(57)【要約】  本発明の固体撮像素子は、半導体基板上に形成された画素と、前記画素内に設けられ、光を電気信号に変換する光電変換部と、該光電変換部の上方に設けられたマイクロレンズとを備え、前記マイクロレンズは中心からレンズ端までの直線距離が異なる平面形状を有し、前記マイクロレンズは、前記直線距離が相対的に長いｎ箇所（ｎは自然数）のレンズ端近傍の第１の底面部位と該第１の底面部位を含まない第２の底面部位とを有し、前記光電変換部の上面からの垂直方向の高さは前記第２の底面部位より前記第１の底面部位の方が低いことを特徴とする。これにより、光電変換部に効率よく集光することができる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上に形成された画素と、前記画素内に設けられ光を電気信号に変換する光電変換部と、
該光電変換部の上方に設けられたマイクロレンズとを備え、
前記マイクロレンズは中心からレンズ端までの直線距離が異なる平面形状を有し、
前記マイクロレンズは、前記直線距離が相対的に長いｎ箇所（ｎは自然数）のレンズ端近傍の第１の底面部位と該第１の底面部位を含まない第２の底面部位とを有し、
前記光電変換部の上面からの垂直方向の高さは、前記第２の底面部位より前記第１の底面部位の方が低いことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項２】
請求項１記載の固体撮像素子において、
前記光電変換部の上面からの垂直方向の高さは、前記第２の底面部位から前記第１の底面部位に向かって段階的に減少することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項３】
請求項１記載の固体撮像素子において、
前記光電変換部の上面からの垂直方向の高さは、前記第２の底面部位から前記第１の底面部位に向かって連続的に減少することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項４】
半導体基板上に形成された画素と、前記画素内に設けられ光を電気信号に変換する光電変換部と、
該光電変換部の上方に設けられた平坦層と、
該平坦層の上に形成されたマイクロレンズとを備え、
前記マイクロレンズは中心からレンズ端までの直線距離が異なる平面形状を有し、
前記平坦層は、前記マイクロレンズの平面形状を前記平坦層上に垂直に投影した前記直線距離が相対的に長いｎ箇所（ｎは自然数）のレンズ端近傍に位置する第１の部位と該第１の部位を含まない第２の部位とを有し、
前記平坦層の厚さは、前記第１の部位より前記第２の部位の方がマイクロレンズ側に厚いことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項５】
請求項４記載の固体撮像素子において、
前記平坦層の厚さは、前記第２の部位から前記第１の部位に向かって段階的に減少することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項６】
請求項４記載の固体撮像素子において、
前記平坦層の厚さは、前記第２の部位から前記第１の部位に向かって連続的に減少することを特徴とする固体撮像素子。
【請求項７】
半導体基板上に形成された画素と、前記画素内に設けられ光を電気信号に変換する光電変換部と、
該光電変換部の上方に設けられたマイクロレンズとを備え、
前記マイクロレンズは中心からレンズ端までの直線距離が異なる平面形状を有し、
前記マイクロレンズは、前記直線距離が相対的に長いｎ箇所（ｎは自然数）のレンズ端近傍の第１の部位と該第１の部位を含まない第２の部位とを有し、
前記マイクロレンズの中心近傍でレンズの最も厚い厚さを最大膜厚と定義し、
前記第１の部位でレンズの最も薄い厚さを第１の最小膜厚と定義し、
前記第２の部位でレンズの最も薄い厚さを第２の最小膜厚と定義すれば、
前記最大膜厚と前記第１の最小膜厚との差は、前記最大膜厚と前記第２の最小膜厚との差より大きいことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項８】
半導体基板上に形成された画素と、前記画素内に設けられ光を電気信号に変換する光電変換部と、
該光電変換部の上方に設けられた平坦層と、
該平坦層の上に形成されたマイクロレンズとを備え、
前記平坦層の内部に前記光電変換部と略平行で前記マイクロレンズと光軸が合うように第２のレンズを設け、
前記第２のレンズは中心からレンズ端までの直線距離が異なる平面形状で前記平坦層より屈折率が大きな部材によって構成されたことを特徴とする固体撮像素子。
【請求項９】
請求項８記載の固体撮像素子において、
前記第２のレンズは、前記直線距離が相対的に長いｎ箇所（ｎは自然数）のレンズ端近傍の第１の部位と該第１の部位を含まない第２の部位とを有し、
前記第２のレンズは、前記第２の部位から前記第１の部位のレンズ端に向かって薄くなるように傾斜していることを特徴とする固体撮像素子。
【請求項１０】
請求項９記載の固体撮像素子において、
前記第２の部位は略平面であり、
前記第２のレンズにおける前記第１の部位の厚さは、前記第２の部位に隣接する部分から前記第１の部位のレンズ端に向かって薄くなるように傾斜していることを特徴とする固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロレンズを有する固体撮像素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＣＤ(Ｃharge Ｃoupld Ｄevice)型やＣＭＯＳ(Ｃomplementary Ｍetal Ｏxide Ｓemiconductor)型などの固体撮像素子を用いたビデオカメラや電子カメラが広く一般に普及している。固体撮像素子は画素が受ける光を電気信号に変換する光電変換部を有し、複数の画素がマトリクス状に配置され、各画素の光電変換部の電気信号を読み取るための信号線などが光電変換部の周りに配置されている。固体撮像素子を用いたビデオカメラや電子カメラの撮影レンズによって入射される被写体からの光は、マトリクス状に配置された画素に結像され、光電変換部によって電気信号に変換される。【０００３】
しかし、画素に結像された光は、信号線などによって必ずしも全ての光が光電変換部に入射されるわけではないので、各画素に光が入射する側にマイクロレンズをマトリクス状に配置して、無駄になっていた光をマイクロレンズによって光電変換部に集光させる技術が使われ、特許文献１に記載されている。
また、通常のマイクロレンズは半球形に形成され、その平面形状は円形型であるが、画素の平面形状は四角形型が一般的で、画素の形状とマイクロレンズの平面形状が必ずしも一致せず、光電変換部に十分に集光されない領域ができてしまう。これを防止するために、マイクロレンズの平面形状を四角形型にしたり、画素の形状とマイクロレンズの平面形状を多角形型にする技術が特許文献２に記載されている。
【特許文献１】特開昭６０−５９７５２号公報
【特許文献２】特開平５−３２６９１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
マイクロレンズを有する固体撮像素子において、固体撮像素子の画素の形状が四角形型であるのに対して、マイクロレンズの平面形状は円形型に形成されるのが一般的で、光電変換部に効率よく集光することは難しいという課題があった。これを解決するために、画素の形状とマイクロレンズの平面形状を多角形型に形成する方法が考えられているが、現実的には設計や製造が容易ではない。また、マイクロレンズの平面形状を単に四角形型にしただけでは必ずしも光電変換部への集光率が改善されるとは限らないという課題がある。【０００５】
この従来の技術の課題について図１３を用いて説明する。図１３（ａ）は一般的な固体撮像素子を上方から見た時の平面図で、７０１は従来の技術による四角形型のマイクロレンズ、１１１はフォトダイオードなどの光電変換部、１１０はマトリクス状に区切られたそれぞれの画素、Ａは画素１１０の対向する辺の中心を結ぶ水平方向に切断する水平断面位置、Ｂは画素１１０を対角方向に切断する対角断面位置をそれぞれ示している。図１３（ｂ）および（ｃ）は、図１３（ａ）における水平断面位置Ａおよび対角断面位置Ｂで切断した時のマイクロレンズ７０１と光電変換部１１１の断面形状および集光イメージを示した図で、３０９は入射光、Ｌ１はマイクロレンズ７０１の厚さである。【０００６】
ここで、光電変換部１１１の対角線の長さは各辺の長さより長いので、図１３（ｃ）のマイクロレンズ７０１の対角断面形状は図１３（ｂ）のマイクロレンズ７０１の水平断面形状より長くなり、光電変換部１１１も対角断面位置Ｂで切断した図１３（ｃ）の方が長くなる。
ところが、レンズの厚さＬ１が同じである場合、図１３（ｂ）のマイクロレンズ７０１の水平断面形状で効率良く光電変換部１１１に集光できるようにすると、図１３（ｃ）のマイクロレンズ７０１の対角断面形状では曲率半径が大きくなってしまうので、光電変換部１１１に十分に集光することが難しくなる。【０００７】
このように、固体撮像素子の画素１１０の形状に合わせてマイクロレンズ７０１の平面形状を単に四角形型にしただけでは光電変換部１１１への集光率が改善されないという課題があった。
本発明の目的は、画素１１０の形状が四角形型であっても光電変換部１１１において良好な集光率が得られる固体撮像素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の固体撮像素子は、半導体基板上に形成された画素と、前記画素内に設けられ光を電気信号に変換する光電変換部と、該光電変換部の上方に設けられたマイクロレンズとを備え、前記マイクロレンズは中心からレンズ端までの直線距離が異なる平面形状を有し、前記マイクロレンズは、前記直線距離が相対的に長いｎ箇所（ｎは自然数）のレンズ端近傍の第１の底面部位と該第１の底面部位を含まない第２の底面部位とを有し、前記光電変換部の上面からの垂直方向の高さは、前記第２の底面部位より前記第１の底面部位の方が低いことを特徴とする。【０００９】
また、半導体基板上に形成された画素と、前記画素内に設けられ光を電気信号に変換する光電変換部と、該光電変換部の上方に設けられた平坦層と、該平坦層の上に形成されたマイクロレンズとを備え、前記マイクロレンズは中心からレンズ端までの直線距離が異なる平面形状を有し、前記平坦層は、前記マイクロレンズの平面形状を前記平坦層上に垂直に投影した前記直線距離が相対的に長いｎ箇所（ｎは自然数）のレンズ端近傍に位置する第１の部位と該第１の部位を含まない第２の部位とを有し、  前記平坦層の厚さは、前記第１の部位より前記第２の部位の方がマイクロレンズ側に厚いことを特徴とする。【００１０】
或いは、半導体基板上に形成された画素と、前記画素内に設けられ光を電気信号に変換する光電変換部と、該光電変換部の上方に設けられたマイクロレンズとを備え、前記マイクロレンズは中心からレンズ端までの直線距離が異なる平面形状を有し、前記マイクロレンズは、前記直線距離が相対的に長いｎ箇所（ｎは自然数）のレンズ端近傍の第１の部位と該第１の部位を含まない第２の部位とを有し、前記マイクロレンズの中心近傍でレンズの最も厚い厚さを最大膜厚と定義し、前記第１の部位でレンズの最も薄い厚さを第１の最小膜厚と定義し、前記第２の部位でレンズの最も薄い厚さを第２の最小膜厚と定義すれば、前記最大膜厚と前記第１の最小膜厚との差は、前記最大膜厚と前記第２の最小膜厚との差より大きいことを特徴とする。【００１１】
さらには、半導体基板上に形成された画素と、前記画素内に設けられ光を電気信号に変換する光電変換部と、該光電変換部の上方に設けられた平坦層と、該平坦層の上に形成されたマイクロレンズとを備え、前記平坦層の内部に前記光電変換部と略平行で前記マイクロレンズと光軸が合うように第２のレンズを設け、前記第２のレンズは中心からレンズ端までの直線距離が異なる平面形状で前記平坦層より屈折率が大きな部材によって構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の固体撮像素子は、画素の形状が四角形型であっても、四隅の集光率が改善されて良好な集光率を得ることができるマイクロレンズを実現できるので、同じ光量でも光電変換部からの信号出力が増大し、固体撮像素子の感度を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施形態の固体撮像素子の構成を示す説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の画素単位６０の構成を示す説明図である。
【図３】本発明の第１の実施形態のマイクロレンズの形状を説明するための補助図である。
【図４】本発明の第２の実施形態の画素単位６０の構成を示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施形態のマイクロレンズの製造方法を説明する説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態のマイクロレンズの製造方法を説明する説明図である。
【図７】本発明の第２の実施形態のマイクロレンズの製造方法を説明する説明図である。
【図８】本発明の第３の実施形態の画素単位６０の構成を示す説明図である。
【図９】本発明の第３の実施形態の第２のレンズの形状を説明するための補助図である。
【図１０】本発明の第３の実施形態の第２のレンズの形状を説明するための補助図である。
【図１１】本発明の第３の実施形態の集光の様子を説明するための補助図である。
【図１２】レンズ厚さが厚い場合の集光の様子を示す補助図である。
【図１３】従来の技術による画素単位６０の構成を示す説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
本発明の固体撮像素子の第１の実施形態について、図１および図２を用いて詳しく説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態による固体撮像素子を上方から見た時の様子を示す平面図である。図１において、１は固体撮像素子、２は埋め込みフォトダイオードなどからなる光電変換部、３は光電変換部２で生成された信号電荷を垂直方向に転送する垂直ＣＣＤ、４は垂直ＣＣＤ３から送られてくる信号電荷を水平方向に転送する水平ＣＣＤ、５は出力アンプ、６は画素、６０は集光される領域から見た画素単位をそれぞれ示している。また、図１には示されていないが、光電変換部２の上部には平坦層を介してマイクロレンズが配置されている。【００１５】
画素６は、光電変換部２と垂直ＣＣＤ３の一部とを有し、２次元状に複数が配置されている。但し、マイクロレンズは、その中心が光電変換部２の中心と同一になるように配置される。したがって、画素単位は、集光される領域から定義すると符号６０の領域となる。尚、ここでは理解し易いように画素単位を長方形状として表したが、実際には正方形状であり、以降の図面では、集光される正方形状の領域を画素単位として表している。【００１６】
垂直ＣＣＤ３の電荷の転送を制御するための電極は、一般的なＣＣＤ型固体撮像素子と同様に、第１のポリシリコン電極（図示せず）と、第２のポリシリコン電極（図示せず）とで構成されている。また、固体撮像素子１は、駆動パルス等を発生するための周辺回路なども有しているが、本発明の主要な部分ではないので図では省略している。
尚、本発明はＣＣＤ型の固体撮像素子に限定されるものではなく、ＣＭＯＳ型やその他の固体撮像素子においても、本発明の効果は変わらない。【００１７】
次に、図２は図１における画素単位６０を詳しく描いた図で、図２（ａ）は画素単位６０を上方から見た時の平面図、図２（ｂ）は図２（ａ）における水平断面位置Ａで切断した時の画素単位６０の水平断面図、図２（ｃ）は図２（ａ）における対角断面位置Ｂで切断した時の画素単位６０の対角断面図をそれぞれ示す。
図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において、１０１はマイクロレンズ、１０２はマイクロレンズ１０１の下の平坦層、１０３はカラーフィルタ、１０４は電源配線を兼ねた遮光膜、１０５は配線、１０６は遮光膜、１０７は半導体基板、１０８は光電変換部１１１とカラーフィルタ１０３との間の平坦層、１０９は平坦層１０２の凹面部、Ｌ１は平坦層１０２の凹面部１０９以外の部分でのマイクロレンズの厚さ、Ｌ２は平坦層１０２の凹面部１０９でのマイクロレンズ１０１の厚さ、Ｗ１は平坦層１０２の凹面部１０９以外の部分の厚さ、Ｗ２は平坦層１０２の凹面部１０９の厚さをそれぞれ示している。【００１８】
図２において、図２（ｂ）の水平断面位置Ａの場合は、マイクロレンズ１０１は厚さＬ１のレンズとして作用するが、図２（ｃ）の対角断面位置Ｂの場合は、平坦層１０２およびマイクロレンズ１０１の四隅において、平坦層１０２の厚さＷ１より薄いＷ２になっているため、マイクロレンズ１０１は厚さＬ２のレンズとして作用する。
尚、マイクロレンズ１０１は例えばフォトレジストで、平坦層１０２は例えばアクリル系の樹脂などで形成されるので、屈折率はほぼ同じで、マイクロレンズ１０１と平坦層１０２は一体となったレンズと見なせる。【００１９】
ここで、水平断面位置Ａと対角断面位置Ｂとでマイクロレンズ１０１の厚さが異なることによる効果を図１３および図１２を用いて詳しく説明する。従来の技術の説明で、図１３（ｂ）および（ｃ）のレンズの厚さがＬ１の場合の集光の様子について述べたが、図１２はレンズの厚さがＬ１より厚いＬ２のマイクロレンズ１２１にした場合の集光の様子を示している。図１２（ａ）は厚さがＬ２のマイクロレンズ１２１の水平断面形状、図１２（ｂ）は厚さがＬ２のマイクロレンズ１２１の対角断面形状をそれぞれ示し、図１３と同符号のものは図１３と同じものを示している。【００２０】
従来の技術では、図１３（ｂ）のように水平断面形状で効率良く集光するようにマイクロレンズ７０１の厚さをＬ１にすると、図１３（ｃ）のように対角断面形状での集光が悪くなることを説明した。今度は、図１２（ｂ）のように対角断面形状で効率良く集光できるようにマイクロレンズ１２１の厚さをＬ１より厚いＬ２にすると、曲率半径が小さくなり過ぎて、図１２（ａ）のように水平断面形状での集光が悪くなってしまい、光電変換部１１１に入射光３０９を十分に集光させることができなくなってしまう。【００２１】
ところが、図２の本発明の第１の実施形態の場合は、水平断面位置Ａでは図１３（ｂ）の厚さＬ１のマイクロレンズ７０１として作用し、対角断面位置Ｂでは図１２（ｂ）の厚さＬ２のマイクロレンズ１２１として作用するので、水平断面位置Ａおよび対角断面位置Ｂの何れであっても図１３（ｂ）と図１２（ｂ）に示すような良好な集光状態を実現することができる。【００２２】
ここで、本発明のマイクロレンズ１０１の形状を図３（ａ）の斜視図に示す。図３（ｂ）のマイクロレンズ２０１は先に説明したマイクロレンズ１０１の四隅の角を丸くしたもので、四隅近傍のレンズ効果はほとんど変わらないので、このような形状でも同様の効果が得られる。
また、本実施形態では、平坦層１０２を厚さＷ１と厚さＷ２の二段構成にしたが、多段階にしても良いし、連続的に傾斜を設けても同様の効果が得られる。このような形状は、エッチングなど従来から知られる一般的な工法によって実現することができ、例えば第１の実施形態の場合は、予めＷ１の厚さの平坦層１０２を形成した後で中央部分をマスクして周囲をエッチングによって除去すれば加工できるし、この工程を繰り返せば多段階に加工することもできる。また、平坦層１０２を、厚い一つの平坦層として加工するのではなく、それぞれの段で平坦層を形成するように加工して、積層させて二段以上の平坦層としてもよい。マイクロレンズ１０１に関しても、従来から知られる工法によって実現することができ、例えば第１の実施形態の場合は、Ｗ１とＷ２の厚さを有する平坦層１０２を加工後に、フォトレジストなどによるマイクロレンズ１０１の元になる層を平坦層１０２に被せ、リフローなどによって熱を掛けると、平坦層１０２の低くなっているＷ２の部分に垂れて回り込むことでマイクロレンズ１０１を形成することができる。【００２３】
このように、本発明の固体撮像素子は、画素の形状が四角形型であっても、四隅の集光率が改善されて良好な集光率を得ることができる固体撮像素子を提供できるので、同じ光量でも光電変換部からの信号出力が増大し、固体撮像素子の感度を向上することが可能となる。
（第２の実施形態）
次に、本発明の固体撮像素子の第２の実施形態について、図４を用いて詳しく説明する。図４（ａ）は本発明の固体撮像素子の画素単位６０を上方から見た時の平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）における水平断面位置Ａで切断した時のマイクロレンズを有する固体撮像素子の画素単位６０の水平断面図、図４（ｃ）は図４（ａ）における対角断面位置Ｂで切断した時の固体撮像素子の画素単位６０の対角断面図をそれぞれ示している。【００２４】
図４（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において、３０２はマイクロレンズ、３０１は凹み部分（図５で詳しく説明する）、３０３は水平断面位置Ａで切断した時のマイクロレンズ３０２の水平レンズ形状、３０４は対角断面位置Ｂで切断した時のマイクロレンズ３０２の対角レンズ形状、３０５は平坦層、３０６はマイクロレンズ３０２の頂点位置、３０７は水平レンズ形状３０３の最下点位置、３０８は対角レンズ形状３０４の最下点位置、Ｔは平坦層３０５のマイクロレンズ３０２側の面からのマイクロレンズ３０２の最大厚さ、Ｓ１は対角レンズ形状３０４の最下点位置３０８と頂点位置３０６との厚さの差、Ｓ２は水平レンズ形状３０３の最下点位置３０７と頂点位置３０６との厚さの差、Ｕは平坦層３０５のマイクロレンズ３０２側の面から最下点位置３０７までの厚さをそれぞれ示している。尚、図４において、カラーフィルタ、遮光膜、配線などは説明が分かりにくくなるので省略してある。【００２５】
図４（ｂ）のように、水平断面位置Ａでのレンズの厚さはＳ１より薄いＳ２のマイクロレンズ３０２となり、図４（ｃ）のように、対角断面位置Ｂでのレンズの厚さがＳ２より厚いＳ１のマイクロレンズ３０２となる。つまり、水平断面位置Ａの場合は図１３（ｂ）のマイクロレンズ７０１の水平断面形状の厚さの薄いＬ１のレンズとして作用し、対角断面位置Ｂの場合は図１２（ｂ）のマイクロレンズ１２１の対角断面形状の厚さの厚いＬ２のレンズとして作用するので、水平断面位置Ａおよび対角断面位置Ｂの何れであっても図１３（ｂ）および図１２（ｂ）に示すような良好な集光状態を実現することができる。【００２６】
ここで、図４（ｂ）および（ｃ）に示すような水平レンズ形状３０３および対角レンズ形状３０４を有するマイクロレンズ３０２の実現方法について図５、図６および図７を用いて詳しく説明する。
図５は図４（ｃ）に示した対角断面位置Ｂで切断した時に対角レンズ形状３０４に成形する様子を示した説明図で、図５（ａ）は図４の対角断面位置Ｂと対比してマイクロレンズ３０２の母材であるフォトレジスト層４０１との位置関係が分かり易いように示した図で、フォトレジスト層４０１は対角レンズ形状３０４の頂点位置３０６を中心とする部位には形成されているが、凹み部分３０１の部分にはフォトレジスト層４０１は形成されていない。この状態でリフローによって熱をかけていくと、フォトレジスト層４０１は柔らかくなって角の部分が垂れ始め、図５（ｂ）の４０２のような形状になる。さらにリフローで熱をかけていくと垂れた部分で凹み部分３０１が埋まっていき、最終的には図５（ｃ）のように対角レンズ形状３０４を有するマイクロレンズ３０２が形成される。尚、本説明図は模式的に分かり易く描いているので、垂れの様子など実際の状態を正確に描写したものではない。【００２７】
次に図６を用いて、図４（ｂ）における水平断面位置Ａで切断した時の水平レンズ形状３０３に成形する様子を説明する。図６（ａ）は図４の水平断面位置Ａでのフォトレジスト層４０１との位置関係を対比して示した図で、フォトレジスト層４０１の水平断面位置Ａには凹み部分３０１が含まれていないので、凹みはなく同じ厚さになっている。この状態でリフローをかけるとフォトレジスト層４０１は柔らかくなって、図６（ｂ）には図示されていないが、一点鎖線の円５０１の部分で次第に凹んでいき、フォトレジスト層４０２のような形状に変化する。【００２８】
ここで、この変化の様子を図７を用いて分かり易く説明する。図７はリフローをかけた時の凹み部分３０１が変形する様子を模式的に描いた説明図である。リフローをかける前は図７（ａ）のように凹み部分３０１はエッチングなどによって幾何学的に切り取られているが、リフローをかけて熱が加わると、図７（ｂ）のように、フォトレジスト層４０１は柔らかくなって角の部分が点線矢印のように丸く垂れ始め、特に図７（ｂ）の一点鎖線の円５０１で示した部分は両側の凹み部分３０１に引っ張られるように凹み始める。【００２９】
さらにリフローで熱をかけていくと凹み部分３０１が徐々に埋まっていき、図６（ｃ）に示すような水平レンズ形状３０３を有するマイクロレンズ３０２が形成される。この様子を図７（ｃ）に示す。図７（ｃ）はレンズ形状をワイヤーフレーム状に描いたもので、レンズの頂点位置３０６の最大厚さＴに対して、水平断面位置Ａではリフローで完全に平坦にはならず、水平レンズ形状３０３の最下点位置３０７の厚さＵだけ四隅の対角レンズ形状３０４の最下点位置３０８の部分に比べて厚くなっており、厚さＳ２のレンズとして作用する。【００３０】
このように、水平断面位置Ａでのマイクロレンズ３０２の厚さと、対角断面位置Ｂでのマイクロレンズ３０２の厚さとが異なり、水平断面位置Ａでのマイクロレンズ３０２は図１３（ｂ）のマイクロレンズ７０１の厚さの薄いＬ１のレンズとして作用し、対角断面位置Ｂでのマイクロレンズ３０２は図１２（ｂ）のマイクロレンズ１２１の厚さの厚いＬ２のレンズとして作用するので、水平断面位置Ａおよび対角断面位置Ｂの何れであっても図１３（ｂ）および図１２（ｂ）に示すような良好な集光状態を実現することが可能となる。
（第３の実施形態）
次に、本発明の固体撮像素子の第３の実施形態について、図８を用いて詳しく説明する。図８（ａ）は本発明の固体撮像素子の画素単位６０を上方から見た時の平面図、図８（ｂ）は図８（ａ）における水平断面位置Ａで切断した時の固体撮像素子の画素単位６０の水平断面図、図８（ｃ）は図８（ａ）における対角断面位置Ｂで切断した時の固体撮像素子の画素単位６０の対角断面図をそれぞれ示す。【００３１】
図８（ａ）、（ｂ）および（ｃ）において、７０１はマイクロレンズ、７０２は第２のレンズ、７０３および７０４は平坦層、７０５は第２のレンズ７０２の傾斜部分（図１０で詳しく説明する）、７０６は第２のレンズ７０２の凹み部分（図１０で詳しく説明する）である。尚、前述の第１の実施形態および第２の実施形態で記載したものと同じ番号のものは同じ機能を有するので説明を省略する。【００３２】
図８において、マイクロレンズ７０１は図１３の従来の技術で説明した一般的な四角形状を有するマイクロレンズであるが、従来の技術の図１３（ｂ）で述べた水平断面位置Ａにおいて効率良く光電変換部１１１に集光するように成形されているものとする。従って、図１３（ｃ）のように対角断面位置Ｂにおいては光電変換部１１１の四隅近傍で十分に集光されないという問題が生じているものとする。【００３３】
さて、図８において、平坦層７０３および７０４は例えば酸化シリコンなどで形成されており屈折率は約１．５、その間の第２のレンズ７０２は屈折率の異なる例えば窒化シリコンなどで形成されており、屈折率は約２なので、第２のレンズ７０２はレンズとして作用する。尚、第２のレンズ７０２は一般的に用いられているエッチングなどの工法によって所望の形状に形成される。【００３４】
ここで、この第２のレンズ７０２の形状について、図９および図１０を用いて詳しく説明する。図９（ａ）は第２のレンズ７０２の斜視図で、水平断面位置Ａの位置では第２のレンズ７０２の厚さは変わらず平面状の層に過ぎないが、対角断面位置Ｂの位置では角の部分が傾斜しており、この部分でレンズ作用を有する。図９（ａ）において、水平断面位置Ａで切断した時の第２のレンズ７０２の断面図を図１０（ａ）に、対角断面位置Ｂで切断した時の第２のレンズ７０２の断面図を図１０（ｂ）にそれぞれ示す。図１０（ａ）において、平坦層７０３の上に第２のレンズ７０２が形成されているが第２のレンズ７０２の層は平坦になっておりレンズとして作用しない。つまり、水平断面位置Ａにおいては、マイクロレンズ７０１のみによって光電変換部１１１に集光されるので、図１３（ｂ）のように効率良く光電変換部１１１に集光することができる。【００３５】
一方、図１０（ｂ）において、平坦層７０３の上に第２のレンズ７０２が形成されているが、図８の凹み部分７０６に位置する所では第２のレンズ７０２の層は無く、図８の凹み部分７０６の領域を除く傾斜部分７０５の領域では第２のレンズ７０２の層は凹み部分７０６に向かって徐々に薄くなるように傾斜している。つまり、第２のレンズ７０２は、凹み部分７０６および傾斜部分７０５とを除く部分は略平面なのでレンズ作用はほとんど無いが、傾斜している四隅近傍だけレンズ作用を有することになる。【００３６】
このように、対角断面位置Ｂにおいては、マイクロレンズ７０１による集光と第２のレンズ７０２の四隅部分のレンズ作用による集光とが合成されて光電変換部１１１に集光されることになり、マイクロレンズ７０１だけだと図１３（ｃ）のように光電変換部１１１の四隅の部分に効率良く集光することができなかったが、第２のレンズ７０２の四隅の部分のレンズ作用によって補正され、図１１のように二段階で集光されることになるので、効率良く光電変換部１１１に集光することが可能となる。【００３７】
尚、第３の実施形態の第２のレンズ７０２は、図９（ａ）に示すような四隅を直線で切り取った形状としたが、図９（ｂ）のように角に丸くしても、四隅近傍のレンズ効果には変わりはないので、第３の実施形態と同様の効果が得られる。
【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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【国際調査報告】
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