JP2008016760A - 固体撮像素子及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高感度で且つライン濃淡が発生しにくい固体撮像素子を実現できるようにする。
【解決手段】固体撮像素子は、行列状に配置された複数の光電変換素子１２と、それぞれが、各光電変換素子１２と対応して形成された複数のカラーフィルタ８と、それぞれが、各光電変換素子１２と対応して形成された複数のマイクロレンズ１９とを備えている。複数のマイクロレンズ１９のうち、行方向及び列方向に一つおきに配置された各マイクロレンズ１９は、複数の補助レンズ２０をそれぞれ有し、各補助レンズ２０は、各補助レンズ２０に入射した光が補助レンズ２０を有するマイクロレンズ１９と対応する光電変換素子１２に入射するように集光する。
【選択図】図２

Description

本発明は固体撮像素子及びその製造方法に関し、特にマイクロレンズを有する固体撮像素子及びその製造方法に関する。

デジタルカメラ及びビデオカメラ等に用いる固体撮像素子は、カメラの解像度を高めるために、高画素化及び微細化が進められている。カメラの解像度は、さらに高くすることが求められており、固体撮像素子の高画素化及び微細化はさらに加速されることが予想される。

固体撮像素子の受光素子が光電変換に寄与する領域である開口部は、固体撮像素子のサイズや画素数に依存する。このため、固体撮像素子の高画素化及び微細化により、開口部の面積は固体撮像素子の全面積の２０％〜４０％程度に限られてしまう。開口部面積の低下は、固体撮像素子の感度低下にそのままつながるため、受光素子上に集光用のマイクロレンズを形成することにより集光効率を向上させ、開口部面積の低下を補うことが一般的に行われている。しかし、解像度が高い固体撮像素子が要求されるようになり、これに伴ってマイクロレンズによる集光効率が低下し、感度が低下する問題及びスミア等が発生してノイズが増加する問題がクローズアップされてきている。

また、画素の微細化により、縞状の画像不良であるライン濃淡が発生しやすくなる。ライン濃淡が発生する原因は、赤色の光を受光する光電変換素子（Ｒ画素）の上に形成されたマイクロレンズから緑色の光を受光する光電変換素子（Ｇ画素）に入射する迷光と、青色の光を受光する光電変換素子（Ｂ画素）の上に形成されたマイクロレンズから緑色の光を受光する光電変換素子（Ｇ画素）に入射する迷光との大きさが異なることが原因であると考えられる。画素の微細化によりマイクロレンズの集光効率が低下し、本来の光電変換素子に入射する光の量が低下すると、迷光成分の影響が大きくなり、ライン濃淡が発生しやすくなる。

ライン濃淡の発生を防止するためには、マイクロレンズの集光効率を向上させてやる必要がある。マイクロレンズの集光効率を向上させるために、マイクロレンズ同士の間に発生する無効領域に入射する光を光電変換素子に集光する方法が知られている。一般に、マイクロレンズは、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィ技術と熱フロー技術とを併用し形成しているので、これらの技術からくる制約から、行列状に配置されたマイクロレンズの対角線方向には０．５μｍ程度の無効領域が発生する（例えば、特許文献１を参照。）。無効領域に入射した光は光電変換素子に集光されないため、感度低下の原因となる。また、無効領域に入射した光は遮光部に入射するため、スミアの原因となる。無効領域の発生を防止する方法として、無効領域に透明樹脂層を設ける技術（例えば、特許文献２を参照。）及びマイクロレンズ同士の間の部分に凹レンズとなる溝を形成する技術が開示されている（例えば、特許文献３を参照。）。

また、入射光の混色によるライン濃淡の発生を抑えるには、特に緑色の光を受光する光電変換素子に入射する光の量を増やしてやることが有効である。このため、各色の画素ごとにマイクロレンズの大きさ及び高さを変えて入射光量を調整する技術が開示されている（例えば、特許文献４を参照。）。
特許２７７６８１０号明細書 特開２００１−２７４３６９号公報 特開平５−２７１９６号公報 特開平９−１１６１２７号公報

しかしながら、特許文献２の技術は、透明樹脂層の粘度にたよった方法であるため、目的とする形状を得ることが困難であるという問題がある。また、特許文献３の技術は、エッチングにより溝を形成するため、凹レンズの選択的な曲率制御が困難であり、凹レンズ中央部分に入射する光が集光できず、入射光を有効利用できないという問題がある。

また、ライン濃淡の発生を抑えるためにマイクロレンズの大きさ及び高さを変えると、マイクロレンズの焦点距離が変化するため、入射光を効率的に集光することができず、全体として感度が低下するという問題がある。

本発明は、前記従来の問題を解決し、高感度で且つライン濃淡が発生しにくい固体撮像素子を実現できるようにすることを目的とする。

前記の目的を達成するため、本発明は固体撮像素子を、補助レンズを有するマイクロレンズを備えた構成とする。

具体的に、本発明に係る固体撮像素子は、行列状に配置された複数の光電変換素子と、それぞれが、各光電変換素子と対応して形成され、原色ベイヤ配列を構成するように配置された複数のカラーフィルタと、それぞれが、各光電変換素子と対応して形成され、対応する光電変換素子に光を集光する複数のマイクロレンズとを備え、複数のマイクロレンズのうち、行方向及び列方向に一つおきに配置された各マイクロレンズは、それぞれ補助レンズを有し、補助レンズはそれぞれ、補助レンズに入射した光が、補助レンズを有するマイクロレンズと対応する光電変換素子に入射するように集光することを特徴とする
本発明の固体撮像素子によれば、行方向及び列方向に一つおきに配置された各マイクロレンズは、それぞれ補助レンズを有しているため、マイクロレンズ同士の間の隙間部分に入射した光を光電変換素子に集光することができる。従って、マイクロレンズ同士の間の隙間部分に入射した光を有効利用することができ、感度を向上させることができると共に、スミア等のノイズの発生を低減することができる。また、補助レンズと対応する光電変換素子への集光効率が向上するため、特定の色の画素の感度を向上させることができる。従って、迷光成分の影響を低減できるので、ライン濃淡の発生を抑えることができる。

本発明の固体撮像素子において、複数のカラーフィルタは、赤色のフィルタ、緑色のフィルタ及び青色のフィルタであり、補助レンズを有するマイクロレンズは、緑色のフィルタと対応するマイクロレンズであり、補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とのうちの少なくとも一方に形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、緑色の光を受光するＧ画素の感度を他の画素よりも高くすることができるため、ライン濃淡の発生を確実に抑えることができる。

本発明の固体撮像素子において、複数のカラーフィルタは、赤色のフィルタ、緑色のフィルタ及び青色のフィルタであり、補助レンズを有するマイクロレンズは、赤色のフィルタと対応するマイクロレンズ及び青色のフィルタと対応するマイクロレンズであり、補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とのうちの少なくとも一方に形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、赤色の光を受光するＲ画素及び青色の光を受光するＢ画素から、Ｇ画素に入射する迷光成分を低減することができるので、ライン濃淡の発生を確実に抑えることができる。

本発明の固体撮像素子において、各マイクロレンズは、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間に隙間を有し且つ行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズと互いにレンズ曲面を対向させて接するように配置され、補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とに形成され、補助レンズを有する複数のマイクロレンズのうちの一のマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、一のマイクロレンズと対角線方向に隣接するマイクロレンズにおける一のマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズと互いにレンズ曲面を対向して接し、一のマイクロレンズにおける、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、一のマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズのレンズ曲面の一部を覆うように形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、補助レンズに入射した光を補助レンズと対応する光電変換素子に確実に入射することができる。

本発明の固体撮像素子において、各マイクロレンズは、対角線方向に隣接するマイクロレンズと互いにレンズ曲面を対向させて接し且つ行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズと互いにレンズ曲面を対向させて接するように配置され、補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成され、補助レンズを有する複数のマイクロレンズのうちの一のマイクロレンズに形成された補助レンズは、一のマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズのレンズ曲面の一部を覆うように形成されていることが好ましい。

本発明の固体撮像素子において、各マイクロレンズは、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間に隙間を有し且つ行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間に隙間を有するように配置され、各補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とに形成され、補助レンズを有する複数のマイクロレンズのうちの一のマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、一のマイクロレンズと対角線方向に隣接するマイクロレンズにおける一のマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズと互いにレンズ曲面を対向して接し、一のマイクロレンズにおける、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、一のマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズと、互いにレンズ曲面を対向させて形成されていることが好ましい。

本発明の固体撮像素子において補助レンズは、下に凸でないレンズ曲面を有することが好ましい。また、補助レンズは、レンズ面が平面状であってもよい。

本発明の固体撮像素子において補助レンズは、マイクロレンズと一体に形成されていることが好ましい。このような構成とすることにより、補助レンズとマイクロレンズとの界面における反射を低減できる。

本発明に係る第１の固体撮像素子の製造方法は、基板の上に形成された平坦化層の上に行列状に配置された複数のマイクロレンズを形成する工程と、マイクロレンズが形成された平坦化層の上にレンズ材料を塗布した後、塗布したレンズ材料をパターニングすることにより、複数のマイクロレンズのうち、行方向及び列方向に一つおきに形成されたマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とのうちの少なくとも一方に補助レンズ形成膜を形成する工程と、補助レンズ形成膜を熱フローにより曲面とすることにより補助レンズを形成する工程とを備えていることを特徴とする。

第１の固体撮像装置の製造方法によれば、補助レンズ形成膜を形成する工程と、補助レンズ形成膜を熱フローにより曲面とすることにより補助レンズを形成する工程とを備えているため、所定の場所に所定の曲率を有する補助レンズを確実に形成することができる。従って、高感度で且つライン濃淡が発生しにくい固体撮像素子を容易に実現することができる。

本発明に係る第２の固体撮像素子の製造方法は、基板の上に形成された平坦化層の上にレンズ材料を塗布する工程と、マスクのクロム層に濃淡をつけたグレースケールマスクを用いてレンズ材料を露光することにより、補助レンズと一体となったマイクロレンズを形成する工程とを備えていることを特徴とする。

第２の固体撮像装置の製造方法によれば、補助レンズと一体となったマイクロレンズを形成する工程を備えているため、補助レンズとマイクロレンズとの界面において、入射光が反射することを防止することができる。従って、高感度で且つライン濃淡が発生しにくい固体撮像素子を容易に実現することができる。

本発明に係る固体撮像素子によれば、高感度で且つライン濃淡が発生しにくい固体撮像素子を実現できる。

（一実施形態）
本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は一実施形態に係る固体撮像素子の平面構成を示している。図２（ａ）〜（ｃ）は本実施形態に係る半導体装置の断面構成であり、（ａ）は図１のIIａ−IIa線における断面構成を示し、（ｂ）は図１のIIｂ−IIｂ線における断面構成を示し、（ｃ）は図１のIIｃ−IIｃ線における断面構成を示している。図１及び図２に示すように本実施形態の固体撮像素子は、複数の光電変換素子１２が行列状に配置されている。また、赤色（Ｒ）フィルタ、緑色（Ｇ）フィルタ及び青色（Ｂ）フィルタが原色ベイヤ配列を構成するように配置されている。これにより、緑色の光を受光するＧ画素が市松模様を形成するように配置され、Ｇ画素の間に赤色の光を受光するＲ画素又は青色の光を受光するＢ画素が配置されている。

本実施形態の固体撮像素子は、シリコン等からなる半導体基板１１と、半導体基板１１に形成された光電変換素子１２及び転送チャネル１３とを備えている。半導体基板１１の上には酸化シリコン等からなる絶縁膜３１が形成されている。転送チャネル１３の上には、絶縁膜３１を介して転送電極１５が形成されており、転送電極１５は絶縁膜３２に覆われている。絶縁膜３２の上には、転送電極１５を覆い且つ光電変換素子１２を露出する開口部を有する遮光膜１６が形成されている。

遮光膜１６の上には平坦化層３３が形成されており、平坦化層３３の上にはカラーフィルタ８が形成されている、カラーフィルタ８は、Ｒフィルタ８Ａ、Ｇフィルタ８Ｂ及びＢフィルタ８Ｃを含んでいる。

カラーフィルタ８の上には、平坦化層３４が形成されており、平坦化層３４の上にはマイクロレンズ１９が形成されている。本実施形態の固体撮像素子は、Ｇ画素と対応して形成されたマイクロレンズ１９は、行方向、列方向及び対角線方向のそれぞれに形成された補助レンズ２０を有している。

対称な平面形状を有するマイクロレンズ１９は、行方向及び列方向にほぼ隙間なく形成したとしても、対角線方向には大きな隙間が生じてしまう。対角線方向に生じたレンズの隙間部分に入射した光は、光電変換素子１２に入射することがないため、固体撮像素子の感度低下につながる。また、隙間部分に入射した光は、遮光膜１６に入射することになるため、スミアの発生原因となる。

本実施形態の固体撮像素子は対角線方向に生じるマイクロレンズ１９同士の隙間部分に、それぞれ二つの補助レンズ２０が形成されている。図２（ａ）に示すように隙間部分に形成された二つの補助レンズ２０は、対角線方向に形成された二つのＧ画素同士の中間の位置において互いにレンズ曲面を対向させて接するように形成されている。これにより、二つの補助レンズ２０が接する部分の対角線方向の断面は、下に凸なＶ字形状となる。このため、隙間部分に入射した光の大部分は、二つのＧ画素に均等に配分されて入射する。

また、図２（ｂ）に示すように行方向に形成された補助レンズ２０は、Ｇ画素と行方向に隣接するＲ画素の上に形成されたマイクロレンズ１９のレンズ曲面の一部を覆うように形成されている。行方向においては、二つのマイクロレンズ１９がレンズ曲面を対向させて互いに接しており、二つのマイクロレンズ１９が接する部分の行方向の断面は、下に凸なＶ字形状となる。このため、行方向に形成された補助レンズ２０は、二つのマイクロレンズ１９のレンズ曲面が形成するＶ字状の谷の一部を埋めるように形成され、Ｒ画素に入射するはずの光の一部がＧ画素に集光される。

なお、図２（ｂ）においてはＧ画素とＲ画素とが形成された行について示しているが、Ｇ画素とＢ画素とが形成された行についても、マイクロレンズ１９及び補助レンズ２０の配置は同一である。また、列方向の断面についても行方向の断面と同一である。

これにより、隣接するＲ画素及びＢ画素に入射するはずの光の一部がＧ画素に入射するため、Ｇ画素の感度がＲ画素及びＢ画素よりも高くなる。

行方向にＲ画素と隣接するＧ画素であるＧｒ画素の感度と行方向にＢ画素と隣接するＧ画素であるＧｂ画素の感度との比（Ｇｒ／Ｇｂ）の値が１からはずれると縞状の画像不良であるライン濃淡が発生する。Ｇｒ／Ｇｂの値が１からはずれる原因は、Ｒ画素及びＢ画素の上に形成されたマイクロレンズ１９からのＧｒ画素及びＧｂ画素に入射する迷光であると考えられる。従って、Ｇｒ画素及びＧｂ画素に集光される光の量を増やしてやることにより、Ｇｒ画素及びＧｂ画素に与える迷光の影響が相対的に小さくなり、Ｇｒ／Ｇｂの値を１に近づけることができる。

本実施形態の固体撮像素子は、マイクロレンズ１９同士の隙間部分に入射した光をＧ画素に集光すると共に、Ｒ画素及びＢ画素に入射するはずの光の一部もＧ画素に集光している。これにより、Ｇ画素（Ｇｒ画素及びＧｂ画素）の感度を上昇させることができるため、相対的にＧ画素の入射する迷光の割合が低下する。その結果Ｇｒ／Ｇｂの値を１に近づけることができるのでライン濃淡の発生を低減することができる。

なお、本実施形態においてはＧ画素に入射光を集める構造について説明したが、Ｂ画素及びＲ画素に対応するマイクロレンズ１９に補助レンズ２０を形成すれば、Ｂ画素及びＲ画素に入射光を集めることができる。Ｂ画素及びＲ画素に入射光を集めると、Ｂ画素及びＲ画素からＧ画素への迷光を低減できるため、Ｇ画素に入射光を集めた場合と同様にライン濃淡の低減効果が得られる。

本実施形態においては、Ｇ画素と対応するマイクロレンズ１９を囲むように８方向に補助レンズ２０を形成しているが、行方向と列方向には補助レンズ２０を形成せず、対角線方向のみに補助レンズ２０を形成してもよい。この場合にも、マイクロレンズ１９同士の隙間部分に入射する光をＧ画素に入射することができるため、Ｇ画素の感度を向上させることができる。一方、マイクロレンズ１９の対角線方向の隙間部分に補助レンズ２０を形成せず、Ｒ画素及びＢ画素と対応するマイクロレンズ１９と重なる部分のみに補助レンズ２０を形成してもよい。この場合にも、Ｇ画素の感度を向上させライン濃淡の発生を低減する効果が得られる。

また、補助レンズ２０は、マイクロレンズ１９同士の隙間部分に入射する光と、Ｇ画素に隣接するＲ画素及びＢ画素と対応するマイクロレンズに入射するはずの光の一部との少なくとも一方をＧ画素に集光できればよい。従って、マイクロレンズ１９同士の間隔及び形状等に応じて、補助レンズ２０の大きさ及び形状及び数量等を適宜変更してかまわない。

Ｇ画素の対角方向に設けられた補助レンズに関しては、二つのＧ画素を結ぶ対角方向の断面において、補助レンズの表面が上に凸な曲率を持つ形状であっても、平面となる形状であってもよい。また、二つのＧ画素を結ぶ対角線に対して垂直な断面においても、補助レンズの表面が曲率を持つ形状であっても、平面となる形状であってもよい。

Ｇ画素の行方向、列方向に設けられた補助レンズに関しては、Ｇ画素の行方向の断面及び列方向の断面において、補助レンズの表面が曲率を持つ形状であっても、平面となる形状であってもよい。また、Ｇ画素の行方向に対して垂直な断面及び列方向に対して垂直な断面においても、補助レンズの表面が曲率を持つ形状であっても、平面となる形状であってもよい。

以下に、本実施形態に係る固体撮像素子の製造方法について図面を参照して説明する。図３及び図４は本実施形態の固体撮像装置の製造工程であり、図３は図１のIIａ−IIa線における断面を工程順に示しており、図４は図１のIIｂ−IIｂ線における断面を工程順に示している。

まず、図３（ａ）及び図４（ａ）に示すように、半導体基板１１に常法に従い光電変換素子１２、転送チャネル１３、転送電極１５等を形成した後、半導体基板１１の上に平坦化層３３を形成する。続いて、平坦化層３３の上にカラーフィルタ８と平坦化層３４とを順次形成する。その後、平坦化層３４の上に、レンズ材料をスピンコートし、フォトリソグラフィによりパターニングして矩形形状のマイクロレンズ形成膜１９Ａを形成する。

次に、図３（ｂ）及び図４（ｂ）に示すようにマイクロレンズ形成膜１９Ａを軟化温度以上に加熱して流動化させる方法等を利用して直径が２μｍ〜３μｍのアクリル系樹脂からなるマイクロレンズ１９を形成する。この際に、図３（ｂ）に示すように対角線方向では、マイクロレンズ１９同士の間に隙間部分が生じる。

次に、図３（ｃ）及び図４（ｃ）に示すようにマイクロレンズ１９を形成した後、マイクロレンズ１９を覆うように、マイクロレンズ材料と同じアクリル系樹脂をスピンコートすることにより、膜厚が０．４〜１μｍの樹脂膜を成膜する。続いて、フォトリソグラフィによりパターニングすることにより矩形状の補助レンズ形成膜２０Ａをそれぞれ形成する。

補助レンズ形成膜２０Ａのサイズは、形成する補助レンズ２０のサイズ及び曲率等によって適宜選択すればよいが、例えば、マイクロレンズの直径に対して６分の１程度の寸法とすればよい。また、Ｇ画素に集光する場合には補助レンズ寸法の３分の２程度の部分がＧ画素の上に形成されてマイクロレンズと重なるように形成する。

次に、図３（ｄ）及び図４（ｄ）に示すように１４０℃〜１８０℃で５〜１０分間熱処理を行い、補助レンズ形成膜２０Ａを熱フローによりレンズ形状とする。その後、１５０℃〜２４０℃で５分〜１０分間熱処理を行い、熱硬化させる。

（一実施形態の第１変形例）
以下に、一実施形態の第１変形例について図面を参照して説明する。図５（ａ）及び（ｂ）は一実施形態の第１変形例に係る固体撮像素子であり、（ａ）は図１のIIａ−IIａ線に対応する断面構成を示し、（ｂ）は図１のIIｂ−IIｂ線に対応する断面構成を示している。図５において図２と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。

図５に示すように本変形例の固体撮像素子は、マイクロレンズ１９を形成する際の熱軟化温度等を調整することによりマイクロレンズ１９の平面形状に異方性を持たせており、対角線方向において二つのマイクロレンズ１９同士の間に隙間部分が生じていない。この場合にも、Ｇ画素と対応するマイクロレンズ１９の行方向及び列方向に補助レンズ２０を形成することにより、Ｇ画素の感度をＲ画素及びＢ画素よりも高くすれば、ライン濃淡の発生を抑えることができる。

（一実施形態の第２変形例）
以下に、一実施形態の第２変形例について図面を参照して説明する。図６（ａ）及び（ｂ）は一実施形態の第２変形例に係る固体撮像素子であり、（ａ）は図１のIIａ−IIａ線に対応する断面構成を示し、（ｂ）は図１のIIｂ−IIｂ線に対応する断面構成を示している。図６において図２と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。

図６に示すように本変形例の固体撮像素子は、マイクロレンズ１９の曲率が大きく、対角線方向だけでなく行方向及び列方向にも隙間部分が生じている。この場合には、Ｇ画素に対応するマイクロレンズ１９の行方向及び列方向に形成する補助レンズ２０を、隣接するＲ画素及びＢ画素に対応するマイクロレンズ１９と重ならないように形成することができる。このようにしても、Ｇ画素の感度を向上させることができライン濃淡の発生を抑えることができる。

また、この場合においても、第１の実施形態と同様にＲ画素及びＢ画素と対応するマイクロレンズ１９と一部が重なるように補助レンズ２０を形成してもよい。

（一実施形態の第３変形例）
以下に、一実施形態の第３変形例について図面を参照して説明する。図７（ａ）及び（ｂ）は一実施形態の第３変形例に係る固体撮像素子あり、（ａ）は図１のIIａ−IIａ線に対応する断面構成を示し、（ｂ）は図１のIIｂ−IIｂ線に対応する断面構成を示している。図７において図２と同一の構成要素には同一の符号を附すことにより説明を省略する。

図７に示すように本変形例の固体撮像素子は、マイクロレンズと補助レンズとが一括して形成されている。このため、マイクロレンズと補助レンズ界面を完全になくすことができるので、界面における反射を低減できる。

以下に、本変形例の固体撮像素子の製造方法について説明する。図８及び図９は本変形例に係る固体撮像素子の製造方法であり、図８（ａ）及び（ｂ）は図１のIIａ−IIａ線における断面構成を工程順に示しており、図９（ａ）及び（ｂ）は図１のIIｂ−IIｂ線における断面構成を工程順に示している。

まず、図８（ａ）及び図９（ａ）に示すように、平坦膜３４の上にアクリル系のマイクロレンズ材料をスピンコートして、マイクロレンズ形成膜１９Ｂを形成する。続いて、マスクのクロム層に濃淡をつけたグレースケールマスク３５を用いて露光を行う。

グレースケールマスク３５は、図８（ｃ）及び図９（ｃ）に示すような光透過分布を有するものを用いる。

これにより、図８（ｂ）及び図９（ｂ）に示すように、グレースケールマスクの光透過率の分布に応じたパターンを有するマイクロレンズ１９と補助レンズ２０を一体に形成できる。この例においては、マイクロレンズと補助レンズとを一実施例と同じ形状としたが、一実施形態の第１変形例又は一実施形態の第２変形例と同一形状のマイクロレンズと補助レンズとを形成してもよい。本変形例の製造方法により、マイクロレンズと補助レンズ界面を完全になくすことができるため、界面による反射を低減できる。また、この製造方法により、工程を削減できる。なお、マイクロレンズ材料は、アクリル系としたが、熱フロー性を有する必要はない。

本発明に係る固体撮像素子は、高感度で且つライン濃淡が発生しにくい固体撮像素子を実現でき、特に固体撮像素子を構成するマイクロレンズ及びその方法等として有用である。

本発明の一実施形態に係る固体撮像素子を示す平面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る固体撮像素子を示し、（ａ）は図１のIIａ−IIａ線における断面図であり、（ｂ）は図１のIIｂ−IIｂ線における断面図であり、（ｃ）は図１のIIｃ−IIｃ線における断面図である。 本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に示す断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態の第１変形例に係る固体撮像素子を示し、（ａ）は図１のIIａ−IIａ線における断面図であり、（ｂ）は図１のIIｂ−IIｂ線における断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態の第２変形例に係る固体撮像素子を示し、（ａ）は図１のIIａ−IIａ線における断面図であり、（ｂ）は図１のIIｂ−IIｂ線における断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本発明の一実施形態の第３変形例に係る固体撮像素子を示し、（ａ）は図１のIIａ−IIａ線における断面図であり、（ｂ）は図１のIIｂ−IIｂ線における断面図である。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態の第３変形例に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に示す断面図であり、（ｃ）はグレースケールマスクの光透過特性を示すグラフである。 （ａ）及び（ｂ）は本発明の一実施形態の第３変形例に係る固体撮像素子の製造方法を工程順に示す断面図であり、（ｃ）はグレースケールマスクの光透過特性を示すグラフである。

符号の説明

８ カラーフィルタ
８Ａ 赤色フィルタ
８Ｂ 緑色フィルタ
８Ｃ 青色フィルタ
１１ 半導体基板
１２ 光電変換素子
１３ 転送チャネル
１５ 転送電極
１６ 遮光膜
１９ マイクロレンズ
１９Ａ マイクロレンズ形成膜
１９Ｂ マイクロレンズ形成膜
２０ 補助レンズ
２０Ａ 補助レンズ形成膜
３１ 絶縁膜
３２ 絶縁膜
３３ 平坦化層
３４ 平坦化層
３５ グレースケールマスク

Claims (11)

1. 行列状に配置された複数の光電変換素子と、
   それぞれが、前記各光電変換素子と対応して形成され、原色ベイヤ配列を構成するように配置された複数のカラーフィルタと、
   それぞれが、前記各光電変換素子と対応して形成され、対応する光電変換素子に光を集光する複数のマイクロレンズとを備え、
   前記複数のマイクロレンズのうち、行方向及び列方向に一つおきに配置された各マイクロレンズは、それぞれ補助レンズを有し、
   前記補助レンズはそれぞれ、前記補助レンズに入射した光が、前記補助レンズを有するマイクロレンズと対応する前記光電変換素子に入射するように集光することを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記複数のカラーフィルタは、赤色のフィルタ、緑色のフィルタ及び青色のフィルタであり、
   前記補助レンズを有するマイクロレンズは、前記緑色のフィルタと対応するマイクロレンズであり、
   前記補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とのうちの少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 前記複数のカラーフィルタは、赤色のフィルタ、緑色のフィルタ及び青色のフィルタであり、
   前記補助レンズを有するマイクロレンズは、前記赤色のフィルタと対応するマイクロレンズ及び青色のフィルタと対応するマイクロレンズであり、
   前記補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とのうちの少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
4. 前記各マイクロレンズは、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間に隙間を有し且つ行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズと互いにレンズ曲面を対向させて接するように配置され、
   前記補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とに形成され、
   前記補助レンズを有する複数のマイクロレンズのうちの一のマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、前記一のマイクロレンズと対角線方向に隣接するマイクロレンズにおける前記一のマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズと互いにレンズ曲面を対向して接し、
   前記一のマイクロレンズにおける、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、前記一のマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズのレンズ曲面の一部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
5. 前記各マイクロレンズは、対角線方向に隣接するマイクロレンズと互いにレンズ曲面を対向させて接し且つ行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズと互いにレンズ曲面を対向させて接するように配置され、
   前記補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成され、
   前記補助レンズを有する複数のマイクロレンズのうちの一のマイクロレンズに形成された補助レンズは、前記一のマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズのレンズ曲面の一部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
6. 前記各マイクロレンズは、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間に隙間を有し且つ行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間に隙間を有するように配置され、
   前記各補助レンズは、該補助レンズを有するマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とに形成され、
   前記補助レンズを有する複数のマイクロレンズのうちの一のマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接する前記マイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、前記一のマイクロレンズと対角線方向に隣接するマイクロレンズにおける前記一のマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズと互いにレンズ曲面を対向して接し、
   前記一のマイクロレンズにおける、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分に形成された補助レンズは、前記一のマイクロレンズと行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズと、互いにレンズ曲面を対向させて形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
7. 前記補助レンズは、下に凸でないレンズ曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
8. 前記補助レンズは、レンズ面が平面状であることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
9. 前記補助レンズは、前記マイクロレンズと一体に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の固体撮像素子。
10. 基板の上に形成された平坦化層の上に行列状に配置された複数のマイクロレンズを形成する工程と、
    前記マイクロレンズが形成された平坦化層の上にレンズ材料を塗布した後、塗布したレンズ材料をパターニングすることにより、前記複数のマイクロレンズのうち、行方向及び列方向に一つおきに形成されたマイクロレンズにおける、対角線方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分と、行方向に隣接するマイクロレンズ及び列方向に隣接するマイクロレンズとの間の部分とのうちの少なくとも一方に補助レンズ形成膜を形成する工程と、
    前記補助レンズ形成膜を熱フローにより曲面とすることにより補助レンズを形成する工程とを備えていることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
11. 基板の上に形成された平坦化層の上にレンズ材料を塗布する工程と、
    マスクのクロム層に濃淡をつけたグレースケールマスクを用いて前記レンズ材料を露光することにより、補助レンズと一体となったマイクロレンズを形成する工程とを備えていることを特徴とする固体撮像素子の製造方法。

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