(57)【要約】【課題】感度を劣化させることなく、短時間で、かつ低コストで製造することが可能な固体撮像装置の製造方法を提供すること。【解決手段】複数のフォトダイオード層１４を有する半導体基板１３の主面上に、互いに離間するように複数のブロック状のレンズ体２０を形成する工程と、複数のブロック状のレンズ体２０を加熱して溶融することにより、互いに離間するように、半球状の複数の第１のレンズ体１２−１を形成する工程と、第１のレンズ体１２−１よりもエッチングレートが早い透明樹脂層１９−２を、複数の第１のレンズ体１２−１を含む半導体基板１３上を覆うように形成する工程と、透明樹脂層１９−２の全面を、第１のレンズ体１２−１の頂部Ｏが露出するまでエッチングすることにより、第１のレンズ体１２−１の頂部Ｏを除く表面に、透明樹脂層１９−２からなる第２のレンズ体１２−２を形成する。【選択図】図２
2012124405.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフォトダイオード層を有する半導体基板の主面上に第１の透明樹脂層を形成する工程と、
フォトマスクを用いて前記第１の透明樹脂層を露光し、現像することにより、それぞれの前記フォトダイオード上に、互いに離間するようにブロック状のレンズ体を形成する工程と、
複数の前記ブロック状のレンズ体を加熱して溶融することにより、互いに離間するように、半球状の複数の第１のレンズ体を形成する工程と、
前記第１の透明樹脂層よりもエッチングレートが早い第２の透明樹脂層を、前記複数の第１のレンズ体を含む前記半導体基板上を覆うように形成する工程と、
前記第２の透明樹脂層の全面を、前記第１のレンズ体の頂部が露出するまでエッチングすることにより、前記各第１のレンズ体の頂部を除く表面に、前記第２の透明樹脂層からなる第２のレンズ体を形成する工程と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項２】
前記第２の透明樹脂層は、前記第１の透明樹脂層よりも屈折率が高い材料であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項３】
前記第２の透明樹脂層のエッチングは、前記第１のレンズ体および前記第２のレンズ体からなる複数のマイクロレンズ間に隙間が形成されないようにエッチングすることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項４】
前記第２のレンズ体は、前記第１のレンズ体の頂部から円周方向に向かって膜厚が徐々厚くなるように形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項５】
前記エッチングは、反応性イオンエッチングであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項６】
前記ブロック状のレンズ体は、水平断面形状が八角形であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項７】
複数のフォトダイオード層が形成された半導体基板と、
前記半導体基板の主面上、かつ前記複数のフォトダイオード上にそれぞれ形成された半球状の複数の第１のレンズ体と、
これらの複数の第１のレンズ体の頂部を除く表面にそれぞれ形成され、前記第１のレンズ体よりも屈折率が高い複数の第２のレンズ体と、
を具備することを特徴とする固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１のレンズ体および前記第２のレンズ体からなる複数のマイクロレンズは、連続球面状であることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第２のレンズ体は、前記第１のレンズ体の頂部から円周方向に向かって膜厚が徐々厚くなることを特徴とする請求項７または８に記載の固体撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、固体撮像装置の製造方法および固体撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の固体撮像装置は、半導体基板上に形成された複数のフォトダイオード、およびこれらのフォトダイオード上にそれぞれ形成された複数のマイクロレンズ、を有し、フォトダイオード、およびマイクロレンズによって、画素を形成している。
【０００３】
この従来の固体撮像装置の製造方法は、まず、フォトダイオード上にレンズ材を一様に塗布し、これを露光、現像することにより、一画素おきにブロック状のレンズ体を形成する。次に、ブロック状のレンズ体を加熱、溶融させて半球状に形成した後、これを冷却、硬化させることにより、第１のマイクロレンズを形成する。この後、第１のマイクロレンズ間を埋めるように、同様にして第２のマイクロレンズを形成する。
【０００４】
この従来の固体撮像装置の製造方法によれば、第１のマイクロレンズと第２のマイクロレンズとの間に隙間が形成されることがなく、かつ、第１、第２のマイクロレンズは所望の曲率を有する半球状に形成され、連続球面形状の複数のマイクロレンズを有する高感度の固体撮像装置が製造される。
【０００５】
しかし、このような高感度の固体撮像装置を形成するために、従来は、２度のマイクロレンズの形成工程を繰り返す必要であった。従って、従来の固体撮像装置の製造方法は、製造時間が長い問題がある。
【０００６】
さらに、上記製造方法では、第１のマイクロレンズ用のブロック状のレンズ体を形成するためのフォトマスク、および第２のマイクロレンズ用のブロック状のレンズ体を形成するための他のフォトマスクがそれぞれ必要となり、固体撮像装置を製造するために必要なコストも増大していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００９−２７２４２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態は、この問題に鑑みてなされたものであり、感度を劣化させることなく、短時間で、かつ低コストで製造することが可能な固体撮像装置の製造方法、および固体撮像装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、複数のフォトダイオード層を有する半導体基板の主面上に第１の透明樹脂層を形成する工程と、フォトマスクを用いて前記第１の透明樹脂層を露光し、現像することにより、それぞれの前記フォトダイオード上に、互いに離間するようにブロック状のレンズ体を形成する工程と、複数の前記ブロック状のレンズ体を加熱して溶融することにより、互いに離間するように、半球状の複数の第１のレンズ体を形成する工程と、前記第１の透明樹脂層よりもエッチングレートが早い第２の透明樹脂層を、前記複数の第１のレンズ体を含む前記半導体基板上を覆うように形成する工程と、前記第２の透明樹脂層の全面を、前記第１のレンズ体の頂部が露出するまでエッチングすることにより、前記各第１のレンズ体の頂部を除く表面に、前記第２の透明樹脂層からなる第２のレンズ体を形成する工程と、を具備する方法である。
【００１０】
また、本発明の一実施形態に係る固体撮像装置は、複数のフォトダイオード層が形成された半導体基板と、前記半導体基板の主面上、かつ前記複数のフォトダイオード上にそれぞれ形成された半球状の複数の第１のレンズ体と、これらの複数の第１のレンズ体の頂部を除く表面にそれぞれ形成され、前記第１のレンズ体よりも屈折率が高い複数の第２のレンズ体と、を具備するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置の要部を示す上面図である。
【図２】図１の二点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図である。
【図３】図１の二点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。
【図４】図１の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、カラーフィルタ層上に第１の透明樹脂層を形成する工程を示す、図１に相当する上面図である。
【図５】図４の二点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図である。
【図６】図４の二点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。
【図７】図１の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、ブロック状のレンズ体を形成する工程を示す、図１に相当する上面図である。
【図８】図７の二点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図である。
【図９】図７の二点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。
【図１０】図１の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、半球状の第１のレンズ体を形成する工程を示す、図１に相当する上面図である。
【図１１】図１０の二点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図である。
【図１２】図１０の二点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。
【図１３】図１の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、半球状の第１のレンズ体を含むカラーフィルタ層上に第２の透明樹脂層を形成する工程を示す、図１に相当する上面図である。
【図１４】図１３の二点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図である。
【図１５】図１３の二点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。
【図１６】図１の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、第２の透明樹脂層の全面をエッチングする工程を示す、図１に相当する上面図である。
【図１７】図１７の二点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図である。
【図１８】図１８の二点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。
【図１９】マイクロレンズを形成するためのエッチング工程を示す図であって、図１７の一部に対応する断面図である。
【図２０】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置の要部を示す、図２に相当する断面図である。
【図２１】第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置の要部を示す、図３に相当する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置およびその製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置の要部を示す上面図である。なお、図１に示されるＲは透過帯域が赤色の波長帯である赤色カラーフィルタ層１１ｒ、Ｂは透過帯域が青色の波長帯である青色カラーフィルタ層１１ｂ、Ｇは透過帯域が緑色の波長帯である緑色カラーフィルタ層１１ｇを示す。Ｒ、Ｇ、Ｂの各意味については、以降の各図においても同様である。
【００１４】
図１に示すように、固体撮像装置は、青色カラーフィルタ層１１ｂ、赤色カラーフィルタ層１１ｒ、および緑色カラーフィルタ層１１ｇが格子状にベイヤー配列されたカラーフィルタ層１１上に、互いに隙間なく配列形成された連続球面状の複数のマイクロレンズ１２を有する。複数のマイクロレンズ１２は、それぞれ、青色カラーフィルタ層１１ｂ、赤色カラーフィルタ層１１ｒ、または緑色カラーフィルタ層１１ｇのいずれかの上に形成されている。
【００１５】
各マイクロレンズ１２は、半球状の第１のレンズ体１２−１と、第１のレンズ体１２−１よりもエッチングレートが早く、かつ屈折率が高い第２のレンズ体１２−２と、によって構成されている。半球状の第１のレンズ体１２−１は、例えばエッチングレートが０．５μｍ／分程度、屈折率が１．６程度のマイクロレンズ材からなり、第２のレンズ体１２−２は、例えばエッチングレートが１．０μｍ／分程度、屈折率が１．７程度のマイクロレンズ材からなる。
【００１６】
図２は、図１の二点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図、図３は、図１の二点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。図２、図３に示すように、上述のマイクロレンズ１２および各色カラーフィルタ層１１ｒ、１１ｂ、１１ｇを含む固体撮像装置は、いわゆる表面照射型の固体撮像装置である。すなわち、マイクロレンズ１２および各色カラーフィルタ層１１ｒ、１１ｂ、１１ｇが、例えばシリコンからなる半導体基板１３の主面上に形成された固体撮像装置である。
【００１７】
半導体基板１３の主面、すなわち表面には、複数のフォトダイオード層１４が形成されている。複数のフォトダイオード層１４は、各色カラーフィルタ層１１ｒ、１１ｂ、１１ｇの配列に応じて格子状に配列形成されている。
【００１８】
半導体基板１３の主面上には、一様な厚さの酸化膜１５を介して配線層１６が形成されている。この配線層１６は、多層に形成された配線１６ａと、これらの配線１６ａ間を絶縁する絶縁層１６ｂと、によって構成されている。なお、配線１６ａには、フォトダイオード層１４において光電変換された電荷を電圧に変換するためのフローティングディフュージョン部（図示せず）に転送するための読み出しゲート等を含んでいる。
【００１９】
配線層１６の表面上には、パッシベーション膜１７（表面保護膜１７）および第１の平坦化層１８−１が、この順で形成されている。さらに、表面が平坦な第１の平坦化層１８−１の表面上には、青色カラーフィルタ層１１ｂ、赤色カラーフィルタ層１１ｒ、および緑色カラーフィルタ層１１ｇ、からなるカラーフィルタ層１１が形成されている。
【００２０】
カラーフィルタ層１１の表面上には、第２の平坦化層１８−２が形成されており、この平坦化層１８−２の表面上には、上に凸状の複数のマイクロレンズ１２が形成されている。各マイクロレンズ１２は、上述のように半球状の第１のレンズ体１２−１と、第２のレンズ体１２−２と、によって構成される。特に第２のレンズ体１２−２は、第１のレンズ体１２−１の頂部Ｏを含む一部領域を除く表面を覆うように形成されている。すなわち、第２のレンズ体１２−２は、第１のレンズ体１２−１の頂部Ｏを含む一部領域以外を覆うように形成されている。
【００２１】
なお、第２のレンズ体１２−２は、半球状の第１のレンズ体１２−１の表面を一様な膜厚で覆うように、例えばスパッタ等の方法によって形成される無反射コーティングとは異なり、第２のレンズ体１２−２自身も、光を集光する役割を担う。
【００２２】
各マイクロレンズ１２は、所望の高さ（Ｈ）および所望の曲率（Ｃ）を有するように形成されている。ここで、所望の高さ（Ｈ）、および所望の曲率（Ｃ）とは、画素（セル）サイズ（Ｌ×Ｌ）（図１）、第１、第２のレンズ体の屈折率（ｎ１、ｎ２）、および第２の平坦化層１８−２の上面からフォトダイオード層１４の上面までの距離（ｈ）に応じて、フォトダイオード層１４に最も光が集光するように予め計算された値である。
【００２３】
なお、マイクロレンズ１２の高さ（Ｈ）は、半球状の第１のレンズ体１２−１の高さによって決定される。また、マイクロレンズ１２の曲率（Ｃ）は、第１のレンズ体１２−１のエッチングレートに対する第２のレンズ体１２−２のエッチングレートの比によって決定される。
【００２４】
上述の固体撮像装置は、フォトダイオード層１４と、青色カラーフィルタ層１１ｂ、赤色カラーフィルタ層１１ｒ、緑色カラーフィルタ層１１ｇのいずれか一つと、マイクロレンズ１２と、によって画素が形成されており、このような複数の画素が格子状に配列形成されたものである。
【００２５】
次に、以上に説明した固体撮像装置の製造方法について、図４乃至図１９を参照して説明する。図４、図７、図１０、図１３、図１６は、それぞれ第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１に相当する上面図である。また、図５、図８、図１１、図１４、図１７は、それぞれ図４、図７、図１０、図１３、図１６の二点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図であり、図６、図９、図１２、図１５、図１８は、それぞれ図４、図７、図１０、図１３、図１６の二点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。
【００２６】
まず、複数のフォトダイオード層１４が格子状に配列形成された半導体基板１３の主面（表面）上に、酸化膜１５、配線層１６、パッシベーション膜１７、および第１の平坦化層１８−１を順次形成した後、第１の平坦化層１８−１の表面上に、カラーフィルタ層１１を形成する。カラーフィルタ層１１は、青色カラーフィルタ層１１ｂ、赤色カラーフィルタ層１１ｒ、および緑色カラーフィルタ層１１ｇを、それぞれフォトダイオード層１４の格子配列に対応するように格子状にベイヤー配列形成する。なお、これまでの製造方法は一般的な製造方法を適宜適用すればよい。
【００２７】
この後、図４乃至図６に示すように、カラーフィルタ層１１の表面上に、第２の平坦化層１８−２を形成し、この平坦化層１８−２の表面上に、感光性・熱フロー性を有する第１の透明樹脂層１９−１を形成する。この第１の透明樹脂層１９−１は、後に半球状の第１のレンズ体１２−１となる層であり、第１の透明樹脂層１９−１として、例えばエッチングレートが０．５μｍ／分程度、屈折率が１．６程度のマイクロレンズ材が適用される。
【００２８】
次に、図７乃至図９に示すように、フォトマスク（図示せず）を用いて第１の透明樹脂層１９−１を露光、現像することにより、各色カラーフィルタ層１１ｒ、１１ｂ、１１ｇ上に、それぞれブロック状のレンズ体２０を形成する。
【００２９】
各ブロック状のレンズ体２０は、この後にこれを加熱して溶融させた際に、隣接する他の溶融したブロック状のレンズ体２０（半球状の第１のレンズ体１２−１）と接触しない程度の大きさに形成される。
【００３０】
なお、ブロック状のレンズ体２０は、例えば図７に示すように八角形状であるが、この形状に限定されない。しかし、円形に近い形状にするほど、後工程によって容易に半球状に形成することができる。
【００３１】
次に、図１０乃至図１２に示すように、各ブロック状のレンズ体２０を加熱し、溶融させて半球状に形成した後、冷却して硬化させることにより、半球状の第１のレンズ体１２−１を形成する。各ブロック状のレンズ体２０を半球状に形成した後、必要に応じてさらに後露光を施し、より硬化させてもよい。このように形成された複数の半球状の第１のレンズ体１２−１は、互いに離間して形成される。
【００３２】
この工程において形成される半球状の第１のレンズ体１２−１は、その高さが、予め設計されたマイクロレンズの高さ（Ｈ）（図２、図３）にほぼ一致する高さとなるように形成される。
【００３３】
次に、図１３乃至図１５に示すように、複数の半球状の第１のレンズ体１２−１を含む第２の平坦化層の表面を覆うように第２の透明樹脂層１９−２を形成する。この第２の透明樹脂層１９−２は、後の工程においてマイクロレンズ１２の第２のレンズ体１２−２となる層であり、第２の透明樹脂層１９−２として、第１の透明樹脂層１９−１よりもエッチングレートが早く、屈折率が高い材料が適用される。具体的に、第２の透明樹脂層１９−２としては、例えばエッチングレートが１．０μｍ／分程度、屈折率が１．７程度のマイクロレンズ材が適用される。
【００３４】
次に、図１６乃至図１８に示すように、第２の透明樹脂層１９−２の全面を、半球状の第１のレンズ体１２−１の頂部Ｏを含む一部領域が露出するまでエッチングする。これにより、球面状の第１のレンズ体１２−１および第２のレンズ体１２−２からなる連続球面状の複数のマイクロレンズ１２が形成される。
【００３５】
なお、エッチング方法は、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）等のドライエッチングである。
【００３６】
ここで、このエッチング工程について、図１９を参照してより詳細に説明する。図１９は、マイクロレンズ１２を形成するためのエッチング工程を示す図であって、図１７の一部に対応する断面図である。なお、以下の説明は、図１７に示される断面に対応した図１９を参照して説明するが、図１８に示される断面においても、図１９と同様にしてエッチングが進行する。
【００３７】
図１６乃至図１８に示すエッチング工程において、半球状の第１のレンズ体１２−１の頂部Ｏが露出する直前までは、第２の透明樹脂層１９−２が一様にエッチングされる。（図１９（ａ））
しかし、第１のレンズ体１２−１の頂部Ｏが露出し始めると、第２の透明樹脂層１９−２のエッチングレートは、第１のレンズ体１２−１に比べて早いため、第１のレンズ体１２−１の頂部Ｏがわずかにエッチングされる間に、第１のレンズ体１２−１の間の第２の透明樹脂層１９−２は深くエッチングされる。（図１９（ｂ））
このエッチング工程において、図１９（ｂ）に示すように、第２の透明樹脂層１９−２がエッチングされる際に生ずる反応生成物２１の一部は、第１のレンズ体１２−１間のエッチングにより形成された凹部２２の側面に付着する。従って、エッチングの進行とともに、エッチングにより形成される凹部２２の幅Ｗは狭くなり、凹部２２の深さＤは深くなる。この際、第１のレンズ体１２−１のエッチングレートは、第２のレンズ体１２−２よりも遅いため、上述のように凹部２２が狭くかつ深くなるようにエッチングが進行しても、第１のレンズ体１２−１は、ほぼエッチングされない。従って、マイクロレンズ１２はクッション状（頂部が平坦な台形状）にはならず、図１９（ｃ）に示すように、半球状の第１のレンズ体１２−１の頂部Ｏを含む一部領域を除く表面には、第１のレンズ体１２−１の頂部Ｏから円周方向に向かって膜厚が徐々に厚くなる第２の透明樹脂層１９−２からなる第２のレンズ体１２−２が形成される。このようにして、第１のレンズ体１２−１、および第２のレンズ体１２−２からなるマイクロレンズ１２が形成される。
【００３８】
なお、このエッチング工程において、第１のレンズ体１２−１の頂部Ｏが除去されないほど、形成されるマイクロレンズ１２の表面は球面に近づく。従って、第１のレンズ体１２−１の材料となる第１の透明樹脂層１９−１のエッチングレートは、第２の透明樹脂層１９−２のエッチングレートと比較して、遅いほど好ましい。
【００３９】
このように形成されたマイクロレンズ１２は、隣接する他のマイクロレンズ１２との間に隙間が形成されず、また、所望の高さ（Ｈ）および曲率（Ｃ）を有する。従って、連続球面状の複数のマイクロレンズ１２が形成されるため、従来の固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置と比較して、受光感度が劣化することはない。
【００４０】
以上に示すように、本実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、連続球面状の複数のマイクロレンズ１２を一括して形成可能である。従って、従来のようにマイクロレンズの形成工程を複数回繰り返す必要はなく、従来よりも製造時間が短縮される。
【００４１】
また、フォトマスクを用いる工程は、ブロック状のレンズ体２０を形成する工程のみであり、複数枚のフォトマスクを必要としない。従って、従来よりも固体撮像装置を製造するために必要なコストを低減することができる。
【００４２】
また、このように製造された固体撮像装置によれば、マイクロレンズ１２が２種類の材料（第１のレンズ体１２−１および第２のレンズ体１２−２）からなり、第２のレンズ体１２−２は、第１のレンズ体１２−１の屈折率よりも高い。従って、マイクロレンズ１２に入射された光は、第１のレンズ体１２−１の表面で屈折し、第１のレンズ体１２−１と第２のレンズ体１２−２との境界面でさらに屈折する。従って、マイクロレンズ１２において集光される光の焦点は、単一の材料からなるマイクロレンズと比較して、マイクロレンズ１２に近くなる。これにより、マイクロレンズ１２とフォトダイオード層１４との距離ｈを短くすることができるため、固体撮像装置を薄形化することができる。
【００４３】
（第２の実施形態）
図２０は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置の要部を示す図であって、図２に対応する断面図である。また、図２１は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置の要部を示す図であって、図３に対応する断面図である。なお、この固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置の説明は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法よって製造された固体撮像装置と異なる箇所についてのみ説明し、同様の箇所については同一の符号を付すとともに、説明を省略する。また、この固体撮像装置の製造方法において、連続球面状の複数のマイクロレンズ１２の製造方法以外は、第１の実施形態に係る方法と異なるものの、連続球面状の複数のマイクロレンズ１２の製造方法は同一である。従って、製造方法の説明は省略する。
【００４４】
図２０、図２１に示される固体撮像装置は、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置である。裏面照射型の固体撮像装置は、例えばシリコンからなる半導体基板３１の裏面を主面とする固体撮像装置であって、半導体基板３１の裏面上、すなわち主面上に、青色カラーフィルタ層１１ｂ、赤色カラーフィルタ層１１ｒ、および緑色カラーフィルタ層１１ｇからなるカラーフィルタ層１１、および半球状の第１のレンズ体１２−１および第２のレンズ体１２−２からなる連続球面状の複数のマイクロレンズ１２が形成されたものである。
【００４５】
半導体基板３１には、この基板３１を貫通するように複数のフォトダイオード層３２が格子状に配列形成されている。そして、これらのフォトダイオード層３２の間には、画素分離層３３が形成されている。
【００４６】
このような半導体基板３１の表面上には、配線層１６が形成されている。これに対し、半導体基板３１の裏面の表面上には、第１の平坦化層１８−１、カラーフィルタ層１１、および第２の平坦化層１８−２がこの順で積層形成されており、第２の平坦化層１８−２の表面上に、連続球面状の複数のマイクロレンズ１２が形成されている。
【００４７】
この裏面照射型の固体撮像装置によれば、マイクロレンズ１２が２種類の材料（半球状の第１のレンズ体１２−１および第２のレンズ体１２−２）からなり、第２のレンズ体１２−２は、第１のレンズ体１２−１の屈折率よりも高い。従って、マイクロレンズ１２に入射された光は、第１のレンズ体１２−１の表面で屈折し、第１のレンズ体１２−１と第２のレンズ体１２−２との境界面でさらに屈折する。従って、マイクロレンズ１２において集光される光の焦点は、単一の材料からなるマイクロレンズと比較して、マイクロレンズ１２に近くなる。これにより、マイクロレンズ１２とフォトダイオード層３２との距離ｈ´を短くすることができるため、固体撮像装置を薄形化することができる。
【００４８】
さらに、裏面照射型の固体撮像装置は、マイクロレンズ１２を介して入射された光が、配線層１６を介さずにフォトダイオード層３２に集光される。従って、第１の実施形態に示されるような、表面照射型の固体撮像装置と比較して、感度を向上させることができる。
【００４９】
以上に、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００５０】
例えば、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法において、複数のマイクロレンズ１２は、連続球面状に形成された。しかし、複数のマイクロレンズ１２は、互いに離間するように形成されてもよい。この場合、半球状の第１のレン材１２−１を上述の実施形態よりも小さく形成するとともに、第２の透明樹脂層１９−２のエッチング時間を長くすればよい。
【００５１】
また、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法において、半球状の第１のレンズ体１２−１は、全て高さ等しいものであった。しかし、第１のレンズ体１２−１の高さは、それぞれ異なっていてもよい。この場合、最終的に形成されるマイクロレンズ１２の高さも異なる。
【００５２】
また、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、マイクロレンズを有する固体撮像装置であれば、如何なる構造の固体撮像装置の製造方法においても適用可能であり、例えば、カラーフィルタ層を具備しない固体撮像装置に対しても同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１１・・・カラーフィルタ層
１１ｂ・・・青色カラーフィルタ層
１１ｒ・・・赤色カラーフィルタ層
１１ｇ・・・緑色カラーフィルタ層
１２・・・マイクロレンズ
１２−１・・・半球状の第１のレンズ体
１２−２・・・第２のレンズ体
１３、３１・・・半導体基板
１４、３２・・・フォトダイオード層
１５・・・酸化膜
１６・・・配線層
１６ａ・・・配線
１６ｂ・・・絶縁層
１７・・・パッシベーション膜（表面保護膜）
１８−１・・・第１の平坦化層
１８−２・・・第２の平坦化層
１９−１・・・第１の透明樹脂層
１９−２・・・第２の透明樹脂層
２０・・・ブロック状のレンズ体
２１・・・反応生成物
２２・・・凹部
３３・・・画素分離層
３４・・・支持基板
【図１】
2012124405.tif 000003
【図２】
2012124405.tif 000004
【図３】
2012124405.tif 000005
【図４】
2012124405.tif 000006
【図５】
2012124405.tif 000007
【図６】
2012124405.tif 000008
【図７】
2012124405.tif 000009
【図８】
2012124405.tif 000010
【図９】
2012124405.tif 000011
【図１０】
2012124405.tif 000012
【図１１】
2012124405.tif 000013
【図１２】
2012124405.tif 000014
【図１３】
2012124405.tif 000015
【図１４】
2012124405.tif 000016
【図１５】
2012124405.tif 000017
【図１６】
2012124405.tif 000018
【図１７】
2012124405.tif 000019
【図１８】
2012124405.tif 000020
【図１９】
2012124405.tif 000021
【図２０】
2012124405.tif 000022
【図２１】
2012124405.tif 000023