(57)【要約】【課題】マイクロレンズと透明保護膜との間の屈折率差を確保し、かつマイクロレンズ同士の隙間をなくすことにより、集光特性を向上した固体撮像装置およびその製造方法、並びに当該固体撮像装置を備えたカメラを提供する。【解決手段】本実施形態に係る固体撮像装置は、基板１０に形成された受光部５と、基板１０の上層であって受光部５に対応して形成されたマイクロレンズ５０と、マイクロレンズ５０を被覆し、マイクロレンズ５０よりも屈折率の低い透明保護膜６０とを有する。マイクロレンズ５０は、屈折率調整粒子を含有するレンズ形状の樹脂により形成された第１レンズ層５１と、隣接する第１レンズ層５１同士の隙間を埋め込むように、第１レンズ層５１を被覆して形成された無機系の第２レンズ層５２とを有する。【選択図】図３
2007019435.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に形成された複数の受光部と、
前記基板の上層であって前記各受光部に対応して形成されたマイクロレンズと、
前記マイクロレンズを被覆し、前記マイクロレンズよりも屈折率の低い透明保護膜とを有し、
前記マイクロレンズは、
屈折率調整粒子を含有するレンズ形状の樹脂により形成された第１レンズ層と、
隣接する前記第１レンズ層同士の隙間を埋め込むように、前記第１レンズ層を被覆して形成された無機系の第２レンズ層と
を有する固体撮像装置。
【請求項２】
前記屈折率調整粒子は、金属酸化物粒子である
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記第２レンズ層は、窒化シリコンにより形成されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記透明保護膜上、あるいは前記マイクロレンズと前記透明保護膜の間に、反射防止膜が形成されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記基板と前記マイクロレンズとの間に、カラーフィルタが配置されている
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項６】
隣接する前記第１レンズ層同士の間における前記第２レンズ層には、酸素供給孔が形成された
請求項５記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第２レンズ層は、隣接する前記第１レンズ層同士の隙間の１／２以上の膜厚をもつ
請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項８】
基板に複数の受光部を形成する工程と、
前記基板の上層に屈折率調整粒子を含有する感光性樹脂を用いて第１レンズ層を形成する工程と、
前記第１レンズ層を露光および現像して、前記各受光部に対応したパターンをもつ第１レンズ層に加工する工程と、
熱処理により前記第１レンズ層をレンズ形状に成形する工程と、
隣接する前記第１レンズ層同士の隙間を埋めるように前記第１レンズ層を被覆する無機系の第２レンズ層を形成する工程と、
前記第２レンズ層上に、前記第１レンズ層および前記第２レンズ層の屈折率よりも小さい屈折率をもつ透明保護膜を形成する工程と
を有する固体撮像装置の製造方法。
【請求項９】
前記第２レンズ層を形成する工程において、窒化シリコンを形成する
請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１０】
前記透明保護膜を形成する工程の後、あるいは前記第２レンズ層を形成する工程の後であって前記透明保護膜を形成する工程の前に、反射防止膜を形成する工程をさらに有する
請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第２レンズ層を形成する工程の後、隣接する前記第１レンズ層同士の間の領域における前記第２レンズ層に酸素供給孔を形成する工程をさらに有する
請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第２レンズ層を形成する工程において、隣接する前記第１レンズ層同士の隙間の１／２以上の膜厚をもつ前記第２レンズ層を形成する
請求項８記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
固体撮像装置と、
前記固体撮像装置の撮像面に光を結像させる光学系と、
前記固体撮像装置からの出力信号に対して所定の信号処理を行う信号処理回路と
を有し、
前記固体撮像装置は、
基板に形成された複数の受光部と、
前記基板の上層であって前記各受光部に対応して形成されたマイクロレンズと、
前記マイクロレンズを被覆し、前記マイクロレンズよりも屈折率の低い透明保護膜とを有し、
前記マイクロレンズは、
屈折率調整粒子を含有するレンズ形状の樹脂により形成された第１レンズ層と、
隣接する前記第１レンズ層同士の隙間を埋め込むように、前記第１レンズ層を被覆して形成された無機系の第２レンズ層と
を有するカメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に、オンチップレンズを備えた固体撮像装置およびその製造方法、並びに当該固体撮像装置を備えたカメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＣＤ型あるいはＭＯＳ型の固体撮像装置においては、各画素が微細化される傾向にある。これにより画素中の受光部の面積が減少し、固体撮像装置の特性の１つである光電変換特性、すなわち光感度を低下させている。
【０００３】
固体撮像装置の光感度を向上させるため、各受光部に対応した位置にマイクロレンズを設けて、入射光を効率良く受光部に集光させる技術が導入されている（特許文献１，２参照）。
【０００４】
特許文献１に記載の固体撮像装置では、有機樹脂からなるマイクロレンズ上に、透明樹脂が形成されている。特許文献２に記載の固体撮像装置では、窒化シリコンからなるマイクロレンズ上に、透明樹脂が形成されている。上記の透明樹脂としては、マイクロレンズの屈折率よりも低い屈折率の樹脂が使用される。
【特許文献１】特開平１０−２７０６７２号公報
【特許文献２】特開２００３−３３８６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
入射光をマイクロレンズにより屈折させて集光特性を向上させるためには、マイクロレンズとその上の透明樹脂との間には屈折率差がある必要がある。
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、マイクロレンズとその上の透明樹脂はともに、有機樹脂により形成されているため、マイクロレンズと透明樹脂との間の屈折率差は０．４程度までしか確保できない。
【０００７】
特許文献２では、マイクロレンズは無機系の窒化シリコン（屈折率約２．０）であり、透明樹脂はエポキシ樹脂（屈折率１．５）であるため、屈折率差は０．５程度となる。しかしながら、特許文献２では、レジストマスクを用いた全面ドライエッチングにより窒化シリコンをレンズ形状に加工する必要があり、この全面ドライエッチングにおいて、窒化シリコンとレジストマスクのエッチング選択比を１にすることが困難となる。エッチング選択比が大きくなると、マイクロレンズの無効領域（レンズ同士の隙間）が増大し、集光特性が低下する。また、ドライエッチング時のプラズマダメージにより、固体撮像装置の暗電流が増大するという問題がある。
【０００８】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、マイクロレンズと透明保護膜との間の屈折率差を確保し、かつマイクロレンズ同士の隙間をなくすことにより、集光特性を向上した固体撮像装置およびカメラを提供することにある。
本発明の他の目的は、ドライエッチング技術を用いることなく、マイクロレンズと透明保護膜との屈折率差を確保し、かつ隙間を無くしたマイクロレンズを有する固体撮像装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置は、基板に形成された複数の受光部と、前記基板の上層であって前記各受光部に対応して形成されたマイクロレンズと、前記マイクロレンズを被覆し、前記マイクロレンズよりも屈折率の低い透明保護膜とを有し、前記マイクロレンズは、屈折率調整粒子を含有するレンズ形状の樹脂により形成された第１レンズ層と、隣接する前記第１レンズ層同士の隙間を埋め込むように、前記第１レンズ層を被覆して形成された無機系の第２レンズ層とを有する。
【００１０】
本発明の固体撮像装置では、マイクロレンズは、屈折率調整粒子を含有するレンズ形状の樹脂により形成された第１レンズ層と、隣接する第１レンズ層同士の隙間を埋め込むように、第１レンズ層を被覆して形成された無機系の第２レンズ層とを有する。有機樹脂は、一般的に無機系の材料よりも屈折率が低いが、本発明では樹脂中に屈折率調整粒子を分散させることで第１レンズ層の屈折率を、もとの樹脂の屈折率よりも大きくすることができる。このため、第１レンズ層と無機系の第２レンズ層により形成されるマイクロレンズの屈折率を大きくすることができる。このため、マイクロレンズとその上の透明保護膜との屈折率差を確保できる。
また、隣接する第１レンズ層同士の隙間を第２レンズ層により埋めることにより、第１レンズ層と第２レンズ層により形成されるマイクロレンズの無効領域、すなわち隙間が無くなる。
【００１１】
上記の目的を達成するため、本発明の固体撮像装置の製造方法は、基板に複数の受光部を形成する工程と、前記基板の上層に屈折率調整粒子を含有する感光性樹脂を用いて第１レンズ層を形成する工程と、前記第１レンズ層を露光および現像して、前記各受光部に対応したパターンをもつ第１レンズ層に加工する工程と、熱処理により前記第１レンズ層をレンズ形状に成形する工程と、隣接する前記第１レンズ層同士の隙間を埋めるように前記第１レンズ層を被覆する無機系の第２レンズ層を形成する工程と、前記第２レンズ層上に、前記第１レンズ層および前記第２レンズ層の屈折率よりも小さい屈折率をもつ透明保護膜を形成する工程とを有する。
【００１２】
上記の本発明の固体撮像装置の製造方法では、第１レンズ層として、屈折率調整粒子を含有する感光性樹脂を用いることにより、露光、現像および熱処理により、受光部に対応した配置の第１レンズ層に加工できる。そして、隣接する第１レンズ層同士の隙間を埋めるように第１レンズ層を被覆する無機系の第２レンズ層を形成することにより、第１レンズ層と第２レンズ層の積層構造のマイクロレンズが形成される。このように本発明では、ドライエッチング技術を用いずにレンズ形状が得られる。
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明のカメラは、固体撮像装置と、前記固体撮像装置の撮像面に光を結像させる光学系と、前記固体撮像装置からの出力信号に対して所定の信号処理を行う信号処理回路とを有し、前記固体撮像装置は、基板に形成された複数の受光部と、前記基板の上層であって前記各受光部に対応して形成されたマイクロレンズと、前記マイクロレンズを被覆し、前記マイクロレンズよりも屈折率の低い透明保護膜とを有し、前記マイクロレンズは、屈折率調整粒子を含有するレンズ形状の樹脂により形成された第１レンズ層と、隣接する前記第１レンズ層同士の隙間を埋め込むように、前記第１レンズ層を被覆して形成された無機系の第２レンズ層とを有する。
【００１４】
上記の本発明のカメラでは、固体撮像装置のマイクロレンズは、屈折率調整粒子を含有するレンズ形状の樹脂により形成された第１レンズ層と、隣接する第１レンズ層同士の隙間を埋め込むように、第１レンズ層を被覆して形成された無機系の第２レンズ層とを有する。有機樹脂は、一般的に無機系の材料よりも屈折率が低いが、本発明では樹脂中に屈折率調整粒子を分散させることで第１レンズ層の屈折率を、もとの樹脂の屈折率よりも大きくすることができる。このため、第１レンズ層と無機系の第２レンズ層により形成されるマイクロレンズの屈折率を大きくすることができる。このため、マイクロレンズとその上の透明保護膜との屈折率差を確保できる。
また、隣接する第１レンズ層同士の隙間を第２レンズ層により埋めることにより、第１レンズ層と第２レンズ層により形成されるマイクロレンズの無効領域、すなわち隙間が無くなる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、マイクロレンズと透明保護膜との間の屈折率差を確保し、かつマイクロレンズ同士の隙間をなくすことにより、集光特性を向上した固体撮像装置およびカメラを実現できる。
本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、ドライエッチング技術を用いることなく、マイクロレンズと透明保護膜との屈折率差を確保し、かつ隙間を無くしたマイクロレンズを有する固体撮像装置を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付してある。本実施形態では、本発明をインターライントランスファ方式のＣＣＤ（Charge Coupled Device）型の固体撮像装置に適用した例について説明する。ただし、転送方式に特に限定はない。
【００１７】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る固体撮像装置の概略構成図である。本実施形態に係る固体撮像装置１は、撮像部２と、水平転送部３と、出力部４とを有する。
【００１８】
撮像部２には、画素毎に行列状に配置された複数の受光部５と、受光部５の垂直列ごとに配置された複数本の垂直転送部７と、受光部５と垂直転送部７との間に配置された読み出しゲート部６とを有する。
【００１９】
受光部５は、例えばフォトダイオードからなり、被写体から入射する像光（入射光）をその光量に応じた電荷量の信号電荷に光電変換して蓄積する。読み出しゲート部６は、受光部５に蓄積された信号電荷を垂直転送部７に読み出す。
【００２０】
垂直転送部７は、４相のクロック信号φＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４によって駆動され、受光部５から読み出された信号電荷を垂直方向（図中、下方向）に転送する。なお、クロック信号としては、４相に限定されるものではない。クロック信号φＶ１〜ΦＶ４は、例えば０Ｖあるいは−８．５Ｖである。
【００２１】
水平転送部３は、２相のクロック信号φＨ１，φＨ２によって駆動され、垂直転送部７から垂直転送された信号電荷を、水平方向（図中、左方向）に転送する。
【００２２】
垂直転送部７および水平転送部３は、基板に形成された転送方向に伸びる転送チャネルと、転送チャネル上に絶縁膜を介在させた状態で、転送方向に並べて形成された複数の転送電極とを有する。
【００２３】
出力部４は、例えば、フローティングディフュージョンにて構成された電荷−電圧変換部４ａを有し、水平転送部３により水平転送された信号電荷を電気信号に変換して、アナログ画像信号として出力する。
【００２４】
図２は、撮像部２における要部平面図である。
【００２５】
マトリックス状に配置された受光部５に隣接して、転送方向に伸びる転送チャネル１４が形成されている。転送チャネル１４上には、絶縁膜を介在させた状態で、第１転送電極２１と第２転送電極２２が転送方向に交互に繰り返し並んでいる。第１転送電極２１および第２転送電極２２を区別する必要がない場合には、単に転送電極２０と称する。転送チャネル１４と、転送電極２０により垂直転送部７が構成される。転送方向に並んだ第１転送電極２１および第２転送電極２２は、端部が互いに重なるように配置されている。
【００２６】
水平方向における第１転送電極２１および第２転送電極２２は、互いに接続されている。第１転送電極２１は１層目のポリシリコン層により形成され、第２転送電極２２は２層目のポリシリコン層により形成される。本実施形態では、２層構造の転送電極の例について説明するが、単層構造であっても、３層以上の構造であってもよい。
【００２７】
第１転送電極２１および第２転送電極２２に電圧を印加すると、転送チャネル１４に電位井戸が形成される。この電位井戸を形成するためのクロック信号φＶ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４が、転送方向に並べられた第１転送電極２１および第２転送電極２２に対して位相をずらして印加されることで、電位井戸の分布が順次変化し、電位井戸内の電荷が転送方向に沿って転送される。
【００２８】
図３は、本実施形態に係る固体撮像装置の要部断面図である。図３は、図２のＡ−Ａ’線における断面図に相当する。
【００２９】
例えば、ｎ型のシリコン基板（以下、基板１０という）に、ｐ型ウェル１１が形成されている。ｐ型ウェル１１は、オーバーフローバリアを形成する。
【００３０】
受光部５は、ｐ型ウェル１１に形成されたｎ型の信号電荷蓄積領域１２と、信号電荷蓄積領域１２の表層に形成されたｐ＋型の正孔蓄積領域１３を有する。正孔蓄積領域１３は、信号電荷蓄積領域１２の表面近くで発生し、雑音源となる暗電流を抑制するために設けられている。
【００３１】
受光部５には、信号電荷蓄積領域１２、ｐ型ウェル１１および基板１０により、ｎｐｎ構造が形成されている。このｎｐｎ構造は、受光部５に強い光が入射して過剰に発生した信号電荷がｐ型ウェル１１により形成されるオーバーフローバリアを超えると、当該信号電荷を基板１０側に排出する縦型オーバーフロードレイン構造を構成する。
【００３２】
また、上記の受光部５は電子シャッタの機能を備えている。すなわち、基板１０に供給される基板電位を高レベル（例えば＋１２Ｖ）にすることにより、ｐ型ウェル１１の電位障壁が下がり、信号電荷蓄積領域１２に蓄積された電荷が当該電位障壁を乗り越えて、縦方向すなわち基板１０に掃き捨てられる。これにより露光期間を調整することができる。
【００３３】
垂直転送部７は、信号電荷蓄積領域１２と所定間隔を隔ててｐ型ウェル１１に形成されたｎ型の転送チャネル１４と、転送チャネル１４上に酸化シリコン膜からなるゲート絶縁膜１８を介して形成された例えばポリシリコンからなる転送電極２０により構成されている。転送チャネル１４の下には、比較的高濃度のｐ型領域１５が形成されている。ｐ型領域１５は、転送チャネル１４の下に電位障壁を形成する。このため、基板１０の深部で光電変換された信号電荷が転送チャネル１４へ入ることが防止され、スミアの発生が抑制される。
【００３４】
読み出しゲート部６は、信号電荷蓄積領域１２と転送チャネル１４との間のｐ型の読み出しゲート領域１６と、読み出しゲート領域１６上にゲート絶縁膜１８を介して形成された転送電極２０により構成されている。読み出しゲート領域１６は、ｎ型の信号電荷蓄積領域１２と転送チャネル１４との間に、電位障壁を形成する。読み出し時には、転送電極に正の読み出し電圧（例えば１５Ｖ）が印加されて、読み出しゲート領域１６の電位障壁が引き下げられて、信号電荷は信号電荷蓄積領域１２から転送チャネル１４へと移される。
【００３５】
信号電荷蓄積領域１２に対して読み出し側とは反対側には、ｐ型のチャネルストップ領域１７が形成されている。チャネルストップ領域１７は、信号電荷に対して電位障壁を形成し、信号電荷の流出入を防止する。
【００３６】
転送電極２０上には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜２３を介して、転送電極２０を被覆する遮光膜２４が形成されている。遮光膜２４は、例えばタングステンなどの高融点金属からなる。遮光膜２４には、受光部５に光を入射させるための開口部が形成されている。
【００３７】
遮光膜２４上には、例えばＢＰＳＧ（Boro Phospho Silicate glass）からなる第１層間絶縁膜２５が形成されている。第１層間絶縁膜２５には、下地の表面段差に起因する凹凸が形成されている。第１層間絶縁膜２５上には、第１層間絶縁膜２５よりも高屈折率材料からなる第２層間絶縁膜２６が形成されている。第２層間絶縁膜２６は例えば窒化シリコンからなる。第２層間絶縁膜２６の表面は、平坦化されている。第１層間絶縁膜２５と第２層間絶縁膜２６の界面により層内レンズが形成されている。
【００３８】
第２層間絶縁膜２６上には、カラーフィルタ３０が形成されている。カラーフィルタ３０は例えば原色タイプであり、グリーンカラーフィルタ３１と、ブルーカラーフィルタ３２と、レッドカラーフィルタ３３とを有する。補色タイプの場合には、カラーフィルタ３０はシアン、マゼンタ、イエロー、グリーンのカラーフィルタにより形成される。
【００３９】
カラーフィルタ３０上には、例えばアクリル熱硬化樹脂からなる平坦化膜４０が形成されている。平坦化膜４０上には、マイクロレンズ５０が形成されている。
【００４０】
マイクロレンズ５０は、第１レンズ層５１と第２レンズ層５２とを有する。第１レンズ層５１および第２レンズ層５２の屈折率は略同じに調整されている。マイクロレンズ５０の屈折率は、１．８５〜２．１０である。マイクロレンズ５０の厚さＤは、例えば５５０ｎｍである。
【００４１】
第１レンズ層５１は、各受光部５に対応して配置されており、レンズ形状に加工されている。第１レンズ層５１は、金属酸化物粒子を含有する感光性樹脂からなる。金属酸化物粒子は、本発明の屈折率調整粒子の一実施形態である。感光性樹脂は、例えばポリイミド樹脂である。
【００４２】
第１レンズ層５１の屈折率は、金属酸化物粒子の添加量を変えることにより調整される。すなわち、金属酸化物粒子の添加量を増やせば、第１レンズ層５１の屈折率が高くなる。金属酸化物粒子は、例えば酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化錫である。
【００４３】
第２レンズ層５２は、第１レンズ層５１同士の隙間および第１レンズ層５１を被覆するように全面に形成されている。第２レンズ層５２により、マイクロレンズ５０同士の隙間（無効領域）がなくなる。第２レンズ層５２は、例えば窒化シリコンにより形成される。
【００４４】
マイクロレンズ５０を被覆するように、マイクロレンズ５０よりも屈折率の低い透明保護膜６０が形成されている。透明保護膜６０の表面は、平坦化されている。透明保護膜６０は、例えばフッ素を含む有機高分子材料、有機ＳＯＧ（Spin on Glass）、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂などからなる。透明保護膜６０の屈折率は、１．３４〜１．５０である。
【００４５】
マイクロレンズ５０（屈折率１．８５〜２．１０）と、透明保護膜６０（屈折率１．３４〜１．５０）により、両者の屈折率差を０．４以上確保することができる。なお、材料の組み合わせにより最大で０．７６程度の屈折率差を確保することができる。
【００４６】
上記の固体撮像装置では、入射光は、マイクロレンズ５０により集光されて各カラーフィルタ３１，３２，３３に到達する。所定の波長領域の光のみが各カラーフィルタを通過し、第１層間絶縁膜２５および第２層間絶縁膜２６の界面により形成される層内レンズによりさらに集光されて、受光部５に入射する。受光部５に入射した光は、入射光量に応じた信号電荷に光電変換されて、信号電荷蓄積領域１２に蓄積される。その後、転送チャネル１４に読み出されて、垂直転送部７により垂直方向に転送される。
【００４７】
次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図４〜図８を参照して説明する。
【００４８】
図４（ａ）に示すように、ｎ型のシリコンからなる基板１０に、イオン注入法により、ｐ型ウェル１１、ｎ型の信号電荷蓄積領域１２、ｎ型の転送チャネル１４、ｐ型領域１５、ｐ型の読み出しゲート領域１６、ｐ型のチャネルストップ領域１７を形成する。続いて、熱酸化法により基板１０上に酸化シリコンからなるゲート絶縁膜１８を形成する。
【００４９】
次に、図４（ｂ）に示すように、ゲート絶縁膜１８上に転送電極２０を形成する。転送電極２０は、ポリシリコンを堆積した後に、レジストを用いてポリシリコンをエッチングすることにより形成する。転送電極２０が２層構造の場合には、１層目と２層目の転送電極間には絶縁膜を形成する。転送電極２０を形成した後に、例えばＣＶＤ法により転送電極２０を被覆する酸化シリコンからなる絶縁膜２３を形成する。続いて、転送電極２０をマスクとしたイオン注入により、信号電荷蓄積領域１２の表層にｐ型の正孔蓄積領域１３を形成する。これにより、基板１０に受光部５、読み出しゲート部６および垂直転送部７が形成される。
【００５０】
次に、図５（ａ）に示すように、受光部５の位置に開口部２４ａをもち、転送電極２０を被覆する遮光膜２４を形成する。遮光膜２４は、例えば基板１０上にタングステンなどの高融点金属膜を堆積し、レジストマスクを用いたドライエッチングにより高融点金属膜を加工して形成される。
【００５１】
次に、図５（ｂ）に示すように、基板１０上に、例えばＢＰＳＧを堆積させて、リフロー処理を行うことにより第１層間絶縁膜２５を形成する。続いて、第１層間絶縁膜２５上に、プラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を堆積し、窒化シリコン膜の表面を平坦化加工することにより第２層間絶縁膜２６を形成する。
【００５２】
次に、図６（ａ）に示すように、第２層間絶縁膜２６上にカラーフィルタ３０を形成する。カラーフィルタ３０は、例えばカラーレジスト法を用いて形成する。例えば第２層間絶縁膜２６上にグリーンカラーレジストを形成した後に、グリーンカラーレジストを露光および現像することにより、グリーンカラーフィルタ３１のパターンを形成する。同様に、カラーレジストの形成、露光および現像を行うことにより、ブルーカラーフィルタ３２およびレッドカラーフィルタ３３を形成する。なお、カラーフィルタ３０の形成順序に限定はない。
【００５３】
次に、図６（ｂ）に示すように、カラーフィルタ３０の表面凹凸を平坦化する目的で、カラーフィルタ３０上に透明な平坦化膜４０を形成する。平坦化膜４０としては、例えばアクリル熱硬化樹脂を用いる。
【００５４】
次に、図７（ａ）に示すように、平坦化膜４０上に金属酸化物粒子を分散させた感光性樹脂をスピンコート法により塗布して、第１レンズ層５１ａを形成する。感光性樹脂としては、感光剤を含むポリイミド樹脂を用いる。
【００５５】
次に、図７（ｂ）に示すように、露光および現像により、受光部５に対応した第１レンズ層５１ｂに加工する。ここで、全ての第１レンズ層５１ａが受光部５の直上に形成されている必要はなく、瞳補正を行っても良い。瞳補正とは、撮像部２の周辺部において、第１レンズ層５１ｂの位置をわずかに中心方向に寄せる技術をいう。
【００５６】
次に、図８（ａ）に示すように、熱処理により、レンズ形状の第１レンズ層５１を形成する。本例では、熱処理によりポリイミド前駆体がポリイミド化する際に収縮する（２０〜３０％）現象を用いて、金属酸化物を含有する感光性樹脂からなる第１レンズ層５１をマイクロレンズ形状とする。熱処理は、ホットプレートを用いて、２００℃の温度で５分間行う。なお、厚さＤが５５０ｎｍのマイクロレンズ５０を形成する場合には（図３参照）、熱処理後の第１レンズ層５１の厚さＥを３００ｎｍとなるようにする。第１レンズ層５１は、収縮現象を用いてレンズ形状に加工されることから、幅Ｗの無効領域が生じる。幅Ｗは第１レンズ層５１ｂを加工する際の露光条件に応じて代わるが、例えば幅Ｗが５００ｎｍとなるように条件設定を行う。
【００５７】
次に、図８（ｂ）に示すように、隣接する第１レンズ層５１同士の隙間を埋めるように、第１レンズ層５１上に第２レンズ層５２を形成する。第２レンズ層５２として、例えばプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成する。プラズマＣＶＤ法には、ＨＤＰ-ＣＶＤ(High Density Plasma Chemical Vapor Deposition)、ＣＡＴ−ＣＶＤ(Catalytic Chemical Vapor Deposition)、ＩＣＰ−ＣＶＤ(Inductively Coupled Plasma Chemical Vapor Deposition)などが挙げられる。
【００５８】
例えば、ＨＤＰ−ＣＶＤ法により、成膜温度１４０℃、成膜時間３分の設定で、３００ｎｍの厚みで屈折率が１．９５程度の窒化シリコン膜を形成する。窒化シリコン膜の膜厚は、第１レンズ層５１の無効領域の幅Ｗに対して、Ｗ／２より厚くすることが好ましい。また、ＣＶＤ法における縦方向（図中、Ｈ方向）と横方向（図中、Ｉ方向）とで成膜スピードの差異を考慮する必要がある。この縦横方向の成膜スピードを調べた結果、縦方向の成膜スピードが１に対して、横方向の成膜スピードが０．９であった。よって、無効領域の幅Ｗが５００ｎｍの場合には、２７７ｎｍ成膜すれば、実質的に無効領域がゼロのマイクロレンズ５０が形成されることになる。本実施形態においてはマージンをとり、３００ｎｍの成膜条件に設定した。
【００５９】
次に、マイクロレンズ５０上に、マイクロレンズ５０よりも屈折率の低い透明保護膜６０をスピンコートにより形成する（図３参照）。透明保護膜６０の材料としては、例えば、フッ素を含む有機高分子材料、有機ＳＯＧ、アクリル系樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。本実施形態においては、フッ素系樹脂を用いた。熱処理後において、マイクロレンズ５０のない撮像部２の周辺部と、マイクロレンズ５０のある撮像部２とで実質的に平坦な透明保護膜６０が得られるように、透明保護膜６０の厚さを設定する。例えば、２００℃で５分間の熱処理後において平坦な透明保護膜６０が得られるのは、２３００ｎｍ以上の膜厚が必要であった。このため、例えば２５００ｎｍの条件で成膜を行った。尚、透明保護膜６０の屈折率は１．３８に調整した。
【００６０】
図９は、第２レンズ層５２の膜厚を図８（ｂ）に示す第２レンズ層５２の膜厚よりも厚くした場合の断面図である。
【００６１】
第２レンズ層５２の膜厚を無効領域の幅Ｗが埋まる程度に設定した場合におけるマイクロレンズ５０の曲率半径をｒとすると（図８（ｂ）参照）、第２レンズ層５２をより厚く形成することにより、マイクロレンズ５０の曲率半径がｒよりも大きいｒ’となる。このように、第２レンズ層５２の膜厚を変えることにより、マイクロレンズ５０における焦点距離を調整でき、様々な固体撮像装置に対して、マイクロレンズの最適化が可能となる。
【００６２】
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置が製造される。上記の固体撮像装置は、例えば、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、あるいは電子内視鏡用カメラなどのカメラに用いられる。
【００６３】
図１０は、上記の固体撮像装置が用いられるカメラの概略構成図である。
【００６４】
カメラ１００は、上記した固体撮像装置１と、光学系１０２と、駆動回路１０３と、信号処理回路１０４とを有する。
【００６５】
光学系１０２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置１の各受光部５において、入射光は入射光量に応じた信号電荷に変換され、受光部５の信号電荷蓄積領域１２において、一定期間当該信号電荷が蓄積される。
【００６６】
駆動回路１０３は、上述した４相のクロック信号φＶ１，φＶ２，φＶ３，φＶ４および２相のクロック信号φＨ１，φＨ２などの各種のタイミング信号を固体撮像装置１に与える。これにより、固体撮像装置１の信号電荷の読み出し、垂直転送、水平転送などの各種の駆動が行われる。また、この駆動により、固体撮像装置１の出力部４からアナログ画像信号が出力される。
【００６７】
信号処理回路１０４は、固体撮像装置１から出力されたアナログ画像信号に対して、ノイズ除去を行ったり、ディジタル信号に変換するといった各種の信号処理を行う。信号処理回路１０４による信号処理が行われた後に、メモリなどの記憶媒体に記憶される。
【００６８】
次に、上記の本実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法、並びにカメラの効果について説明する。
【００６９】
本実施形態に係る固体撮像装置では、マイクロレンズ５０は、金属酸化物粒子を含有するレンズ形状の樹脂により形成された第１レンズ層５１と、隣接する第１レンズ層５１同士の隙間を埋め込むように、第１レンズ層５１を被覆して形成された無機系の第２レンズ層５２により形成される。そして、マイクロレンズ５０を被覆するように、マイクロレンズ５０よりも屈折率の低い透明保護膜６０が形成されている。
【００７０】
有機樹脂は、一般的に無機系の材料よりも屈折率が低いが、本実施形態では樹脂中に金属酸化物粒子を分散させることで第１レンズ層５１の屈折率を、もとの樹脂の屈折率よりも大きくすることができる。このため、第１レンズ層５１と無機系の第２レンズ層５２により形成されるマイクロレンズ５０の屈折率を大きくすることができる。このため、マイクロレンズ５０とその上の透明保護膜６０との屈折率差を確保することができ、マイクロレンズ５０の集光特性を向上させることができ、光感度向上を図ることができる。
【００７１】
また、第１レンズ層５１同士の隙間を第２レンズ層５２により埋めることにより、第１レンズ層５１と第２レンズ層５２により形成されるマイクロレンズ５０の無効領域を無くすことができる。この結果、マイクロレンズ５０の集光特性を向上させることができ、光感度を向上させることができる。
【００７２】
また、透明保護膜６０とその周囲の空気との間においても屈折率差が存在する。すなわち、透明保護膜６０の方が周囲の空気の屈折率よりも大きい。このため、透明保護膜６０の表面において斜めから入射した光は屈折されて、入射光の角度を小さくすることができる。この結果、マイクロレンズ５０によりさらに光を屈折させて入射光を受光部５へ集光させることができることから、光感度向上を図ることができる。
【００７３】
本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法では、第１レンズ層５１として、金属酸化物粒子を含有する感光性樹脂を用いることにより、露光、現像および熱処理により、受光部に対応した配置の第１レンズ層５１に加工できる。そして、第１レンズ層５１間の隙間を埋めるように第１レンズ層５１を被覆する無機系の第２レンズ層５２を形成する。本実施形態では、ドライエッチング技術を用いずにレンズ形状を得ることができることから、ドライエッチング時のプラズマダメージに起因した暗電流の増加等の特性悪化を招くこともない。
【００７４】
以上のように、本実施形態に係る固体撮像装置によれば、マイクロレンズ５０と透明保護膜６０との間の屈折率差を確保でき、かつマイクロレンズ同士の隙間をなくすことができることから、集光特性を向上した固体撮像装置を実現することができる。
【００７５】
また、ビデオカメラやデジタルスチルカメラなどのカメラ３０において、光感度を向上させた固体撮像装置１を用いることにより、光感度を向上させたカメラ１００を実現することができる。
【００７６】
また、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、ドライエッチング技術を用いることなく、マイクロレンズ５０と透明保護膜６０との屈折率差を確保することができ、かつ隙間を無くしたマイクロレンズ５０を有する固体撮像装置を製造することができる。
【００７７】
（第２実施形態）
図１１は、第２実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。図１１は、図２のＡ−Ａ’線における断面図に相当する。
【００７８】
本実施形態に係る固体撮像装置では、透明保護膜６０における入射光の反射を防止するために、透明保護膜６０上に反射防止膜７０が形成されている。反射防止膜７０は、透明保護膜６０よりも屈折率が低い材料で形成される。
【００７９】
上記の本実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法によれば、透明保護膜６０上に反射防止膜７０が形成されていることから、入射光が反射して受光部５に入射する光量の減少を抑制することができる。この結果、光感度を向上させた固体撮像装置を実現することができる。
【００８０】
（第３実施形態）
図１２は、第３実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。図１２は、図２のＡ−Ａ’線における断面図に相当する。
【００８１】
本実施形態に係る固体撮像装置では、マイクロレンズ５０における入射光の反射を防止するために、マイクロレンズ５０上に反射防止膜７０が形成されている。反射防止膜７０上には、透明保護膜６０が形成されている。反射防止膜７０は、透明保護膜６０よりも屈折率が高く、マイクロレンズ５０よりも屈折率が低い材料により形成される。
【００８２】
上記の本実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法によれば、マイクロレンズ５０上に反射防止膜７０が形成されていることから、入射光が反射して受光部５に入射する光量の減少を抑制することができる。この結果、光感度を向上させた固体撮像装置を実現することができる。
【００８３】
（第４実施形態）
図１３（ａ）は、第４実施形態に係る固体撮像装置の平面図であり、図１３（ｂ）は、図１３（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。なお、図１３（ｂ）では、カラーフィルタ３０よりも上層の構成のみを図解している。
【００８４】
図１３（ａ）に示すように、受光部に対応するようにマトリックス状にマイクロレンズ５０が配置されている。マイクロレンズ５０の角部、すなわち対角方向に隣接するマイクロレンズ間の領域における第２レンズ層５２には、酸素供給孔５２ａが形成されている。酸素供給孔５２ａは、マイクロレンズ５０の４つの角部の全てに形成されている必要はない。
【００８５】
酸素供給孔５２ａは、第２レンズ層５２を形成した後に、レジストマスクを用いたドライエッチングにより形成される。酸素供給孔５２ａは、平坦化膜４０を貫通していてもよい。ここで、従来のレンズ形状を得るための全面ドライエッチングに比べて、酸素供給孔５２ａのパターン加工の際のドライエッチングは局所的に行うものであるため、プラズマダメージを低減することができる。このため、暗電流の発生を抑制することができる。
【００８６】
第２レンズ層５２として用いる窒化シリコンは、酸素遮断膜となる。ここで、グリーンカラーフィルタ３１には、例えば色素として銅フタロシアニンが用いられる。この銅フタロシアニンは、還元反応に弱い。すなわち還元反応により銅フタロシアニンが分解してしまう。なお、還元反応により分解してしまうような色素をもつカラーフィルタ３０であれば、特に限定はない。
【００８７】
本実施形態では、第２レンズ層５２に酸素供給孔５２ａが形成されていることにより、酸素供給孔５２ａを介してカラーフィルタ３０に酸素を供給することができる。このため、還元反応により分解してしまう色素をもつカラーフィルタ３０を採用する場合には、長期にわたってカラーフィルタ３０の特性を維持することができる。
【００８８】
本発明は、上記の実施形態の説明に限定されない。本発明は、インターライントランスファ方式以外にも、フレームトランスファ方式、フレームインターライントランスファ方式の固体撮像装置に適用することもできる。また、ＣＣＤ型の固体撮像装置以外にもＭＯＳ型の固体撮像装置に本発明を適用することもできる。また、屈折率調整粒子として金素酸化物粒子を用いた例について説明したが、屈折率を調整できる他の粒子を用いてもよい。
その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本実施形態に係る固体撮像装置の一例を示す概略構成図である。
【図２】撮像部の要部平面図である。
【図３】第１実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
【図４】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。
【図５】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。
【図６】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。
【図７】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。
【図８】第１実施形態に係る固体撮像装置の製造における工程断面図である。
【図９】第１実施形態に係る固体撮像装置の変形例を示す断面図である。
【図１０】本実施形態に係る固体撮像装置が適用されるカメラの概略構成を示すブロック図である。
【図１１】第２実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
【図１２】第３実施形態に係る固体撮像装置の断面図である。
【図１３】（ａ）は第４実施形態に係る固体撮像装置の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１…固体撮像装置、２…撮像部、３…水平転送部、４…出力部、４ａ…電荷―電圧変換部、５…受光部、６…読み出しゲート部、７…垂直転送部、１０…基板、１１…ｐ型ウェル、１２…信号電荷蓄積領域、１３…正孔蓄積領域、１４…転送チャネル、１５…ｐ型領域、１６…読み出しゲート領域、１７…チャネルストップ領域、１８…ゲート絶縁膜１８…転送電極、２１…第１転送電極、２２…第２転送電極、２３…絶縁膜、２４…遮光膜、２４ａ…開口部、２５…第１層間絶縁膜、２６…第２層間絶縁膜、３０…カラーフィルタ、３１…グリーンカラーフィルタ、３２…ブルーカラーフィルタ、３３…レッドカラーフィルタ、４０…平坦化膜、５０…マイクロレンズ、５１…第１レンズ層、５２…第２レンズ層、５２ａ…酸素供給孔、６０…透明保護膜、７０…反射防止膜、１００…カメラ、１０２…光学系、１０３…駆動回路、１０４…信号処理回路
【図１】
2007019435.tif 000003
【図２】
2007019435.tif 000004
【図３】
2007019435.tif 000005
【図４】
2007019435.tif 000006
【図５】
2007019435.tif 000007
【図６】
2007019435.tif 000008
【図７】
2007019435.tif 000009
【図８】
2007019435.tif 000010
【図９】
2007019435.tif 000011
【図１０】
2007019435.tif 000012
【図１１】
2007019435.tif 000013
【図１２】
2007019435.tif 000014
【図１３】
2007019435.tif 000015