電話機用カメラやデジタルスチルカメラの薄型化に対して短射出瞳距離化がもはや限界になっている。例えば、図１７の構成に対してさらに短射出瞳距離化が進めば、図１８に示すように受光素子に集光できなくなり、受光面端部の感度不足によりシェーディングが発生するという問題がある。つまり、画像の中央部から端部に近づくにつれて感度が劣化し、画像の周囲ほど暗くなるという画質劣化が生じる。
【０００７】
さらに、短射出瞳距離化により、図１８の場合にもマイクロレンズを適切な位置にずらして形成するには、マイクロレンズを形成する工程でより細かい精度でマスクの位置合わせをする必要があり、設計上も製造上も位置合わせが困難になっている。
また、特許文献１の固体撮像装置では、絞り開放時の感度低下を抑えるが短射出瞳距離化に関して同様の問題がある。
【０００８】
上記課題に鑑み本発明は、低シェーディングでありながら射出瞳距離の短縮を可能にする固体撮像装置、その製造方法およびカメラ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】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明の固体撮像装置は、受光面を構成する複数の受光素子と受光素子に対応する複数のマイクロレンズとを有する固体撮像装置であって、前記複数のマイクロレンズ上に平坦化膜を有し、前記マイクロレンズは、受光面の中央部では対応する受光素子の真上に位置し、受光面の中央部から端部に近づくにつれて対応する受光素子の真上から中央部よりにずれて位置する。
【００１０】
ここで、前記平坦化膜の屈折率はマイクロレンズの屈折率よりも小さい構成としてもよい。
この構成によれば、平坦膜による入射角度の緩和とずれによる集光率の向上とが相俟って低シェーディングでありながら射出瞳距離の短縮を可能にすることができる。
【００１１】
ここで、前記マイクロレンズは行列状に配列され、マイクロレンズ同士は行方向および列方向に隙間なく隣接するよう構成してもよい。
この構成によれば、マイクロレンズの集光率をより向上させることができる。
【００１２】
ここで、前記固体撮像装置はさらに前記マイクロレンズと受光素子の間に層内レンズを有し、前記層内レンズは、受光面の中央部では対応する受光素子の真上に位置し、受光面の中央部から端部に近づくにつれて、対応する受光素子の真上から中央部寄りにずれて位置し、各マイクロレンズのずれは、対応する層内レンズのずれよりも大きい構成としてもよい。
この構成によれば、マイクロレンズを２層以上または層内レンズを２層以上備える構成であっても低シェーディングでありながら射出瞳距離の短縮を可能にすることができる。
【００１３】
ここで、前記マイクロレンズの曲率及び厚さの少なくとも一方は前記層内レンズよりも大きい構成としてもよい。
この構成によれば、マイクロレンズの集光率をより向上させることができる。
【００１４】
ここで、前記マイクロレンズは、カラーフィルタを兼用する構成としてもよい。
この構成によれば、カラーフィルタ層が不要な分だけ固体撮像装置を薄膜化することができる。
【００１５】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法、固体撮像装置を備えるカメラも上記と同様の構成作用を有する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の固体撮像装置によれば、平坦膜による入射角度の緩和とマイクロレンズのずれによる受光面端部での集光率の向上とが相俟って低シェーディングでありながら射出瞳距離の短縮を可能にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態１）
＜固体撮像装置の構成＞
図１は、本発明の実施の形態１における固体撮像装置の断面を示す図である。この固体撮像装置は、２次元に配列された受光素子（フォトダイオード）から構成される受光面を有する。同図では、受光面における中央部の受光素子２個分の断面（同図左側）と端部の受光素子２個分の断面（同図右側）を示している。また、図中の実線は、光源（図１６に示したレンズ１１０相当）からの入射光を模式的に示している。
【００１８】
同図において固体撮像装置は、シリコン半導体基板１０上に形成されたフォトダイオード１の上に、ＢＰＳＧ（ホウ素リンシリケートガラス）等を材料とする平坦化された透明な絶縁膜（保護膜）２と、上に凸形状の高屈折率（ｎ＝１．５〜２．０）の層内レンズ３と、アクリル系の透明樹脂を材料とする層内レンズ平坦膜４と、染料又は顔料を含有したカラーレジストを材料とするカラーフィルタ５と、アクリル系の透明樹脂を材料とする透明膜６と、マイクロレンズ（又はトップレンズと呼ぶ）７と、平坦化膜８とを積層して形成しており、次の２点により射出瞳距離の短縮化を可能にする。すなわち、（１）マイクロレンズ７上に平坦化膜８を有し、（２）層内レンズ３、カラーフィルタ５およびマイクロレンズ７の位置が受光面の端部に近づくにつれて中心部よりにずれた位置に配置している。なお、１つのフォトダイオード１を含む個々のセルのサイズは例えば縦横それぞれ約３μｍあるいはそれ以下であり、フォトダイオード１からマイクロレンズ７の下までの距離は約３μｍ〜５μｍ程度である。  
【００１９】
（１）についてより具体的に説明すると、平坦化膜８はマイクロレンズ７の屈折率（ｎ＝１．６〜１．７）より小さい屈折率を有する材料を用いている。例えば、平坦化膜８の材料は屈折率ｎ＝１．４〜１．５のアクリル系樹脂である。これにより、同図の右側に示すように、受光面内の有効画素群の端部では、（受光面の垂直方向を０度として）入射角の大きい入射光しか到来しないが、入射角の大きい入射光が平坦化膜８を通過することによりマイクロレンズ７への入射角を緩和（小さく）することができる。また、層内レンズ平坦膜４は、層内レンズ３の屈折率より小さい屈折率を有する材料を用いている。例えば、屈折率ｎ＝１．４〜１．５のアクリル系樹脂である。
【００２０】
（２）についてより具体的に説明すると、同図左側に示すように、受光面内の有効画素群の中央部では、層内レンズ３、カラーフィルタ５、マイクロレンズ７が、フォトダイオード１の真上に重なる位置に形成されているのに対して、同図の右側に示すように、受光面内の有効画素群の端部では、層内レンズ３、カラーフィルタ５、マイクロレンズ７は、受光面内の有効画素群の中央部に近づくにつれて、中央部よりにずれて形成されている。このずれ量は、層内レンズ３、カラーフィルタ５、マイクロレンズ７のそれぞれについて、端部が一番大きく中央部に近いほど小さく、中央部では０である。また、ずれ量はマイクロレンズ７、カラーフィルタ５、層内レンズ３の順に上層ほど大きい。このずれにより、端部における入射角の大きい入射光を効率よくフォトダイオード１に集光することができる。
【００２１】
さらに、同図の固体撮像装置は（１）（２）以外にも集光率を向上させるための構造として、（３）二次元に配列されたマイクロレンズ７同士は、行方向および列方向に隙間なく隣接するように形成されている。さらに、（４）各マイクロレンズ７の曲率及び厚さは、層内レンズ３よりも大きく形成されている。このように、マイクロレンズ７の口径をできる限り大きくしたこと、曲率を大きくしたこと、厚さを大きくしたこととが、上記（１）、（２）と相俟って集光率の向上を図っている。
【００２２】
以上説明してきたように、本実施の形態１における固体撮像装置によれば、平坦化膜８による入射角の緩和と上記集光率の向上とが相俟って、受光面端部においてより大きな入射角の斜め光に対しても感度の向上させることができる。その結果、短射出瞳化を可能にしながらもシェーディングを抑えることができる。
【００２３】
＜固体撮像装置の製造方法＞
図２（ａ）〜（ｃ）及び図３（ｄ）〜（ｅ）は、実施の形態１における固体撮像装置について、製造工程の順にその断面を示す図である。その製造工程を以下の（１１）〜（１５）に説明する。
【００２４】
（１１）図２（ａ）に示すように、層内レンズ３を形成し、層内レンズ３上に層内レンズ平坦膜４を形成する。このとき、層内レンズ３については、受光面の端部ほど中央部よりに層内レンズ３の形成位置がずれた位置となるマスク（第１のマスク）を使用することにより形成する。層内レンズ平坦膜４については、例えばアクリル系の樹脂を塗布することにより形成する。
【００２５】
（１２）図２（ｂ）に示すように、層内レンズ平坦膜４の上にカラーフィルタを形成する。例えば、ＲＧＢ（赤緑青）の３色を用いた原色カラーフィルタとして代表的なベイヤー配列とする場合、Ｒ、Ｇ、Ｂの各色について、カラーレジストの塗布、露光、現像を繰り返す。この露光に際して、受光面の端部ほど中央部よりにカラーフィルタ５の形成位置がずれた位置となるマスク（第２のマスク）を用いる。ここで第２のマスクは、第１のマスクよりもずれ量が大きい。
これにより、フォトダイオード１毎に対応するカラーフィルタが形成される。
【００２６】
なお、原色カラーフィルタではなく、補色カラーフィルタを形成する場合も同様である。例えば、補色カラーフィルタとして代表的な補色市松配列では、イエロー（Ｙｅ）、マゼンタ（Ｍｇ）、シアン（Ｃｙ）の各補色と緑（Ｇ）の４色について、カラーレジストの塗布、露光、現像を繰り返せばよい。
【００２７】
（１３）図２（ｃ）に示すように、カラーフィルタ５の上に透明膜６を形成する。例えばアクリル系の樹脂を塗布することによる。
【００２８】
（１４）図３（ｄ）に示すように、透明膜６の上にマイクロレンズ７を形成する。具体的には、フェノール系樹脂（屈折率ｎ＝１．５〜１．７）をレジストとして１〜２μｍ塗布し、露光、現像することによりマイクロレンズの配置位置にのみレンズ層を形成した後、熱フローによりレンズ曲面を形成する。この露光に際して、受光面の端部ほど中央部よりにマイクロレンズ７の形成位置がずれた位置となるマスク（第３のマスク）を用いる。ここで第３のマスクは、第２のマスクよりもずれ量が大きい。
【００２９】
（１５）図３（ｅ）に示すように、マイクロレンズ７の上に平坦化膜８を形成する。具体的には、アクリル系の樹脂（屈折率ｎ＝１．４〜１.５）の透明膜を１〜２μｍ塗布することにより平坦化膜８を形成する。
【００３０】
以上の製造工程により、図１に示した固体撮像装置を製造することができる。
【００３１】
＜製造方法の変形例＞
なお、図２、図３に示した製造方法において、上記（１５）の工程の代わりに（１５ａ）および（１６）の工程を行ってもよい。図４（ｅ）〜（ｆ）は、この変形例における（１５ａ）、（１６）の工程における断面を示す図である。以下、（１５ａ）、（１６）について説明する。
【００３２】
（１５ａ）図４（ｅ）に示すように、マイクロレンズ７の上に平坦化膜８を形成する。具体的には、アクリル系の樹脂（屈折率ｎ＝１．４〜１.５）の透明膜を０．５〜２μｍ塗布する。
【００３３】
（１６）図４（ｆ）に示すように、塗布された透明膜をエッチバックすることにより、膜厚を調整する。なお、（１５ａ）および（１６）を繰り返してもよい。これにより、平坦化膜８の膜厚を精度良く調整することができる。
【００３４】
このように本変形例によっても、図１に示した固体撮像装置を製造することができ、平坦化膜８の膜厚を精度良く最適化することができる。
【００３５】
（実施の形態２）  
＜固体撮像装置の構成＞
図５は、本発明の実施の形態２における固体撮像装置の断面図である。同図の構成は、図１の構成と比較して、カラーフィルタ５が削除された点と、マイクロレンズ７の代わりにマイクロレンズ７ａを有する点とが異なっている。以下、同じ点は説明を省略して異なる点を中心に説明する。
【００３６】
マイクロレンズ７ａは、透明ではなくカラーフィルタを兼用している点でマイクロレンズ７とは異なっている。
この構成によれば、実施の形態１と同様に短射出瞳化を可能にしながらもシェーディングを抑えることができることに加えて、マイクロレンズ７ａがカラーフィルタを兼用しているので、カラーフィルタ層の厚みの分だけ固体撮像装置をより薄膜化することができる。例えば、実施の形態１における固体撮像装置がフォトダイオード１からマイクロレンズ７下までの距離が３．０〜５．５μｍである場合に、実施の形態２における固体撮像装置は２．０〜４．５μｍに薄膜化できる。その結果、隣接するフォトダイオードとの間でカラーフィルター通過光が混色することを低減することができ、画質を向上させることができる。
【００３７】
＜固体撮像装置の製造方法＞
図６（ａ）〜（ｃ）及び図７（ｄ）〜（ｆ）は、固体撮像装置の製造工程を示す図である。その製造工程を以下の（２１）〜（２６）に説明する。
【００３８】
（２１）図６（ａ）に示すように、層内レンズ３を形成し、層内レンズ３上に層内レンズ平坦膜４を形成する。この工程は上記（１１）と同じなので詳細は省略する。
【００３９】
（２２）図６（ｂ）に示すように、層内レンズ平坦膜４の上にカラーレジスト７Ｒを（０．５〜２．０μｍ）塗布する。同図（ｂ）では、Ｒ（赤）のカラーレジストを塗布した場合を示している。
【００４０】
（２３）塗布されたカラーレジスト７Ｒを露光、現像することにより、Ｒ（赤）に対応するフォトダイオード上にのみカラーレジスト７Ｒを形成する。この露光に際して、受光面の端部ほど中央部よりにカラーレジストの形成位置がずれた位置となるマスク（第２のマスク）を使用する。
【００４１】
（２４）図６（ｃ）に示すように、Ｇ（緑）、Ｂ（青）についても、同様に、カラーレジストの塗布、露光、現像を行って、各色に対応するフォトダイオード上にカラーレジストを形成する。同図（ｃ）では、ＲとＧの２画素分のみ図示されているが、ＲＧＢ各色のカラーレジストが形成されている。
【００４２】
（２５）図７（ｄ）に示すように、カラーレジスト上に熱フロー性のあるレジスト（例えばフェノール系の樹脂）を塗布、露光、現像、熱フロー処理を行うことにより、マイクロレンズの形状を形成する。
【００４３】
（２６）図７（ｅ）に示すように、エッチバックすることによりレンズ形状をカラーレジストに転写する。これによりマイクロレンズ７ａが形成される。
【００４４】
（２７）図７（ｆ）に示すように、マイクロレンズ７ａの上に平坦化膜８を形成する。この工程は、上記（１５）と同様であるので説明を省略する。
【００４５】
以上の製造工程により、図５に示した固体撮像装置を製造することができる。なお、上記工程（２３）、（２４）では原色カラーフィルタの場合を説明したが、上記（１２）で説明したように補色カラーフィルタの場合も同様に形成することができる。
【００４６】
＜変形例＞
なお、図６（ａ）〜（ｃ）および図７（ｄ）〜（ｆ）に示した製造方法において、上記（２７）の工程の代わりに（２７ａ）および（２８）の工程を行ってもよい。図８（ｆ）、（ｇ）は、この変形例における（２７ａ）、（２８）の工程における断面を示す図である。以下、（２７ａ）、（２８）について説明する。
【００４７】
（２７ａ）図８（ｆ）に示すように、マイクロレンズ７の上に平坦化膜８を形成する。具体的には、アクリル系の樹脂（屈折率ｎ＝１．４〜１.５）の透明膜を０．５〜２μｍ塗布する。
【００４８】
（２８）図８（ｇ）に示すように、塗布された透明膜をエッチバックすることにより、膜厚を調整する。なお、（２７ａ）および（２８）を繰り返してもよい。これにより、平坦化膜８の膜厚を精度良く調整することができる。
【００４９】
このように本変形例によっても、図５に示した固体撮像装置を製造することができ、平坦化膜８の膜厚を精度良く最適化することができる。
【００５０】
（実施の形態３）  
＜固体撮像装置の構成＞
図９は、本発明の実施の形態３における固体撮像装置の断面図である。同図の構成は、図１の構成と比較して、カラーフィルタ５が削除された点と、層内レンズ３の代わりに層内レンズ３ａを有する点とが異なっている。以下、同じ点は説明を省略して異なる点を中心に説明する。
【００５１】
層内レンズ３ａは、透明ではなくカラーフィルタを兼用している点で層内レンズ３とは異なっている。
この構成によれば、実施の形態１と同様に短射出瞳化を可能にしながらもシェーディングを抑えることができることに加えて、層内レンズ３ａがカラーフィルタを兼用しているので、カラーフィルター層の厚みの分だけ固体撮像装置をより薄膜化することができる。例えば、実施の形態１における固体撮像装置がフォトダイオード１からマイクロレンズ７下までの距離が３．０〜５．５μｍである場合に、実施の形態３における固体撮像装置は２．０〜４．５μｍに薄膜化できる。その結果、隣接するフォトダイオードとの間でカラーフィルター通過光が混色することを低減することができ、画質を向上させることができる。さらに、実施の形態３における固体撮像装置は、実施の形態２における固体撮像装置と比較して、カラーフィルタである層内レンズ３ａとフォトダイオード１との距離が短いので、さらに混色を低減することができる。
【００５２】
＜固体撮像装置の製造方法＞
図１０（ａ）〜（ｄ）及び図１１（ｅ）〜（ｈ）は、固体撮像装置の製造工程の順にその断面を示す図である。その製造工程を以下の（３１）〜（３９）に説明する。
【００５３】
（３１）図１０（ａ）に示すように、絶縁膜２の上にカラーレジスト３Ｒを（０．５〜２μｍ）塗布する。同図（ａ）では、Ｒ（赤）のカラーレジストを塗布した場合を示している。
【００５４】
（３２）塗布されたカラーレジスト７Ｒを露光、現像することにより、Ｒ（赤）に対応するフォトダイオード上にのみカラーレジスト７Ｒを形成する。この露光に際して、受光面の端部ほど中央部よりにカラーレジストの形成位置がずれた位置となるマスク（第１のマスク）を使用する。
【００５５】
（３３）図１０（ｂ）に示すように、Ｇ（緑）、Ｂ（青）についても、同様に、カラーレジスト３Ｇ、３Ｂの塗布、露光、現像を行って、各色に対応するフォトダイオード上にカラーレジストを形成する。同図（ｂ）では、ＲとＧの２画素分のみ図示されているが、ＲＧＢ各色のカラーレジストが形成されている。
【００５６】
（３４）図１０（ｃ）に示すように、熱フロー性のあるレジスト塗布、露光、現像、熱フロー処理することによって、カラーレジストの上に層内レンズ形状を形成する。この露光に際しても上記の第１のマスクと同じずれ量を有するマスクを使用する。
【００５７】
（３５）図１０（ｄ）に示すように、エッチバックすることにより層内レンズ形状をカラーレジストに転写する。これにより、層内レンズ３ａが形成される。
【００５８】
（３６）図１１（ｅ）に示すように、層内レンズ３ａ上を層内レンズ平坦膜４を形成する。
【００５９】
（３７）図１１（ｆ）に示すように、層内レンズ平坦膜４の上にマイクロレンズ材料を塗布する。
【００６０】
（３８）図１１（ｇ）に示すように、塗布されたマイクロレンズ材料を露光、現像、熱フローすることによりマイクロレンズ７を形成する。工程（３８）（３９）は上記（１４）と同様であるので省略する。
【００６１】
（３９）図１１（ｈ）に示すように、マイクロレンズ上に平坦化膜８を塗布する。この工程は上記（１５）と同様なので説明を省略する。
【００６２】
以上の製造工程により、図９に示した固体撮像装置を製造することができる。なお、上記工程（３１）〜（３３）では原色カラーフィルタの場合を説明したが、上記（１２）で説明したように補色カラーフィルタの場合も同様に形成することができる。
【００６３】
＜変形例＞
なお、図１０（ａ）〜（ｄ）および図１１（ｅ）〜（ｈ）に示した製造方法において、上記（３９）の工程の代わりに（３９ａ）および（４０）の工程を行ってもよい。図１２（ｈ）、（ｉ）は、この変形例における（３９ａ）、（４０）の工程における断面を示す図である。以下、（３９ａ）、（４０）について説明する。
【００６４】
（３９ａ）図１２（ｈ）に示すように、マイクロレンズ７の上に平坦化膜８を形成する。具体的には、アクリル系の樹脂（屈折率ｎ＝１．４〜１.５）の透明膜を０．５〜２μｍ塗布する。
【００６５】
（４０）図１２（ｉ）に示すように、塗布された透明膜をエッチバックすることにより、膜厚を調整する。なお、（３９ａ）および（４０）を繰り返してもよい。これにより、平坦化膜８の膜厚を精度良く調整することができる。
【００６６】
このように本変形例によっても、図９に示した固体撮像装置を製造することができ、平坦化膜８の膜厚を精度良く最適化することができる。
【００６７】
（実施の形態４）
＜固体撮像装置の構成＞
図１３は、本発明の実施の形態４における固体撮像装置の断面図である。同図の構成は、図９の構成と比較して、層内レンズ平坦膜４、カラーフィルタ５およびマイクロレンズ７が削除された点と、層内レンズ３の上に平坦化膜８を有する点とが異なっている。また、平坦化膜８が層内レンズ平坦膜４と同じ材料でよいので、同図の固体撮像装置は、図９と比べて、マイクロレンズ７と平坦化膜８とが削除された構成でもある。
【００６８】
この構成によれば、実施の形態３と同様に短射出瞳化を可能にしながらもシェーディングを抑えることができることに加えて、２層のマイクロレンズ７および層内レンズ３が１層の層内レンズ３ａになっている点が異なるので、固体撮像装置をさらに薄膜化することができる。
【００６９】
＜固体撮像装置の製造方法＞
図１４（ａ）〜（ｅ）は、実施の形態４における固体撮像装置の製造工程の順にその断面を示す図である。その製造工程を以下の（４１）〜（４６）に説明する。
【００７０】
（４１）図１４（ａ）に示すように、絶縁膜２の上にカラーレジスト３Ｒを（０．５〜２μｍ）塗布する。この工程は上記（３１）と同じなので説明を省略する。
【００７１】
（４２）塗布されたカラーレジスト７Ｒを露光、現像することにより、Ｒ（赤）に対応するフォトダイオード上にのみカラーレジスト７Ｒを形成する。この工程は上記（３２）と同じなので説明を省略する。
【００７２】
（４３）図１４（ｂ）に示すように、Ｇ（緑）、Ｂ（青）についても、同様に、カラーレジスト３Ｇ、３Ｂの塗布、露光、現像を行って、各色に対応するフォトダイオード上にカラーレジストを形成する。この工程は上記（３３）と同じなので説明を省略する。
【００７３】
（４４）図１４（ｃ）に示すように、カラーレジストの上に層内レンズ形状を形成する。この工程は上記（３４）と同じなので説明を省略する。
【００７４】
（４５）図１４（ｄ）に示すように、形成さらに層内レンズ形状をカラーレジストに転写することにより層内レンズ３ａを形成する。この工程は上記（３５）と同じなので説明を省略する。
【００７５】
（４６）図１４（ｅ）に示すように、層内レンズ３ａ上を平坦化膜８を形成する。この工程は上記（１５）と同じなので説明を省略する。
【００７６】
以上の製造工程により、図１３に示した固体撮像装置を製造することができる。なお、上記工程（４１）〜（４３）では原色カラーフィルタの場合を説明したが、上記（１２）で説明したように補色カラーフィルタの場合も同様に形成することができる。
【００７７】
＜変形例＞
なお、図１４（ａ）〜（ｅ）に示した製造方法において、上記（４６）の工程の代わりに、以下の（４６ａ）および（４７）の工程を行ってもよい。この変形例における（４６ａ）、（４７）の工程における断面を、図１５（ｅ）、（ｆ）に示す。
【００７８】
（４６ａ）図１４（ｅ）に示すように、マイクロレンズ７の上に平坦化膜８を形成する。具体的には、アクリル系の樹脂（屈折率ｎ＝１．４〜１.５）の透明膜を０．５〜２μｍ塗布する。
【００７９】
（４７）図１４（ｆ）に示すように、塗布された透明膜をエッチバックすることにより、膜厚を調整する。なお、（４６ａ）および（４７）を繰り返してもよい。これにより、平坦化膜８の膜厚を精度良く調整することができる。
【００８０】
このように本変形例によっても、図９に示した固体撮像装置を製造することができ、平坦化膜８の膜厚を精度良く最適化することができる。
【００８１】
また、カラーフィルタの例として、原色カラーフィルタと補色カラーフィルタについて説明したが、色調が優先される固体撮像装置には原色カラーフィルタとし、解像度、感度が優先される固体撮像装置に用いられる補色方式としてもよい。
【００８２】
また、カラーフィルタ５を形成する材料としては、染料を含有したカラーレジスト、顔料を含有したカラーレジスト等があるが、いずれの選択も可能である。また、染色可能な透明レジストを染色することによりカラーフィルタを形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、半導体基板上に形成された複数の受光素子の各々にマイクロレンズを有する固体撮像装置、その製造方法、その固体撮像装置を有するカメラに適しており、例えば、ＣＣＤイメージセンサ、ＭＯＳイメージセンサ、デジタルスチルカメラ、携帯電話機内蔵のカメラ、ノートパソコン内蔵カメラ、情報処理機器に接続されるカメラユニット等に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】本発明の実施の形態１における固体撮像装置の断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図３】（ｄ）〜（ｅ）固体撮像装置の製造工程（つづき）を示す図である。
【図４】（ｅ）〜（ｆ）固体撮像装置の製造工程の変形例を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態２における固体撮像装置の断面図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図７】（ｄ）〜（ｆ）固体撮像装置の製造工程（つづき）を示す図である。
【図８】（ｆ）〜（ｈ）固体撮像装置の製造工程の変形例を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態３における固体撮像装置の断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｄ）固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図１１】（ｅ）〜（ｈ）固体撮像装置の製造工程（つづき）を示す図である。
【図１２】（ｈ）〜（ｉ）固体撮像装置の製造工程の変形例を示す図である。
【図１３】本発明の実施の形態４における固体撮像装置の断面図である。
【図１４】（ａ）〜（ｅ）固体撮像装置の製造工程を示す図である。
【図１５】（ｅ）〜（ｆ）固体撮像装置の製造工程の変形例を示す図である。
【図１６】カメラレンズとＣＣＤイメージセンサの位置関係を示す図である。
【図１７】従来の固体撮像装置の断面図である。
【図１８】従来の固体撮像装置の断面図である。
【符号の説明】
【００８５】
１  フォトダイオード
２  ＢＰＳＧなどの絶縁膜
３  層内レンズ
３ａ  層内レンズ
４  層内レンズ平坦膜
５  カラーフィルタ
６  透明膜
７  マイクロレンズ
７ａ  マイクロレンズ
８  平坦化膜
１０  シリコン半導体基板
１１０  レンズ
１１１  フレーム
１１２  ＣＣＤイメージセンサ
【図１】
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【図２】
2005057024.tif 000004
【図３】
2005057024.tif 000005
【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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