(57)【要約】【課題】固体撮像素子における赤色光の感度低下を防止し、かつ、固体撮像素子製造時の基板ハンドリングを容易にする。【解決手段】固体撮像素子が、支持基板と、支持基板上に形成された、二次元状に配列された複数の光電変換素子を有する半導体層と、支持基板と半導体層との間に設けられた光反射構造と、を備え、光反射構造は、光透過層並びに光透過層を覆う反射金属及び平坦化層を有し、かつ光反射構造は、光電変換素子の下部に位置し、複数の光電変換素子に対応して複数配列されている。また、光透過層は、半導体層側に平面を有するように配置された半球形状であることが好ましい。また、光透過層は、非ドープ型窒化シリコン又は非ドープ型酸化シリコンを含むことが好ましい。さらに、支持基板は、石英又はシリコンを含むことが好ましい。【選択図】図１
2017216396.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板上に形成された、二次元状に配列された複数の光電変換素子を有する半導体層と、
前記支持基板と前記半導体層との間に設けられた光反射構造と、
を備え、
前記光反射構造は、光透過層並びに前記光透過層を覆う反射金属及び平坦化層を有し、かつ前記光反射構造は、前記光電変換素子の下部に位置し、複数の前記光電変換素子に対応して複数配列されている固体撮像素子。
【請求項２】
前記光透過層は、前記半導体層側に平面を有するように配置された半球形状である
請求項１に記載の固体撮像素子。
【請求項３】
前記光透過層は、非ドープ型窒化シリコン又は非ドープ型酸化シリコンを含む
請求項１又は２に記載の固体撮像素子。
【請求項４】
前記支持基板は、石英又はシリコンを含む
請求項１から３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光電変換素子が二次元状に配列されたＣＭＯＳイメージセンサー、ＣＣＤイメージセンサーなどの固体撮像素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子は、光を吸収して電荷を発生するＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）タイプもしくはＣＣＤ(Charge-Coupled Device)タイプの光電変換素子を二次元的に配列し、発生した電荷を外部へ電気信号として転送するものである。固体撮像素子は、テレビカメラ、デジタルスチルカメラなどに広く用いられている。
固体撮像素子上の光電変換素子は、一般的に、ｐｎ接合によるシリコンフォトダイオードで形成される。逆方向電圧を加えたｐｎ接合に光が照射されると、空乏層内で発生した電子は、空乏層中でドリフトし、ｎ型領域に達する。固体撮像素子では、各画素のフォトダイオードのｎ型領域で蓄積された電子を、信号電荷として読み出すことで撮像データを得ることができる。
【０００３】
光電変換素子に入射した光の強度は、光子が半導体中で吸収され、電子−正孔対を生成するため、内部に進むに従い急激に減衰していく。吸収の割合は光吸収係数に依存し、長波長の光ほど同じ距離を浸透した時の吸収の割合が少ない。そのため、波長が長い赤色光が半導体内で吸収されず赤色感度が低下する問題があった。
【０００４】
特許文献１には、光電変換素子を透過した赤外線を再利用するため、光電変換素子の裏面に金属反射鏡兼裏面電極が形成されている固体撮像素子が開示されている。
一方、特許文献２には、半導体基板の裏面に凹面反射鏡を形成することで、半導体基板を通過した赤色光を効率よく光電変換素子に再入射できる構造の固体撮像素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１７３９９８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１１９４８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の発明では、形成された金属反射鏡は平面であるため反射する光の角度を制御できず、効率よく光電変換素子に再入射できないという問題があった。また、特許文献２に記載の発明では、基板の表裏両面に機能性素子を形成する必要がある。このため、表面素子形成後に裏面素子を形成する際、もしくは両面への素子形成後パッケージングを行う際に、ステージ上に基板を直接置くことが不可能になる等、基板ハンドリングが困難になるという問題があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するために提案されるものであり、固体撮像素子における赤色光の感度低下を防止し、かつ、製造時の基板ハンドリングが容易である固体撮像素子を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る固体撮像素子は、支持基板と、前記支持基板上に形成された、二次元状に配列された複数の光電変換素子を有する半導体層と、前記支持基板と前記半導体層との間に設けられた光反射構造と、を備え、前記光反射構造は、光透過層並びに前記光透過層を覆う反射金属及び平坦化層を有し、かつ前記光反射構造は、前記光電変換素子の下部に位置し、複数の前記光電変換素子に対応して複数配列されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の固体撮像素子によれば、固体撮像素子における赤色光の感度低下を防止し、かつ、固体撮像素子製造時の基板ハンドリングを容易とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の概略構造の一例を説明するための断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を説明するための平面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造工程を説明するための断面図である。
【図１４】本発明の実施例で製造した固体撮像素子の効果を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、本発明は以下に説明する構成に限定されるものではない。
【００１２】
（固体撮像素子の構造）
図１は、本発明の一実施形態である固体撮像素子の概略構造の一例を説明するための断面図である。図１に示すように、本実施形態の固体撮像素子は、支持基板１０と、二次元状に配列された複数の光電変換素子２１を有する半導体層２０と、半球形状の光透過層１１、光透過層１１を覆う反射金属１２及び平坦化層１３を有する光反射構造１４と、を備えている。光反射構造１４は、光電変換素子２１の下部に位置し、半導体層２０の表面に二次元配置された複数の光電変換素子２１に対応して複数配列されている。
また、本実施形態の固体撮像素子は、光電変換素子２１上に設けられた層間絶縁層２２と、層間絶縁層２２内に配置された配線２３と、層間絶縁層２２上に設けられたカラーフィルタ２４と、カラーフィルタ２４上に設けられたマイクロレンズ２５を備えている。なお、本実施形態では、固体撮像素子の支持基板１０側を下、マイクロレンズ２５側を上として説明する。
【００１３】
（支持基板）
支持基板１０は、例えば石英又はシリコンを含むことが好ましい。具体的には、支持基板１０としては、例えば石英基板又はｐ型もしくはｎ型のシリコン基板が用いられることが好ましい。
【００１４】
（光反射構造）
光反射構造１４を構成する光透過層１１は、半導体層２０側に平面を有するように配置された半球形状を有している。光透過層１１は、光反射構造１４にて反射した入射光を反射金属１２で反射させて、光電変換素子２１の中心部に集光させるための層である。
光透過層１１は、可視光に対し透明性を有し、後の半導体プロセスで用いる高温環境に対して耐性がある、非ドープ型窒化シリコン又は非ドープ型酸化シリコン等の材料により形成されることが好ましい。
【００１５】
光反射構造１４を構成する反射金属１２は、光反射構造１４への入射光を効率よく反射して光電変換素子２１に集光するために設けられる。
反射金属１２は、アルミニウム、銀、クロム、タンタル、タングステン、チタンおよびそれら合金等の、高い反射率を有する金属薄膜により形成されることが好ましい。また、反射金属１２は、固体撮像素子の製造工程で高温に晒されるため、少なくとも５００℃以上６００℃以下の熱処理によって溶融しない耐熱性の高い材料により形成されることが好ましい。
【００１６】
光反射構造１４を構成する平坦化層１３は、光透過層１１の加工で生じた表面の凹凸を平坦化するために形成される層である。
平坦化層１３は、透明性を有する必要はないが、半導体プロセスで用いる高温環境に対して耐性がある窒化シリコンもしくは、非ドープ型酸化シリコン等の材料により形成されることが好ましい。
【００１７】
このような構造の固体撮像素子では、光電変換素子２１に入射した光のうち、光電変換素子２１で吸収されずに半導体層２０を通過した赤色光は、光電変換素子２１の下部に設けられた、光反射構造１４によって反射され、光電変換素子に再入射する。このため、固体撮像素子の赤色光感度を改善することができる。
また、光反射構造１４の光透過層１１及び反射金属１２は半球形状を有している。このため、光反射構造１４で反射した光は、入射した画素の光電変換素子２１に向かって効率よく反射される。そのため、隣接する画素の光電変換素子２１に反射光が入射することによる混色を引き起こすおそれが無い。さらに、本実施形態の固体撮像素子において、支持基板の裏面には特に素子を形成しないため、製造工程中にステージ上に基板を直接置くことが可能であり、基板の取扱い（ハンドリング）が容易となる。
【００１８】
（固体撮像素子の製造方法）
図１に示した本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法について図２から図１３を用いて説明する。ただし、本発明は、以下に説明する製造方法に限定されるものではない。
まず、半導体基板２６に対して、後の工程で半導体層２０を形成するための前工程を行う。半導体基板２６は後の工程で支持基板１０と貼り合わせた後、半導体部分を薄く加工することで、半導体層２０にするためのｐ型もしくはｎ型シリコン基板である。
最初に、前工程として、半導体基板２６に対して水素イオンを注入し、水素注入界面を形成しておく。この前工程を実施することで、後の工程で半導体基板２６上に光反射構造１４を形成し、光反射構造１４に対して支持基板１０を貼り付けた後に、熱または物理的刺激を与えることで、水素注入界面から半導体基板２６が剥離し、半導体層２０を形成することができる。
【００１９】
半導体層２０形成のための前工程を行った後、半導体基板２６上に光反射構造１４を形成する。まず、図２に示すように半導体基板２６に対して、光透過層１１の材料膜を成膜する。
光透過層１１は、可視光に対し透明性を有し、高温環境に対して耐性がある、窒化シリコン又は非ドープ型酸化シリコン等の材料により形成されることが好ましい。また、光透過層１１は、常圧ＣＶＤ(Chemical Vapor Deposition：化学気相成長)、ＰＥ−ＣＶＤ(Plasma Enhanced - CVD)等の方法により成膜することができる。
【００２０】
次に、光透過層１１を半球形状に加工するため、図３に示すようにフォトレジスト１５を光透過層１１の材料膜表面に塗布し、フォトリソグラフィーによりパターニングを行う。次に行う熱リフロー工程でフォトレジスト１５を半球形状にするために、図４の平面図に示すようにフォトレジスト１５が画素ごとに円柱形状に残るようパターニングされることが望ましい。また、後の工程において、二次元状に配置された各光反射構造１４に対応する光電変換素子２１を、光反射構造１４の上方に精度良く配置するために、フォトリソグラフィーで光電変換素子２１のパターンを形成することが好ましい。この際、支持基板１０上にはアライメントマークが形成されている必要がある。このため、図示はしないが、半導体基板２６の表面に光反射構造１４を形成する際に、同時にアライメントマークを形成しておくことが望ましい。
【００２１】
続いて、パターニングしたフォトレジスト１５に対して熱リフロー処理を行う。これにより、図５に示すようにフォトレジスト１５を半球形状に加工する。
次に、半球形状のフォトレジスト１５をドライエッチング用マスクとしてドライエッチング処理を行う。これにより、図６に示すようにフォトレジスト１５の半球形状を光透過層１１の材料膜に転写して、半球形状の光透過層１１を形成することができる。
【００２２】
光透過層１１の形状は、熱リフロー処理後のフォトレジスト１５の形状と、後のドライエッチング条件により定まる。フォトレジスト１５の半球形状を光透過層１１の材料膜に転写するため、フォトレジスト１５と光透過層１１の材料膜のドライエッチングレート選択比が大きく異ならないように、ドライエッチング条件を設定する必要がある。光反射構造１４にて反射した入射光を光電変換素子２１の中心部に集光させるためには、光透過層１１の材料の屈折率も考慮して形状を設計することが望ましい。なお、赤色光の感度を改善するには、必ずしも反射光を光電変換素子２１の中心部に集光する必要は無く、反射光を画素内の空乏層中に再入射されればよい。このため、本実施形態においては、光透過層１１の半球形状を厳密に設計する必要はない。
【００２３】
次に、図７に示すように半球形状の光透過層１１の表面（曲面）に反射金属１２を形成する。反射金属１２は、例えばアルミニウム等の反射率の高い金属材料が用いられる。反射金属１２の成膜は蒸着、スパッタ等の手段が用いられる。
次に、図８に示すように反射金属１２上に平坦化層１３を成膜することで、光透過層１１の加工で生じた表面の凹凸を平坦化する。なお、平坦化層１３を成膜しても表面の凹凸の緩和が不十分である場合には、ＣＭＰ(Chemical Mechanical Polishing)等の研磨手段により基板表面をより平坦化してもよい。
【００２４】
以上の工程により、半導体基板２６上に光反射構造１４を形成することができる。次に、図９に示すように光反射構造１４を形成した側を接合面として、半導体基板２６と支持基板１０を接合する。半導体基板２６の光反射構造１４を形成した面または支持基板１０の表面を、プラズマ処理もしくは、オゾン処理で表面活性化した後、半導体基板２６と支持基板１０を貼り合わせることで、両者を強固に接着させることが可能である。また、半導体基板２６と支持基板１０を貼り合わせる方法は上記方法に限定されるものではなく、他の好ましい方法を用いてもよい。
【００２５】
次に、光反射構造１４を形成した半導体基板２６と支持基板１０との接合後、半導体基板２６を加工して半導体層２０を形成する。半導体層２０を形成する方法としては、スマートカット法が挙げられる。この方法は、前工程で水素イオンを注入した半導体基板２６と支持基板１０の接合後、これらを５００℃で熱処理することで、水素イオン注入界面から半導体基板２６を熱剥離させることにより、支持基板１０上に半導体薄膜を残留させることができる。
【００２６】
光反射構造１４を形成した半導体基板２６と支持基板１０とを貼り合わせた基板から半導体基板を剥離する他の方法として、熱処理を行う以外に水素イオン注入界面付近に物理的刺激を加える方法がある。この方法を用いる場合、高温熱処理が不要なため、支持基板１０、半導体基板２６及び光反射構造１４の熱膨張係数が異なることに起因する接合界面からの剥離や基板の割れを防ぐことができるため好ましい。また、水素イオンを注入して剥離界面を形成する方法以外に、半導体基板２６と支持基板１０との貼り合わせを行った後、グラインダを用いて半導体基板２６を削り、ＣＭＰで表面を研磨することで、支持基板１０上に半導体層２０を形成する方法がある。なお、本発明の形態はこれらに限定されるものではなく、他の方法を用いて半導体層２０を形成してもよい。
【００２７】
最後に、支持基板１０上に残った半導体薄膜に対してＣＭＰ等の方法により研磨処理を行い、表面を平滑化することで図１０に示す半導体層２０を形成することができる。半導体層２０の膜厚は、前工程で半導体基板２６に注入する水素イオンの注入深さによって定まる。半導体層２０の材料がシリコンである場合、可視光領域（３６０ｎｍ〜６５０ｎｍ）の光が十分に吸収されるためには、半導体層２０の厚さは３μｍ以上であることが望ましい。しかしながら、半導体層２０が５μｍより厚みを持つ場合、光電変換で生成した電子を蓄積する空乏層がある光電変換素子２１と、半導体層２０の下面までの距離が離れすぎている。このため、光反射構造１４で反射し、半導体層２０に再入射して発生した電子は、光が入射した画素の空乏層にたどり着く前に隣接画素に流れ込み、その結果、混色を引き起こす原因となり得る。このため、半導体層２０の膜厚は３μｍ以上５μｍ以下とすることが好ましい。
【００２８】
次に、図１１に示すように、半導体層２０上に光電変換素子２１を形成する。光電変換素子２１としてはフォトゲート、もしくはフォトダイオードなどが用いられるが、電荷転送率の高さから埋め込み型のフォトダイオードを用いることが好ましい。また、図示しないが、光電変換素子２１を形成すると同時に固体撮像素子の駆動に必要な素子を画素内に形成する。例えば、ＣＣＤイメージセンサーの場合は、垂直転送ＣＣＤを光電変換素子２１と共に形成する。一方、ＣＭＯＳイメージセンサーの場合は、浮遊拡散層アンプ、電荷転送用トランジスタ等の素子を光電変換素子２１と共に形成する。
【００２９】
光電変換素子２１及びその他の素子形成後、図１２に示すように、信号電荷や信号電圧を転送するため、又はトランジスタを駆動するための配線２３を形成する。また、固体撮像素子の構造によっては複数の配線層が必要になるため、各配線層間に層間絶縁層２２を形成する。
層間絶縁層２２は、非ドープ型酸化シリコン等の透明性を有する低誘電率材料により形成されることが好ましい。また、層間絶縁層２２は、常圧ＣＶＤ、ＰＥ−ＣＶＤ等の方法によって成膜される。配線２３は、アルミニウム、銅、クロム、およびそれら合金等により形成されることが好ましい。これらの材料に適した製造プロセスを用いて配線２３による配線パターンを形成することで、図１２に示す層間絶縁層２２並びに配線２３を形成することができる。
【００３０】
次に、図１３に示すようにカラーフィルタ２４を形成する。カラーフィルタ２４は、複数の光電変換素子２１のそれぞれに対して設けられる。図示していないが、カラーフィルタ２４形成前に、層間絶縁層２２上に平坦性を有する有機膜を成膜し、層間絶縁層２２表面を平滑化してからカラーフィルタ２４を形成しても良い。カラーフィルタ２４は、顔料を分散させた光感光性を有する樹脂を用いて、フォトリソグラフィーによりパターン形成することができる。
【００３１】
また、カラーフィルタ２４は、ドライエッチングにより形成することもできる。すなわち、層間絶縁層２２又は層間絶縁層２２上に形成した平坦化膜の上に、顔料を分散させた非感光性樹脂を塗布し、非感光性樹脂上にフォトレジストを塗布してフォトリソグラフィーによりパターン形成する。パターン形成されたフォトレジストをマスクとしてドライエッチングを行うことで、カラーフィルタ２４のパターン加工を行うことができる。カラーフィルタ２４のカラー配列は、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）の三色のベイヤー配列（Bayer Array）もしくはレッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）による他の配列であってもよい。
【００３２】
また、カラーフィルタ２４のカラー配列は、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブルー（Ｂ）以外の色、例えばホワイト（Ｗ）、シアン（Ｃ）、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）等のフィルターを配列した配列であっても良い。この場合、上述した各色のカラーフィルタパターンの作製方法を各色に対して繰り返すことにより、カラーフィルタ２４を作製する。
さらに、配列の一部に屈折率を調整した透明層をカラーフィルタとして配置してもよい。この場合、カラーフィルタ２４の上面に平坦化層を形成する際にはそれと同時に、又はマイクロレンズを形成する際に同時に、屈折率を調整した透明層を作製してもよい。
【００３３】
カラーフィルタ２４形成後、図１４に示すように、カラーフィルタ２４上にマイクロレンズ２５を形成することで、図１に示す本実施形態の固体撮像素子が完成する。マイクロレンズ２５はカラーフィルタ２４上に感光性樹脂を塗布し、フォトリソグラフィーにより各画素のレンズ間ギャップを形成した後熱フローさせることで、レンズ形状を形成することができる。又は、カラーフィルタ２４上に樹脂を塗布し、その上に感光性樹脂を塗布して、フォトリソグラフィー、熱フローによりレンズ形状を形成する。この後に、レンズ形状を形成した感光性樹脂膜を犠牲膜としてドライエッチングを行い、カラーフィルタ２４上に形成した樹脂をレンズ形状に加工する方法によってもマイクロレンズ２５を形成することができる。
【実施例】
【００３４】
以下、本発明を実施例で詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例の構成に限定されるものではない。
【００３５】
（半導体層形成のための前工程）
半導体基板である厚さ０．６ｍｍのｐ型のシリコン基板に対して、高エネルギーイオン注入装置を用いて、ドーズ量７．０×１０１６ｉｏｎｓ／ｃｍ２、注入エネルギー５００ｋｅＶの条件で水素イオンを注入した。
【００３６】
（光反射構造の形成）
半導体基板の表面に、常圧ＣＶＤによって窒化シリコン膜を成膜した。次に、窒化シリコン膜表面にフォトレジストをスピンコーターで塗布し、露光、現像を行うことで、光反射構造を形成するための円柱状のフォトレジストパターンを形成した。続いて、円柱状のフォトレジストパターンを有する半導体基板を２３０℃のホットプレートで加熱することで、パターニングしたフォトレジストを熱リフローさせ半球形状のレジストパターンを形成した。
【００３７】
次に、半導体基板に対して、ＣＦ４と酸素の混合ガスを用いて窒化シリコン膜に対してドライエッチング処理を行い、半球形状の光透過層１１を形成した。フォトレジストは、ドライエッチング処理中にエッチングされプロセス途中で消失するが、その半球形状が下地の窒化シリコン膜に転写されたため、光透過層１１を半球形状に加工することができた。
続いて、スパッタリングにより光透過層１１の表面（曲面）にアルミニウム薄膜を成膜することで、反射金属１２を形成した。さらに、光透過層１１の表面（曲面）上に常圧ＣＶＤによって非ドープ型酸化シリコン膜を成膜し、成膜後表面をＣＭＰによって研磨して表面を平滑化させることで平坦化層を形成した。以上の工程により半導体基板上に光反射構造を形成した。
【００３８】
（支持基板上への半導体層の形成）
支持基板となるシリコン基板の表面にオゾン処理を施して表面を活性化させ、支持基板のオゾン処理面を半導体基板の光反射構造を形成した側の面に貼り付けた。
支持基板と半導体基板を貼り合わせた後、５００℃で熱処理を行うことによって、水素イオン注入界面から半導体基板を熱剥離させた。これにより、支持基板１０上には半導体薄膜が残留した。次に、ＣＭＰによって半導体薄膜の表面を研磨し、表面を平滑化することで膜厚４μｍの半導体層を形成した。なお、半導体層の膜厚は、固体撮像素子形成後、走査電子顕微鏡Ｓ４８００（日立ハイテクノロジーズ社製）等により固体撮像素子の断面を観察することにより確認することができる。
【００３９】
（固体撮像素子の製造）
次に、ＣＭＯＳ製造プロセスにより、半導体層上に光電変換素子となる埋め込み型フォトダイオードを形成した。また、ＣＭＯＳイメージセンサーを駆動するための機能性素子である、浮遊拡散層アンプ、電荷転送用トランジスタ選択用トランジスタ、リセットトランジスタ、ソースフォロワアンプを光電変換素子２１と同時に画素内に形成した。
光電変換素子及びその他の素子を形成後、配線を形成した。また、各配線層間に層間絶縁層を形成した。層間絶縁層は、非ドープ型酸化シリコンを常圧ＣＶＤで成膜して形成した。また、配線は、アルミニウム薄膜をスパッタで成膜した後、フォトリソグラフィーにより配線パターン加工を行うことで形成した。
【００４０】
次に、層間絶縁層２２上に、それぞれ緑色、青色、赤色の顔料を含有する３種類の感光性樹脂を用いてベイヤー型配列となるように緑色、青色、赤色の３色のカラーフィルタ２４を形成した。顔料を含有する感光性樹脂は、スピンコート法で塗布した後、露光、現像することで色ごとにパターンを形成した。
【００４１】
緑色、青色、赤色の３色のカラーフィルタ２４形成後、カラーフィルタ２４上に非感光性樹脂を塗布し、ベークを行うことで平坦化膜を形成した。次に、平坦化膜上にポジ型の感光性樹脂をスピンコート法で塗布し、フォトリソグラフィーを行って各画素のレンズ間ギャップを形成した後に熱処理を行った。これにより、感光性樹脂がリフローしてレンズ形状になりマイクロレンズ２５が形成された。このとき、可視光領域の光がマイクロレンズに入射した時に入射光が光電変換素子の中心付近に集光するようにマイクロレンズのレンズ形状を設計した。
マイクロレンズを形成した後、保護膜の成膜、支持基板のダイシング、配線ボンディング等の後処理を行うことで、固体撮像素子を得た。
【００４２】
実施例の構造に従って製造した固体撮像素子に入射した入射光の挙動について、図１４を用いて説明する。固体撮像素子に向かって垂直に入射した光は、マイクロレンズ２５内で屈折し、光電変換素子２１の中心に向かって集光する。波長が短い光は、光電変換素子２１の表面、もしくは内部において光電変換され、電子−正孔対が形成される。一方、大半の赤色光Ｒは光電変換せずに半導体層２０を通過し、光反射構造１４中の反射金属１２にて反射する。また、光透過層１１及び反射金属１２が半球形状で形成されているため、マイクロレンズの頂点から垂直に入射した赤色光Ｒだけでなく、光電変換素子２１に集光後、光反射構造１４に斜めに入射した赤色光Ｒも、光電変換素子２１の中心に向かって効率よく反射して再入射する。これにより、本実施例の構造の固体撮像素子は赤色光に対する感度が改善している。
【００４３】
本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらす全ての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、全ての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。
【符号の説明】
【００４４】
１０  支持基板
１１  光透過層
１２  反射金属
１３  平坦化層
１４  光反射構造
１５  フォトレジスト
２０  半導体層
２１  光電変換素子
２２  層間絶縁層
２３  配線
２４  カラーフィルタ
２５  マイクロレンズ
２６  半導体基板
【図１】
2017216396.tif 000003
【図２】
2017216396.tif 000004
【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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【図１４】
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