(57)【要約】【課題】感度特性に優れた固体撮像素子を提供する。【解決手段】第１レンズ層３１と、第２レンズ層３２とを備え、第１レンズ層３１により形成される第１マイクロレンズ３２の少なくとも外周部に第２レンズ層３３が形成されている。そして、第１マイクロレンズ３２の中心部に、外周部よりも厚さの小さい、又は、厚さのない第２レンズ層３３を有する。【選択図】図２
2013077740.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１レンズ層と、
第２レンズ層とを備え、
前記第１レンズ層により形成される第１マイクロレンズの少なくとも外周部に前記第２レンズ層が形成され、
前記第１マイクロレンズの中心部に、前記外周部よりも厚さの小さい、又は、厚さのない前記第２レンズ層を有する
固体撮像素子。
【請求項２】
前記第１レンズ層が金属酸化物含有樹脂、又は、無機材料からなり、前記第２レンズ層が無機材料である請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記第１レンズ層の屈折率をｎ１とし、前記第２レンズ層の屈折率をｎ２としたとき、ｎ２≦ｎ１の関係を満たす請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記第１レンズ層と前記第２レンズ層とを被覆する第３レンズ層を有し、前記第３レンズ層の屈折率が、前記第１レンズ層及び前記第２レンズ層よりも小さい請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項５】
前記第３レンズ層の表面が平坦化されている請求項４に記載の固体撮像素子。
【請求項６】
前記第１マイクロレンズの中心部に形成された前記第２レンズ層の厚さをＴｔとし、前記第１マイクロレンズの外周部に形成された前記第２レンズ層の厚さをＴｂとしたとき、０≦Ｔｔ＜Ｔｂの関係を満たす請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項７】
第１レンズ層と、第２レンズ層とを有する固体撮像素子の製造方法であって、
前記第１レンズ層から画素間ギャップを有する第１マイクロレンズを形成する工程と、
少なくとも前記第１マイクロレンズの外周部に前記第２レンズ層を形成する工程と、を有し、
前記第２レンズ層を形成する工程において、前記第１マイクロレンズの中心部に前記外周部よりも厚さの小さい、又は、厚さのない前記第２レンズ層を形成する
固体撮像素子の製造方法。
【請求項８】
第１レンズ層と、第２レンズ層とを備え、前記第１レンズ層により形成される第１マイクロレンズの少なくとも外周部に前記第２レンズ層が形成され、前記第１マイクロレンズの中心部に、前記外周部よりも厚さの小さい、又は、厚さのない前記第２レンズ層を有する固体撮像素子と、
前記固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路と、を有する
電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、および電子機器に係わる。特に、フォトダイオード上にマイクロレンズを備える固体撮像素子、固体撮像素子の製造方法、及び、電子機器に係わる。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）固体撮像素子には、表面照射型と、裏面照射型が知られている。固体撮像素子は、半導体基体に光電変換部となるフォトダイオードと複数の画素トランジスタからなる単位画素が複数、形成された画素領域を有して構成される。
【０００３】
表面照射型固体撮像素子では、多層配線層が形成された基板表面を受光面として、入射光がこの基板表面側から入射される。
裏面照射型固体撮像素子では、多層配線層及び画素トランジスタが形成された基板表面とは反対側の基板裏面を受光面として、入射光がこの基板裏面側から入射される。
【０００４】
各フォトダイオードは不純物拡散層による素子分離領域で分離される。また、半導体基体の画素トランジスタが形成された表面側に層間絶縁層を介して複数の配線を配置した多層配線層が形成される。
表面照射型固体撮像素子では、配線がフォトダイオード上以外に形成される。多層配線層上には、平坦化層を介して、順次オンチップカラーフィルタ及びマイクロレンズが形成される。オンチップカラーフィルタは、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各色フィルタを配列して構成される。
【０００５】
裏面照射型固体撮像素子では、フォトダイオードの位置に関係なく配線を形成することができる。フォトダイオードの受光面となる半導体基体の裏面上に、順次絶縁層、オンチップカラーフィルタ及びマイクロレンズが形成される。
裏面照射型固体撮像素子では、光は多層配線層の制約を受けることなく、フォトダイオードに入射するため、フォトダイオードの開口を広く取ることができる。さらに、表面照射型固体撮像素子に比べて、フォトダイオードからマイクロレンズまでの距離を短縮することができる。このため、距離の短縮に対応して、マイクロレンズの集光性を向上させることができ、斜め入射光も効率良く取り込むことができる。この結果、固体撮像素子の高感度化が可能となる。
【０００６】
マイクロレンズの集光性を向上させる手法としては、例えば、マイクロレンズの曲率を大きくする方法や、マイクロレンズを構成する材料の屈折率を上げる方法がある（特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−５３３１８号公報
【特許文献２】特開平１−１０６６６号公報
【特許文献３】特開２００８−２７７８００号公報
【特許文献４】特開２００８−９０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述の固体撮像素子では、マイクロレンズの形状を最適化することにより、感度特性の向上が求められている。
【０００９】
本技術においては、感度特性に優れた固体撮像素子、この固体撮像素子の製造方法、及び、この固体撮像素子を用いた電子機器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本技術の固体撮像素子は、第１レンズ層と、第２レンズ層とを備え、第１レンズ層により形成される第１マイクロレンズの少なくとも外周部に第２レンズ層が形成されている。そして、第１マイクロレンズの中心部に、外周部よりも厚さの小さい、又は、厚さのない第２レンズ層を有する構成である。
また、本技術の電子機器は、上述の固体撮像素子と、固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路とを有する。
【００１１】
また、本技術の固体撮像素子の製造方法は、第１レンズ層から画素間ギャップを有する第１マイクロレンズを形成する工程と、少なくとも第１マイクロレンズの外周部に第２レンズ層を形成する工程とを有する。そして、第２レンズ層を形成する工程において、第１マイクロレンズの中心部に外周部よりも厚さの小さい、又は、厚さのない第２レンズ層を形成する。
【００１２】
上述の固体撮像素子、及び、上述の製造方法により製造される固体撮像素子によれば、第１レンズ層により画素間ギャップを有する第１マイクロレンズが形成され、この第１マイクロレンズの外周部に第２レンズ層が形成される。第１マイクロレンズの外周部に第２レンズ層が形成されることにより、第１マイクロレンズの画素間ギャップが第２レンズ層により埋められる。このため、マイクロレンズの平面視における面積が拡大され、マイクロレンズの集光能力が向上する。この結果、固体撮像素子の感度特性が向上する。そして、この固体撮像素子を備えることにより、感度特性に優れた電子機器を構成することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本技術によれば、感度特性に優れた固体撮像素子、この固体撮像素子の製造方法、及び、電子機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態の固体撮像素子の構成を示す平面図である。
【図２】実施形態の固体撮像素子の画素部の構成を示す断面図である。
【図３】固体撮像素子の第１レンズ層の構成を示す平面図である。
【図４】Ａ〜Ｄは、実施形態の固体撮像素子のマイクロレンズの構成を示す図である。
【図５】Ａ〜Ｃは、固体撮像素子のマイクロレンズの変形例の構成を示す図である。
【図６】Ａ〜Ｄは、固体撮像素子の製造方法の実施形態を示す製造工程図である。
【図７】Ｅ〜Ｈは、固体撮像素子の製造方法の実施形態を示す製造工程図である。
【図８】Ａ〜Ｃは、固体撮像素子の第２平坦化層を形成する工程を示す図である。
【図９】実施形態の固体撮像素子の第１マイクロレンズを形成する工程を説明するための図である。
【図１０】実施形態の固体撮像素子のマイクロレンズの構成を説明するための図である。
【図１１】Ａ、Ｂは、実施形態の固体撮像素子のマイクロレンズの構成を説明するための図である。
【図１２】電子機器の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本技術を実施するための最良の形態の例を説明するが、本技術は以下の例に限定されるものではない。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．固体撮像素子の実施形態
２．固体撮像素子の製造方法の実施形態
３．電子機器の実施形態
【００１６】
〈１．固体撮像素子の実施形態〉
［固体撮像素子の構成例：概略構成図］
以下、本実施形態の固体撮像素子の具体的な実施の形態について説明する。
図１に、固体撮像素子の一例として、ＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型の固体
撮像装置の概略構成図を示す。
【００１７】
図１Ａに示す固体撮像素子１０は、半導体基体、例えば、シリコン基板に複数の光電変換部となるフォトダイオードを含む画素１２が規則的に２次元的に配列された画素部（いわゆる撮像領域）１３と、周辺回路部とから構成される。画素１２は、フォトダイオードと、複数の画素トランジスタ（いわゆるＭＯＳトランジスタ）を有する。
【００１８】
複数の画素トランジスタは、例えば転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタの３つのトランジスタで構成することができる。その他、選択トランジスタを追加して４つのトランジスタで構成することもできる。
【００１９】
周辺回路部は、垂直駆動回路１４と、カラム信号処理回路１５と、水平駆動回路１６と、出力回路１７と、制御回路１８等から構成されている。
【００２０】
制御回路１８は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路１４、カラム信号処理回路１５及び水平駆動回路１６等の動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。制御回路１８は、これらの信号を垂直駆動回路１４、カラム信号処理回路１５及び水平駆動回路１６等に入力する。
【００２１】
垂直駆動回路１４は、例えばシフトレジスタによって構成される。垂直駆動回路１４は、画素部１３の各画素１２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線１９を通して各画素１２の光電変換素子において受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号をカラム信号処理回路１５に供給する。
【００２２】
カラム信号処理回路１５は、画素１２の例えば列ごとに配置され、１行分の画素１２から出力される信号を画素列ごとに黒基準画素（有効画素領域の周囲に形成される）からの信号によってノイズ除去などの信号処理を行う。即ち、カラム信号処理回路１５は、画素１２固有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳ（correlated double sampling）や、信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路１５の出力段には水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１１との間に接続されて設けられている。
【００２３】
水平駆動回路１６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路１５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路１５の各々から画素信号を水平信号線１１に出力する。
出力回路１７は、カラム信号処理回路１５の各々から水平信号線１１を通して順次に供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。
【００２４】
上記の固体撮像素子１０を、裏面照射型の固体撮像素子に適用する場合は、光入射面（いわゆる受光面）側の裏面上には配線層が形成されず、配線層は受光面と反対側の表面側に形成される。
【００２５】
［固体撮像素子の構成例：画素部］
次に、図２に、本実施形態の固体撮像素子の１画素を構成する要部の断面図を示す。
図２に示す固体撮像素子２０は、半導体基体２１の光入射面側に複数のフォトダイオード（ＰＤ）２２を有する。ＰＤ２２は、固体撮像素子２０の単位画素２９内に、それぞれ形成されている。そして、半導体基体２１上に単層又は複数層からなる絶縁層２３が形成されている。
なお、図２に示す裏面照射型の固体撮像素子２０においては、光が入射する面とは反対側の面に多層配線層及び画素トランジスタ等の回路部が形成されているが、本図ではこれらの構成を省略している。
【００２６】
絶縁層２３は、単層の場合にはＳｉＯ等が用いられる。また、複数層の場合には反射防止層の構成として、屈折率の異なる複数の層で形成される。例えば、ハフニウム酸化物（ＨｆＯ２）層とシリコン酸化物層との２層により構成される。
【００２７】
上述の絶縁層２３上には、固体撮像素子２０の各ＰＤ２２の開口部に対応して、各単位画素２９の境界上に画素間遮光層２４が形成されている。画素間遮光層２４は、例えば、Ｗ、Ａｌ、Ｃｕの金属層や、カーボンブラック、チタンブラックなどの有機系の材料等からなる。画素間遮光層２４は、隣接画素への入射光の漏れこみを防ぎ、固体撮像素子２０の混色を抑制する。
【００２８】
絶縁層２３及び画素間遮光層２４上には、例えばアクリル系樹脂等からなる第１平坦化層２５が形成されている。この第１平坦化層２５は、画素間遮光層２４等による凹凸を平坦化する。そして、半導体基体２１上にカラーフィルタをスピン塗布法等により形成する際の塗布ムラを軽減する。
【００２９】
第１平坦化層２５上には、カラーフィルタ２６が形成されている。このカラーフィルタ２６には、例えばＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥや、ＹＥＬＬＯＷ、ＣＹＡＮ、ＭＡＧＥＮＴＡ等の光学フィルタが形成される。このとき、カラーフィルタ２６はそれぞれ最適なカラー画像を出力するために、各色の層厚が最適に形成される。このため、カラーフィルタ２６の表面には若干の凹凸を有する。
【００３０】
カラーフィルタ２６上には、カラーフィルタ２６表面の凹凸を平坦化するための第２平坦化層２７が形成される。第２平坦化層２７は、熱流動性と熱硬化性を合わせ持ち、熱処理が完了した時点で硬化層となる材料、例えば、アクリル系樹脂、スチレン樹脂、及び、スチレンーアクリル共重合樹脂等が用いられる。なお、平坦化性は、アクリル樹脂、スチレンーアクリル共重合樹脂、スチレン樹脂の順に低くなる。このため、第２平坦化層２７としては、平坦化性に優れるアクリル樹脂を用いることが好ましい。
【００３１】
第２平坦化層２７上には、緩衝層２８が形成されている。緩衝層２８は、例えばＳｉＯやＳｉＯＮ等により形成される。緩衝層２８は、後述するように、膜応力の差による皺の発生の防止や、反射率の低減のために形成される。
【００３２】
緩衝層２８上にマイクロレンズ３０が形成されている。
マイクロレンズ３０は、第１レンズ層３１と、第１レンズ層３１上に形成された第２レンズ層３３とからなる。第１レンズ層３１は、第２平坦化層２７上に形成され、第１マイクロレンズ３２を構成する。そして、第１マイクロレンズ３２上を被覆して、第２レンズ層３３が形成されている。第２平坦化層２７は、カラーフィルタ２６上に形成する第１マイクロレンズ３２の均一性を高めるため形成されている。
【００３３】
固体撮像素子２０のマイクロレンズ３０の第１レンズ層３１には、樹脂、ＳｉＮ、及び、ＳｉＯＮの何れか１種類以上が用いられる。
樹脂としては、例えば、金属微粒子が分散された金属酸化物含有樹脂を用いる。金属微粒子が分散される樹脂としては、例えば、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、ノボラック系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリイミド系樹脂、及び、シロキサン系樹脂等を用いる。樹脂に分散させる金属微粒子としては、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、及び、酸化錫等を用いる。樹脂中に金属酸化物を分散させることにより、樹脂の屈折率を上げることができる。
【００３４】
第１レンズ層３１にＳｉＮを用い、第２平坦化層２７にアクリル系樹脂を用いる場合、ＳｉＮが直接第２平坦化層２７上に形成されると、ＳｉＮの成層時の応力により両者の層界面に皺が発生する場合がある。皺が発生すると固体撮像素子の画像劣化を起こす。
皺の発生は、第２平坦化層２７を構成するアクリル系樹脂等の樹脂と、第１レンズ層３１を構成するＳｉＮ等の無機材料との膜応力の違いに起因する。
膜応力は、アクリル系樹脂（第２平坦化層２７）＜ＳｉＯ＜ＳｉＯＮ＜ＳｉＮ（第１レンズ層３１）の関係となる。このように、第２平坦化層２７（アクリル系樹脂）と第１レンズ層３１（ＳｉＮ）との膜応力の差が大きいため、皺が発生する。このため、両者の間に緩衝層２８として、中間的な応力を持つＳｉＯやＳｉＯＮを形成する。中間的な応力を持つ層の緩衝効果により、層界面の皺の発生が抑制される。
【００３５】
また、スチレン樹脂、及び、スチレンーアクリル共重合樹脂の膜応力は、アクリル系樹脂＜スチレンーアクリル共重合樹脂＜スチレン樹脂＜ＳｉＯとなる。このように、スチレン樹脂、スチレンーアクリル共重合樹脂は、アクリル系樹脂よりも第１レンズ層３１を構成するＳｉＮに近い。このため、第２平坦化層２７として、アクリル系樹脂よりも膜応力の高いスチレン樹脂やスチレンーアクリル共重合樹脂を用いた場合には、アクリル系樹脂を用いた場合よりも界面に皺が発生しにくい。
【００３６】
第１レンズ層３１に金属酸化物含有樹脂を用いる場合や、第１レンズ層３１と第２平坦化層２７との界面に皺が発生し難い場合においても、上述の緩衝層２８を反射防止層として設けることができる。
ここで、カラーフィルタ２６上に、第２平坦化層２７としてアクリル系樹脂、緩衝層２８としてＳｉＯＮ、第１レンズ層３１としてＳｉＮが形成された場合について考える。
この構成において、各層の屈折率ｎは、第２平坦化層２７（アクリル系樹脂：ｎ＝１．５程度）＜緩衝層２８（ＳｉＯＮ：ｎ＝１．６〜１．８程度）＜第１レンズ層３１（ＳｉＮ：ｎ＝１．８５〜２．０程度）となる。
また、第２平坦化層２７として、スチレン樹脂（ｎ＝１．６程度）、及び、スチレンーアクリル共重合樹脂（ｎ＝１．５５〜１．５８程度）を用いた場合においても、第２平坦化層２７＜緩衝層２８（ＳｉＯＮ）＜第１レンズ層３１（ＳｉＮ）となる。
上記屈折率の関係から、緩衝層２８として、ＳｉＯＮが選択された場合には、第２平坦化層２７と第１レンズ層３１の中間的な屈折率を有するため、反射率が低減する。
上述のように、緩衝層２７が第２平坦化層２７と第１レンズ層３１との中間の屈折率を有する構成とすることにより、緩衝層２７が反射防止層として機能する。このため、例えば、緩衝層２８に屈折率ｎ＝１．４５程度のＳｉＯを用いた場合にも、第２平坦化層２７と第１レンズ層３１の屈折率を、使用する材料や成膜条件等で調整することにより、緩衝層２８を反射防止層として機能させることができる。
第１レンズ層３１としてＳｉＮに替えて、同程度の屈折率を有する金属酸化物含有樹脂を用いた場合にも、上述のように反射率を低減することができる。
【００３７】
また、カラーフィルタ２６上に第２平坦化層２７と、ＳｉＯ又はＳｉＯＮからなる緩衝層２８とが形成された場合には、固体撮像素子２０のフォトダイオード２２からマイクロレンズ３０までの距離が長くなる。しかし、緩衝層２８は５ｎｍ程度あれば緩衝効果を発揮する。さらに、第２平坦化層２７は、選択されるアクリル系樹脂が、熱流動性、熱硬化性及び熱収縮性を有していれば薄膜で形成可能となる。このため、第２平坦化層２７と緩衝層２８とを形成した場合の、フォトダイオード２２からマイクロレンズ３０までの距離の増加による固体撮像素子の感度低下は、実質的に問題とならない。
【００３８】
緩衝層２８上に形成される第１レンズ層３１の平面図を図３に示す。
図３に示す破線は、固体撮像素子２０における単位画素２９を示す。そして、各単位画素２９に対応して形成されるマイクロレンズ３０は、平面視で単位画素２９と同じ大きさに形成されることが好ましい。また、第１レンズ層３１は、単位画素２９の全面を被覆して形成されている。
ここで、図３に示すように、第１レンズ層３１により形成される第１マイクロレンズ３２は、隣接画素の辺方向（Ｗ１）及び対角方向（Ｗ２）の少なくてもいずれか一方向に、ギャップを有した状態で形成されている。
【００３９】
固体撮像素子２０の感度特性を向上するためには、上記Ｗ１、Ｗ２に示した隣接画素のギャップと、フォトダイオード２２からマイクロレンズ３０までの距離を、可能な限り縮小することが好ましい。さらに、ドライエッチング法によりマイクロレンズ３０を形成する場合には、可能な限りエッチング処理時間を短縮する必要がある。これは、半導体基体２１へのプラズマダメージを最小限に抑えることで、固体撮像素子２０の暗電流を抑制するためである。
【００４０】
上述の図３に示すように、従来の一般的な固体撮像素子は、四角形の単位画素２９を有する。このため、例えば、第１マイクロレンズ３２をＷ１のギャップが無い状態で形成した場合にも、元々広いギャップを有するＷ２のギャップが残る。例えば、ドライエッチ法を用いてマイクロレンズ３０を形成する場合には、Ｗ２のギャップを縮小するような条件のエッチングを行い、Ｗ２のギャップを無くすことが考えられる。しかし、Ｗ２のギャップを無くす条件でドライエッチングを行うと、ドライエッチングの時間が延びてしまうため固体撮像素子２０の暗電流特性が悪化してしまう。さらに、処理時間が長くなることにより、ウエハ毎のエッチングのバラツキも増加する。このため、マイクロレンズ３０の断面方向において形状のバラツキが生じてしまい、固体撮像素子２０の感度特性などに悪影響が生じる。
【００４１】
これに対し、本実施形態の固体撮像素子２０では、第１レンズ層３１と第２レンズ層３３との積層体からなるマイクロレンズ３０が形成されている。
ここで、図４に示すように、第１レンズ層３１上に形成された第２レンズ層３３の層厚に関して、第１マイクロレンズ３２の中心部に形成された第２レンズ層３３の層厚をＴｔ、第１マイクロレンズ３２の外周部に形成された第２レンズ層３３の層厚をＴｂとする。このとき、ＴｔとＴｂの関係が、０≦Ｔｔ＜Ｔｂの関係を満たす。これは、第１マイクロレンズ３２の外周部に第２レンズ層３３を有し、さらに、第１マイクロレンズ３２の中心部に外周部よりも厚さの小さい第２レンズ層３３を有する、又は、中心部に第２レンズ層３３が形成されていない構成を表す。
【００４２】
この構成の固体撮像素子２０では、上述の図３に示すように、第１マイクロレンズ３２は、隣接画素の辺方向（Ｗ１）又は対角方向（Ｗ２）の少なくてもいずれか一方向に、ギャップｗを有した状態で形成される。このようなギャップｗが形成されてもよい条件であれば、ドライエッチングの時間を短縮できるため、固体撮像素子２０の暗電流の増加が抑制される。
さらに、第２レンズ層３３により、第１マイクロレンズ３２の平面視における面積が拡大されてマイクロレンズ３０が形成される。このため、マイクロレンズ３０の集光パワーを向上させることができ、固体撮像素子２０の感度特性の向上やシェーディング特性を改善が可能となる。
【００４３】
第２レンズ層３３は、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＳｉＯ、及び、ＳｉＯＣ（屈折率１．４程度）から選ばれる少なくとも１種類以上の材料により形成されている。ここで、第１レンズ層３１を構成するＳｉＯＮやＳｉＮよりも屈折率の低いＳｉＯやＳｉＯＣにより第２レンズ層３３を形成することにより、第２レンズ層３３がマイクロレンズ３０の表面の反射防止層としても機能する。
【００４４】
図４に、マイクロレンズ３０を構成する第１レンズ層３１及び第２レンズ層３３において、上述のＴｔとＴｂの関係０≦Ｔｔ＜Ｔｂを満たす構成を示す。
【００４５】
図４Ａ〜Ｄに示すマイクロレンズ３０Ａ〜３０Ｄは、第１マイクロレンズ３２上にそれぞれ厚さの異なる第２レンズ層３３が形成された状態を示している。図４Ａ〜Ｄに示すマイクロレンズ３０Ａ〜３０Ｄは、従来公知の方法により第１レンズ層３１から第１マイクロレンズ３２を形成した後、第１マイクロレンズ３２上に形成する第２レンズ層３３の厚さをドライエッチングにより調整して形成される構成である。なお、この第１レンズ層３１及び第２レンズ層３３の形成方法は、後述の固体撮像素子の製造方法において詳細に説明する。
【００４６】
図４Ａに示すマイクロレンズ３０Ａは、第１レンズ層３１上の全面に第２レンズ層３３が形成されている。そして、第２レンズ層３３の第１マイクロレンズ３２の中心部の厚さＴｔと、外周部の厚さＴｂとは、Ｔｔ＜Ｔｂの関係で形成されている。
また、第２レンズ層３３は、第１マイクロレンズ３２の中心部が最も薄く形成され、中心部から外周部にかけて、次第に厚さが増加する構成を有している。
上述の構成により、第２レンズ層３３により、第１マイクロレンズ３２の画素間ギャップｗが埋め込まれ、画素間ギャップｗがないマイクロレンズ３０Ａが形成されている。従って、マイクロレンズ３０Ａの平面視における面積を拡大することができ、マイクロレンズ３０Ｂの集光パワーを向上させて固体撮像素子２０の感度特性を向上させることができる。
【００４７】
図４Ｂに示すマイクロレンズ３０Ｂは、第１マイクロレンズ３２の中心部を除き、第１レンズ層３１上の全面に第２レンズ層３３が形成されている。この構成は、第２レンズ層３３の形成の際、Ｔｔ＝０となった時点でエッチングを終了させた状態を示している。この構成のマイクロレンズ３０Ｂは、図４Ａに示す状態のマイクロレンズ３０Ａの状態から、さらに第２レンズ層３３のエッチングを進めることにより形成される。
第２レンズ層３３は、第１マイクロレンズ３２の中心部には存在していないが、第１マイクロレンズ３２の外周部には存在する。つまり、第２レンズ層３３は、０＝Ｔｔ＜Ｔｂの関係で形成されている。
上述の構成では、第１マイクロレンズ３２の外周部に形成された第２レンズ層３３により、画素間ギャップｗが埋め込まれている。このため、画素間ギャップｗが存在しないマイクロレンズ３０Ｂが形成されている。この構成により、マイクロレンズ３０Ｂの平面視における面積を拡大することができ、マイクロレンズ３０Ｂの集光パワーを向上させて固体撮像素子２０の感度特性を向上させることができる。
【００４８】
図４Ｃに示すマイクロレンズ３０Ｃは、図４Ｂに示す状態のマイクロレンズ３０Ｂから、さらに第２レンズ層３３のエッチングを進めた状態を示している。
マイクロレンズ３０Ｃは、第１マイクロレンズ３２の中心部を除き、第１レンズ層３１上の全面に第２レンズ層３３が形成されている。また、第１マイクロレンズ３２の中心部の周辺は、第２レンズ層３３のエッチングを進めることにより、第２レンズ層３３と共にエッチングされている。図４Ｃでは、エッチングされる前の第１マイクロレンズ３２の中心部のレンズ面の位置を破線３２Ａで示している。
図４Ｃに示す構成は、第２レンズ層３３のエッチングにより、第１マイクロレンズ３２の中心部が露出した状態から、さらにエッチングを進めることにより、第２レンズ層３３から露出した第１マイクロレンズ３２がエッチングされることにより形成される。このように、第２レンズ層３３のエッチングを進めることにより、第１マイクロレンズ３２の中心部から外周部の方向に、第１レンズ層３１のエッチングされる領域が広がる。
【００４９】
図４Ｃに示すマイクロレンズ３０Ｃの構成においても、第２レンズ層３３は、第１マイクロレンズ３２の中心部には存在していないが、第１マイクロレンズ３２の外周部には存在する。つまり、第２レンズ層３３は、０＝Ｔｔ＜Ｔｂの関係で形成されている。そして、第１マイクロレンズ３２の外周部の第２レンズ層３３により、画素間ギャップｗが埋め込まれている。このため、画素間ギャップｗが存在しないマイクロレンズ３０Ｃが形成されている。
図４Ｃに示すように、第１マイクロレンズ３２の中心部周辺に第２レンズ層３３が形成されていない構成であっても、第２レンズ層３３で画素間ギャップｗを埋めることにより、マイクロレンズ３０Ｃの平面視における面積を拡大することができる。
さらに、第１マイクロレンズ３２の中心部がエッチングされた構成であっても、第２レンズ層３３により、第１マイクロレンズ３２と第２レンズ層３３とに一連のレンズ面が形成されている。
この構成により、マイクロレンズ３０の集光パワーを向上させて、固体撮像素子２０の感度特性を向上させることができる。
【００５０】
図４Ｄに示すマイクロレンズ３０Ｄは、図４Ｃに示す状態のマイクロレンズ３０Ｃから、さらに第１レンズ層３１と第２レンズ層３３とのエッチングを進めた状態を示している。図４Ｄでは、エッチングされる前の第１マイクロレンズ３２のレンズ面の位置を破線３２Ａで示している。
マイクロレンズ３０Ｄは、第１マイクロレンズ３２の外周部近傍と、画素間ギャップｗにのみ、第２レンズ層３３が形成されている。第１マイクロレンズ３２は、中心部から外周部にかけて、上述の図４Ｃに示す構成よりもエッチングされている領域が広がる。また、第１マイクロレンズ３２の中心部と同様に、第１レンズ層３１の画素間ギャップｗの中央部が、エッチングにより除去されている。つまり、画素間ギャップｗの中央部において第２レンズ層３３が完全にエッチングされ、さらに、第２レンズ層３３から露出した画素間ギャップｗの中央部の第１レンズ層３１がエッチングされている。
【００５１】
図４Ｄに示すマイクロレンズ３０Ｄの構成においては、第１マイクロレンズ３２の中心部、及び、画素間ギャップｗの中央部に第２レンズ層３３が存在していない。しかし、第１マイクロレンズ３２の外周部には、厚さＴｂの第２レンズ層３３が存在する。つまり、第２レンズ層３３は、０＝Ｔｔ＜Ｔｂの関係で形成されている。
【００５２】
また、画素間ギャップｗの中央部において第１レンズ層３１がエッチングされて形成された面と、第２レンズ層３３の表面と第１マイクロレンズ３２のレンズ面が連続し、マイクロレンズ３０Ｄを構成する一連のレンズ面が形成されている。
従って、第１マイクロレンズ３２、第１マイクロレンズ３２の外周部の第２レンズ層３３、及び、第１レンズ層３１の画素間ギャップｗのエッチングされた面により、画素間ギャップｗが存在しないマイクロレンズ３０Ｄが形成されている。
【００５３】
このように、画素間ギャップｗに形成されている第１レンズ層３１までエッチングされる構成であっても、第１マイクロレンズ３２の外周部に形成された第２レンズ層３３を有することにより、第１マイクロレンズ３２の画素間ギャップｗが埋められている。このため、マイクロレンズ３０Ｄの平面視における面積が拡大され、マイクロレンズ３０の集光パワーを向上させることができる。従って、固体撮像素子２０の感度特性を向上させることができる。
【００５４】
なお、図４Ｄに示すマイクロレンズ３０Ｄの構成から、さらにエッチング処理を進めることにより、画素間ギャップｗの第１レンズ層３１の底部を突き抜け、第２平坦化層２７まで達する構成としてもよい。この構成においても、第１マイクロレンズ３２の外周部には、厚さＴｂの第２レンズ層３３が存在する限り、第１マイクロレンズ３２、第２レンズ層３３、及び、画素間ギャップｗの第１レンズ層３１により、一連のレンズ面が形成される。このため、マイクロレンズ３０Ｄの平面視における面積を拡大することができる。
【００５５】
［変形例］
次に、上述の固体撮像素子のマイクロレンズの変形例について説明する。図５に、変形例のマイクロレンズ３５の構成を示す。なお、マイクロレンズ以外の構成は、上述の実施形態と同様のため図示及び説明を省略する。
【００５６】
図５に示すマイクロレンズ３５は、第１レンズ層３１及び第２レンズ層３３上に、第３レンズ層３４を備える。
図５Ａに示すマイクロレンズ３５Ａの構成は、上述の図４Ａに示すマイクロレンズ３０Ａの構成に対応し、図５Ｂに示すマイクロレンズ３５Ｂの構成は、上述の図４Ｂに示すマイクロレンズ３０Ｂの構成に対応する。
図５Ａに示すマイクロレンズ３５Ａは、第３レンズ層３４が、第２レンズ層３３上の全面に形成されている。
図５Ｂに示すマイクロレンズ３５Ｂは、第３レンズ層３４が、第１マクロレンズ３２の中心部と第２レンズ層３３上を覆って形成されている。
第３レンズ層３４は、マイクロレンズ３５Ａ、マイクロレンズ３５Ｂ共に、第２レンズ３３の上面に沿って、ほぼ厚さが一定に形成されている。
また、図５Ｃに示すマイクロレンズ３５Ｃは、第１レンズ層３１及び第２レンズ層３３上に第３レンズ層３４を備え、第３レンズ層３４の表面が平坦に形成されている。このように、第３レンズ層３４は、表面が平坦に形成されていてもよい。
図５Ａ〜Ｃに示す第３レンズ層３４は、第１レンズ層３１を構成する材料よりも、屈折率の低い材料を用いることにより、マイクロレンズ３５の表面反射防止層として機能する。
【００５７】
ここで、第１レンズ層３１にＳｉＯＮ又はＳｉＮが選択されたとき、第２レンズ層３３と第３レンズ層３４の屈折率について、第１レンズ層３１の屈折率に対する相対的な関係を下記表１に示す。
【００５８】
【表１】
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【００５９】
表１では、第１レンズ層３１の屈折率をｃとしたとき、第２レンズ層３３を、第１レンズ層３１の屈性率ｃと同等の材料（１）か、又は、第１レンズ層３１の屈性率ｃよりも高い屈折率の材料（２）により構成する。そして、第３レンズ層３４を、第１レンズ層３１の屈折率ｃよりも低い屈折率の材料により構成する。
【００６０】
表１に記載の（１）の構成では、第３レンズ層３４が単層反射防止層として機能する。このとき第３レンズ層３４は、ＳｉＯ（屈折率１．４５程度）や、ＳｉＯＣ（屈折率１．４程度）により形成される。
また、表１に記載の（２）の構成では、第２レンズ層３３と第３レンズ層３４とが２層反射防止層として機能する。第３レンズ層は、上記（１）の構成と同様にＳｉＯやＳｉＯＣにより形成される。
【００６１】
例えば、第１レンズ層３１にＳｉＯＮが選択された場合、第２レンズ層３３には第１レンズ層３１のＳｉＯＮと同等の屈折率を有するＳｉＯＮ、又は、第１レンズ層３１のＳｉＯＮより屈折率の高いＳｉＮが用いられる。そして、第３レンズ層３４には、第１レンズ層３１のＳｉＯＮよりも屈折率の低いＳｉＯＣ、又は、ＳｉＯが用いられる。
【００６２】
また、第１レンズ層３１にＳｉＮが選択された場合、第２レンズ層３３には第１レンズ層３１のＳｉＮと同等の屈折率を有するＳｉＮが用いられる。そして、第３レンズ層３４には、第１レンズ層３１のＳｉＮよりも屈折率の低いＳｉＯＣ、又は、ＳｉＯが用いられる。
【００６３】
各レンズ層を構成する材料の屈折率は、Ｐ−ＣＶＤ法（plasma CVD, plasma-enhanced chemical vapor deposition）の各成膜条件、例えば、温度、圧力、ガス種及びガス流量等により決定される。なお、第１レンズ層３１や第２レンズ層３３の屈折率は、マイクロレンズ３０の集光能力の向上のため、一般的な樹脂からなるマイクロレンズ材の屈折率（１．５〜１．６程度）よりも高く調整される。
【００６４】
また、第２レンズ層３３と第３レンズ層３４とにより２層反射防止層として機能させる場合には、第２レンズ層３３に高屈折材料を使用し、第３レンズ層３４に低屈折材料を使用する。第２レンズ層３３を構成する高屈折材料としては、ＳｉＮよりも屈折率の高い材料、例えば、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ、屈折率ｎ＝２．４）や酸化チタン（ＴｉＯ、屈折率ｎ＝２．５２）を用いる。また、第３レンズ層３４を構成する低屈折材料としては、ＳｉＯＣよりも屈折率の低い材料、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２、屈折率ｎ＝１．３７）を用いる。第２レンズ層３３、及び、第３レンズ層３４の膜厚は、反射させる所望の光の波長λに対し、１．０／４λの厚さで形成する。
【００６５】
〈２．固体撮像素子の製造方法〉
次に、上述の実施形態の固体撮像素子の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、固体撮像素子のカラーフィルタ上の構成のみを示し、他の構成を省略している。カラーフィルタより下層の各構成については、従来公知の固体撮像素子の製造方法により製造することができる。また、以下で説明する固体撮像素子は、第２平坦化層と第１レンズ層との間に緩衝層を設けていない構成である。
【００６６】
まず、図６Ａに示すように、固体撮像素子の各画素に対応して形成されたカラーフィルタ２６を形成する。カラーフィルタ２６は、例えば色素として、顔料や顔料が内添された感光性樹脂を用いて、フォトリソグラフィー法により形成する。カラーフィルタ２６としては、例えば、ＲＥＤ、ＧＲＥＥＮ、ＢＬＵＥや、ＹＥＬＬＯＷ、ＣＹＡＮ、ＭＡＧＥＮＴＡ等の色材を形成する。
【００６７】
次に、図６Ｂに示すように、カラーフィルタ２６上に第２平坦化層２７を形成する。第２平坦化層２７は、熱流動性と熱硬化性を合わせ持ち、熱処理が完了した時点で硬化層となる材料、例えば、アクリル系樹脂、スチレン樹脂、及び、スチレンーアクリル共重合樹脂等を用いて形成する。なお、この第２平坦化層２７の形成方法の詳細は後述する。
【００６８】
次に、図６Ｃに示すように、第２平坦化層２７上に、第１レンズ層３１として、例えばＳｉＮを形成する。第１レンズ層３１は、形成する第１マイクロレンズ３２よりも充分に大きい厚さで形成する。第１レンズ層３１は、例えば、成膜ガスとして、ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２を用いて、Ｐ―ＣＶＤ法により形成する。また、Ｐ―ＣＶＤ法による形成時に、２００℃程度の温度で、圧力等を適宜調整する。
【００６９】
次に、図６Ｄに示すように、第１レンズ層３１上に固体撮像素子２０の各画素に対応してポジ型の感光性樹脂４１をパターン形成する。ポジ型の感光性樹脂４１としては、例えば、ノボラック系樹脂、スチレン系樹脂、及び、これらの共重合系樹脂をからなる材料を用いる。また、感光性樹脂４１のパターン形成は、例えば、スピン塗布、プリベーク、ｉ−線露光、露光後ベーク、現像、及び、ポストベークの処理順に行う。ポストベーク処理において、図６Ｄに示すレンズ形状の感光性樹脂４１が形成される。
【００７０】
次に、図７Ｅに示すように、上述のポジ型の感光性樹脂４１のマスクを用いて第１レンズ層３１に、感光性樹脂４１のレンズ形状をエッチング転写し、第１マイクロレンズ３２を形成する。第１レンズ層３１のエッチングには、例えば、ＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）装置、ＣＣＰ（Capacitively Coupled Plasma）装置、ＴＣＰ（Transformer Coupled Plasma）装置、マグネトロンＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置、ＥＣＲ（Electron Cyclotron Resonance）装置等のプラズマ生成装置を用いる。そして、温度、圧力等を適宜調整し、ＣＦ４や、Ｃ４Ｆ８などのフロロカーボンガス系のガスを主成分とするエッチングガスを用いる。
【００７１】
図７Ｅに示すレンズ形状が転写された第１レンズ層３１の平面視は、上述の図３に示すように、第１マイクロレンズ３２の少なくともＷ１、Ｗ２のいずれかに画素間ギャップｗを有している。このように、画素間ギャップｗを有している条件で第１レンズ層３１を形成することにより、エッチングを短い時間で行うことができる。ドライエッチングの時間を短縮できるため、プラズマダメージによる固体撮像素子２０の暗電流の増加を抑制することができる。
【００７２】
次に、図７Ｆに示すように、第１レンズ層３１上に第２レンズ層３３を形成する。第２レンズ層３３は、第１マイクロレンズ３２上では、第１マイクロレンズ３２のレンズ面の形状に沿って形成されている。また、画素間ギャップｗ上では、第２レンズ層３３が第１マイクロレンズ３２上よりも厚く形成されている。
第２レンズ層３３としては、例えば、ＳｉＮを形成する。ＳｉＮの成膜ガスとしてＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２を用いて、Ｐ―ＣＶＤ法により形成する。Ｐ―ＣＶＤ法による形成時に、２００℃程度の温度で、圧力等を適宜調整する。
【００７３】
次に、形成した第２レンズ層３３をエッチングすることにより、図７Ｇ又は図７Ｈに示す構成の第２レンズ層３３を形成する。
図７Ｇは、上述の図４Ａに示すマイクロレンズ３０Ａの構成に対応し、第１レンズ層３１上の全面に第２レンズ層３３が形成されている。第２レンズ層３３は、第１マイクロレンズ３２の中心部が最も薄く形成され、中心部から外周部にかけて、次第に層厚が増加する構成を有している。
第２レンズ層３３により、第１マイクロレンズ３２の画素間ギャップｗが埋め込まれてマイクロレンズ３０が形成されている。
【００７４】
図７Ｈは、上述の図４Ｂに示すマイクロレンズ３０Ｂの構成に対応し、第１マイクロレンズ３２の中心部を除き、第１レンズ層３１上の全面に第２レンズ層３３が形成されている。第２レンズ層３３のエッチングは、第１マイクロレンズ３２の中心部での膜厚が０となった時点で終了させている。
図７Ｇ及び図７Ｈに示すように、第１マイクロレンズ３２の外周部に第２レンズ層３３を形成することにより、画素間ギャップｗが埋め込まれ、画素間ギャップｗが存在しないマイクロレンズ３０が形成されている。
【００７５】
なお、図示していないが、エッチング条件を適宜変更することにより、上述の図４Ｃに示すマイクロレンズ３０Ｃの構成や、図４Ｄに示すマイクロレンズ３０Ｄの構成も形成することができる。
以上の工程により、上述の図２に示すマイクロレンズ３０を備える固体撮像素子２０を製造することができる。
【００７６】
上述の製造方法によれば、第１マイクロレンズ３２は、隣接画素の辺方向（Ｗ１）又は対角方向（Ｗ２）の少なくてもいずれか一方向に、画素間ギャップｗを有した状態で形成される。このような画素間ギャップｗが形成されてもよい条件であれば、ドライエッチングの時間を短縮できるため、固体撮像素子２０の暗電流の増加が抑制される。そして、第２レンズ層３３により、画素間ギャップｗが埋め込まれ、画素間ギャップｗが存在しないマイクロレンズ３０が形成される。このため、マイクロレンズ３０の平面視における面積が拡大され、マイクロレンズ３０の集光パワーが向上する。この結果、固体撮像素子２０の感度特性の向上やシェーディング特性を改善が可能となる。
【００７７】
［第２平坦化層の形成方法］
上述の固体撮像素子の製造方法においてカラーフィルタ２６上に形成する、第２平坦化層２７の形成方法について説明する。
固体撮像素子２０の高感度化のためには、マイクロレンズ３０とフォトダイオード２２間の距離を短縮すること好ましい。このため、上述の図２に示す半導体基体２１上の各層を薄く形成することが望ましい。このため、第２平坦化層２７を形成する場合も、薄く形成されていることが望ましい。
第２平坦化層２７の薄膜化のためには、第２平坦化層２７を構成する材料として、熱流動性と熱硬化性を合わせ持ち、熱処理が完了した時点で硬化層となる材料、例えばアクリル系樹脂、スチレン樹脂、及び、スチレンーアクリル共重合樹脂を用いる。
【００７８】
図８に、上記特性を有する樹脂により第２平坦化層２７を形成する工程図を示す。
まず、図８Ａに示すように、カラーフィルタ２６上に、樹脂をスピン塗布して第２平坦化層２７Ａを形成する。塗布直後の第２平坦化層２７Ａは、それぞれの色により厚さが異なるカラーフィルタ２６の表面の凹凸の影響を受け、表面が凹凸に形成されている。
【００７９】
次に、図８Ａに示す状態の第２平坦化層２７Ａに熱処理を行う。第２平坦化層２７Ａを構成する樹脂は、上述のように熱流動性と熱硬化性を合わせ持つ。このため、熱処理により流動性が増加し、表面が平坦化される方向に第２平坦化層２７Ａが移動する。このため、図８Ｂに示すように、熱処理前よりも凹凸の凹部が緩和された第２平坦化層２７Ｂ形成される。
【００８０】
次に、図８Ｃに、上記熱処理により硬化した状態の第２平坦化層２７を示す。第２平坦化層２７は、熱処理による熱流動と同時に熱硬化が進行する。さらに、第２平坦化層２７は、熱処理の際に熱収縮もする。このため、上記熱処理において第２平坦化層２７は、熱硬化の際に発生する収縮により、硬化前の状態よりも硬化後の体積が減少する。この結果、硬化後の第２平坦化層２７の厚さは、硬化前の状態よりも小さくなる。さらに、熱処理による流動性の増加により平坦化される。
従って、第２平坦化層２７に、熱流動性と熱硬化性を合わせ持ち、熱処理が完了した時点で硬化層となる材料を適用することにより、スピン塗布直後の凹凸が緩和され、実質的に平坦で薄層な熱硬化層を形成することができる。
【００８１】
また、第２平坦化層２７は、熱流動と熱硬化が同時進行するアクリル系樹脂、スチレン樹脂、スチレンーアクリル共重合樹脂等であるが、樹脂の分子量を下げると熱収縮量が増加するので、第２平坦化層をより薄く形成できる。第２平坦化層２７を薄く形成することによりフォトダイオード２２とマイクロレンズ３０の距離が短縮されるので固体撮像素子２０の感度特性が向上する。
【００８２】
［第１レンズ層のエッチング転写］
上述の固体撮像素子の製造方法において、図６Ｄ及び図７Ｅに示す第１レンズ層３１に感光性樹脂４１のレンズ形状をエッチング転写する工程について説明する。
上述のエッチング転写は、第１レンズ層３１に用いられる材料と、その上に形成される感光性樹脂４１とのエッチング速度が１：１となる条件で行うことが好ましい。
図９に、第１レンズ層３１上にマイクロレンズ形状を有する感光性樹脂４１が形成された状態と、エッチング転写により第１レンズ層３１に転写される第１マイクロレンズ３２のレンズ形状とを示す。図９では、感光性樹脂４１により形成されているレンズ形状において、中心部の高さ（厚さ）をｈ１、画素間ギャップをｗ３で示している。また、第１マイクロレンズ３２の中心部の高さ（厚さ）をｈ２、画素間ギャップをｗ４，ｗ５で示す。
【００８３】
第１レンズ層３１にＳｉＮを用いた場合において、（ＳｉＮのエッチング速度の比）：（感光性樹脂４１のエッチング速度の比）＝１：１となる条件でエッチングを行う。このとき形成される第１マイクロレンズ３２の形状を、図９において破線３２Ａで示す。第１レンズ層３１と感光性樹脂４１とエッチング比が１：１の場合には、エッチング後の第１マイクロレンズ３２の形状は、感光性樹脂４１の形状と実質的に等しくなる。このため、第１マイクロレンズ３２の中心部の高さｈ２が、感光性樹脂４１の高さｈ１と同等に形成される。また、第１マイクロレンズ３２の画素間ギャップｗ４が、感光性樹脂４１の画素間ギャップｗ３と同等に形成される。
【００８４】
また、上述のエッチング転写において、例えば、Ｃ４Ｆ８等のエッチングデポ性の強いガス種を用いた場合には、第１レンズ層３１と感光性樹脂４１とエッチング比が１：１からずれ、第１レンズ層３１のエッチング比が小さくなる。この条件により形成される第１マイクロレンズ３２の形状を、図９において実線で示す。
上述の条件により第１マイクロレンズ３２を高さｈ２までエッチングしたとき、画素間ギャップｗ５は、エッチング比が１：１の場合よりも小さくなる。つまり、第１マイクロレンズ３２の画素間ギャップｗ５が、感光性樹脂４１の画素間ギャップｗ３に対し、ｗ３＞ｗ５の関係となる。
第１マイクロレンズ３２の画素間ギャップｗ５が縮小されることにより、この画素間ギャップｗ５を埋め込むための、第１レンズ層３１上に形成する第２レンズ層の厚さを薄くすることができる。
【００８５】
また、第１レンズ層３１のエッチング速度が相対的に遅くなると、エッチング処理時間が長くなり、固体撮像素子２０へのプラズマダメージの増大が懸念される。プラズマダメージの軽減のためには、エッチング速度を早くする必要がある。この場合、Ｃ４Ｆ８のガス流量を下げるか、或いは、Ｃ４Ｆ８のガス種を用いて、感光性樹脂４１のエッチング速度に対し、相対的に第１レンズ層３１のエッチング速度が大きくなるように各種条件を調整する。この結果、固体撮像素子２０へのプラズマダメージによる暗電流特性の悪化や、生産性の低下を抑制することができる。
【００８６】
さらに、相対的に第１レンズ層３１のエッチング速度を大きくし、ｗ３、ｗ４、ｗ５の幅の関係がｗ３＞ｗ４（ｗ５）の関係からｗ３＜ｗ４（ｗ５）の関係へと相対的に変化する条件でエッチング処理を行なった場合について説明する。このような第１レンズ層３１のギャップが拡大する条件でエッチングを行った場合、第１レンズ層３１（例えば、ＳｉＮ）のエッチング速度が速いために、第１レンズ層３１のエッチング後の形状は、図１０に示すような非球面形状となることがある。この形状では、第１マイクロレンズ３２は丸みを帯びた錐形に近い形状であり、画素間ギャップｗが広がり、曲面のｙ部が綺麗な円弧を持たない。
このように、錐形状の第１マイクロレンズ３２が形成された場合においても、本実施形態のマイクロレンズでは、第１レンズ層３１上に第２レンズ層３３を形成する。このため、第１マイクロレンズ３２の形状が非球面形状であっても、第２レンズ層３３のレンズ形状を最適化することにより、図１０に示すようにマイクロレンズ３０の表面を、非球面形状から球面形状に近づくように補正することができる。
従って、第１マイクロレンズ３２の形状に起因して集光性が低下する場合であっても、第２レンズ層３３を形成することにより、マイクロレンズ３０の集光性を向上させることができる。
【００８７】
［第２レンズ層成膜条件］
第２レンズ層３３の成膜条件と、形成される第２レンズ層３３の表面のレンズ形状の曲率の関係について説明する。
図１１に、ＳｉＮ又はＳｉＯＮから第２レンズ層３３を形成する場合の成膜方法に関し、Ｐ−ＣＶＤ法を用いて平均自由行程を調整し、マイクロレンズ３０の曲率を調整する具体的な各種条件を以下に示す。
【００８８】
（１）窒化シリコン（ＳｉＮ）
ガス：ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２
温度：約２００℃程度
【００８９】
（２）酸化窒化シリコン（ＳｉＯＮ）
ガス：ＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ、Ｎ２
温度：約２００℃程度
【００９０】
成膜時における圧力は、２ｍＴｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ程度の間で調整される。平均自由行程は、圧力が低い程高く、又、圧力が高い程低くなる。つまり、平均自由行程は、２ｍＴｏｒｒ側が高く、１０Ｔｏｒｒ側が低い。
【００９１】
図１１Ａは、成膜時の圧力が小さく、平均自由工程が大きい条件により第２レンズ層３３を形成した場合の構成を示している。また、図１１Ｂは、成膜時の圧力が大きく、平均自由工程が小さい条件により第２レンズ層３３を形成した場合の構成を示している。
図１１Ａに示すように、平均自由工程が大きい方が、第２レンズ層３３の表面の曲率が小さくなる。また、図１１Ｂに示すように、平均自由工程が小さい方が、第２レンズ層３３の表面の曲率が小さくなる。
従って、第１マイクロレンズ３２の中心部の第２レンズ層３３の厚さＴｔが同じ場合には、第１マイクロレンズ３２の外周部の第２レンズ層３３の厚さＴｂは、平均自由工程が大きい図１１Ａの方が大きくなる。そして、平均自由工程が小さい図１１Ｂの方が、第１マイクロレンズ３２の外周部の第２レンズ層３３の厚さＴｂが小さくなる。
従って、第２レンズ層３３の厚さの関係（Ｔｔ/Ｔｂ）は、成膜時の圧力の大きい条件の方が、成膜時の圧力小さい条件に対して大きくなる。
【００９２】
このように、固体撮像素子２０におけるマイクロレンズ３０の形成位置や曲率について、第２レンズ層３３の成膜条件を上述のように調整することで、所望の形状に形成することができる。
さらに、上述の図１０に示すように第１レンズ層３１の形状が非曲面形状であっても、第２レンズ層３３の成膜条件を上述のように調整することで、曲面形状に近づくように補正することができる。
【００９３】
なお、上述の製造方法には説明していないが、第２平坦化層２７上に、図２に示す緩衝層２８を形成してもよい。緩衝層２８を形成する場合は、ＳｉＯやＳｉＯＮ等を用いてＰ―ＣＶＤ法により形成する。
緩衝層２８としてＳｉＯを形成する場合は、成膜ガスとして、例えばＳｉＨ４、Ｎ２Ｏ等を用いる。また、緩衝層２８としてＳｉＯＮを形成する場合は、成膜ガスとして、例えばＳｉＨ４、ＮＨ３、Ｎ２Ｏ、Ｎ２等を用いる。そして、２００℃程度の温度で圧力等を適宜調整して形成する。温度は、カラーフィルタ２６の退色や、第１平坦化層２５等の有機材料の耐熱性も考慮して決定する。
【００９４】
なお、上述の実施形態では、裏面照射型の固体撮像素子にマイクロレンズを適用した場合について説明しているが、上述のマイクロレンズは、表面照射型のＣＭＯＳ固体撮像素子や、ＣＣＤ型固体撮像素子にも適用できる。
【００９５】
〈３．電子機器〉
次に、上述の固体撮像素子を備える電子機器の実施形態について説明する。
上述の固体撮像素子は、例えば、デジタルカメラやビデオカメラ等のカメラシステム、撮像機能を有する携帯電話、又は、撮像機能を備えた他の機器などの電子機器に適用することができる。図１２に、電子機器の一例として、固体撮像素子を静止画像又は動画を撮影が可能なカメラに適用した場合の概略構成を示す。
【００９６】
この例のカメラ５０は、固体撮像素子５１と、固体撮像素子５１の受光センサ部に入射光を導く光学系５２と、固体撮像素子５１及び光学系５２間に設けられたシャッタ装置５３と、固体撮像素子５１を駆動する駆動回路５４とを備える。さらに、カメラ５０は、固体撮像素子５１の出力信号を処理する信号処理回路５５を備える。
【００９７】
固体撮像素子５１には、上述の実施形態及び第２実施形態の固体撮像素子を適用することができる。光学系（光学レンズ）５２は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像素子５１の撮像面（不図示）上に結像させる。これにより、固体撮像素子５１内に、一定期間、信号電荷が蓄積される。なお、光学系５２は、複数の光学レンズを含む光学レンズ群で構成してもよい。また、シャッタ装置５３は、入射光の固体撮像素子５１への光照射期間及び遮光期間を制御する。
【００９８】
駆動回路５４は、固体撮像素子５１及びシャッタ装置５３に駆動信号を供給する。そして、駆動回路５４は、供給した駆動信号により、固体撮像素子５１の信号処理回路５５への信号出力動作、及び、シャッタ装置５３のシャッタ動作を制御する。すなわち、この例では、駆動回路５４から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像素子５１から信号処理回路５５への信号転送動作を行う。
【００９９】
信号処理回路５５は、固体撮像素子５１から転送された信号に対して、各種の信号処理を施す。そして、各種信号処理が施された信号（映像信号）は、メモリなどの記憶媒体（不図示）に記憶される、又は、モニタ（不図示）に出力される。
【０１００】
上述した各実施形態に係る固体撮像素子では、可視光の光量に応じた信号電荷を物理量として検知する単位画素が行列状に配置されてなるイメージセンサに適用した場合を例に挙げて説明した。しかしながら、上述の固体撮像素子は、イメージセンサへの適用に限られるものではなく、画素アレイ部の画素列ごとにカラム回路を配置してなるカラム方式の固体撮像素子全般に対して適用可能である。
【０１０１】
また、上述の固体撮像素子は、可視光の入射光量の分布を検知して画像として撮像する固体撮像素子への適用に限らず、赤外線やＸ線、あるいは粒子等の入射量の分布を画像として撮像する固体撮像素子に適用可能である。また、広義の意味として、圧力や静電容量など、他の物理量の分布を検知して画像として撮像する指紋検出センサ等の固体撮像素子（物理量分布検知装置）全般に対して適用可能である。
さらに、上述の固体撮像素子は、画素アレイ部の各単位画素を行単位で順に走査して各単位画素から画素信号を読み出す固体撮像素子に限らない。例えば、画素単位で任意の画素を選択して、当該選択画素から画素単位で信号を読み出すＸ−Ｙアドレス型の固体撮像素子に対しても適用可能である。
なお、固体撮像素子はワンチップとして形成された形態であってもよいし、撮像部と、信号処理部または光学系とがまとめてパッケージングされた撮像機能を有するモジュール状の形態であってもよい。
【０１０２】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）第１レンズ層と、第２レンズ層とを備え、前記第１レンズ層により形成される第１マイクロレンズの少なくとも外周部に前記第２レンズ層が形成され、前記第１マイクロレンズの中心部に、前記外周部よりも厚さの小さい、又は、厚さのない前記第２レンズ層を有する固体撮像素子。
（２）前記第１レンズ層が金属酸化物含有樹脂、又は、無機材料からなり、前記第２レンズ層が無機材料である（１）に記載の固体撮像素子。
（３）前記第１レンズ層の屈折率をｎ１とし、前記第２レンズ層の屈折率をｎ２としたとき、ｎ２≦ｎ１の関係を満たす（１）又は（２）に記載の固体撮像素子。
（４）前記第１レンズ層と前記第２レンズ層とを被覆する第３レンズ層を有し、前記第３レンズ層の屈折率が、前記第１レンズ層及び前記第２レンズ層よりも小さい（１）から（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）前記第３レンズ層の表面が平坦化されている（４）に記載の固体撮像素子。
（６）前記第１マイクロレンズの中心部に形成された前記第２レンズ層の厚さをＴｔとし、前記第１マイクロレンズの外周部に形成された前記第２レンズ層の厚さをＴｂとしたとき、０≦Ｔｔ＜Ｔｂの関係を満たす（１）から（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）第１レンズ層と、第２レンズ層とを有する固体撮像素子の製造方法であって、前記第１レンズ層から画素間ギャップを有する第１マイクロレンズを形成する工程と、少なくとも前記第１マイクロレンズの外周部に前記第２レンズ層を形成する工程と、を有し、前記第２レンズ層を形成する工程において、前記第１マイクロレンズの中心部に前記外周部よりも厚さの小さい、又は、厚さのない前記第２レンズ層を形成する固体撮像素子の製造方法。
（８）（１）から（６）のいずれか記載の固体撮像素子と、前記固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路と、を有する電子機器。
【符号の説明】
【０１０３】
１０，２０，５１  固体撮像素子、１１  水平信号線、１２  画素、１３  画素部、１４  垂直駆動回路、１５  カラム信号処理回路、１６  水平駆動回路、１７  出力回路、１８  制御回路、１９  垂直信号線、２１  半導体基体、２２  フォトダイオード、２３  絶縁層、２４  画素間遮光層、２５  第１平坦化層、２６  カラーフィルタ、２７，２７Ａ，２７Ｂ  第２平坦化層、２８  緩衝層、２９  単位画素、３０，３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３５，３５Ａ，３５Ｂ，３５Ｃ  マイクロレンズ、３１  第１レンズ層、３２  第１マイクロレンズ、３３  第２レンズ層、３４  第３レンズ層、４１  感光性樹脂、５０  カメラ、５２  光学系、５３  シャッタ装置、５４  駆動回路、５５  信号処理回路
【図１】
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【図２】
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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３】
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