固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、撮像装置
【課題】レンズの無効領域が少ない固体撮像素子を容易に製造することができる固体撮像素子の製造方法を提供する。
【解決手段】レンズ２０を構成するレンズ母材層２１を形成する工程と、このレンズ母材層２１上に、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２２を形成する工程と、この中間膜２２上に接して、レジスト２３を形成する工程と、その後、熱リフローによりレジスト２３をレンズの形状とする工程と、エッチングにより、レジスト２３のレンズの形状をレンズ母材層２１に転写して、レンズ２０を形成する工程とを有して、受光部の上方にレンズ２０が設けられた固体撮像素子を製造する。
【解決手段】レンズ２０を構成するレンズ母材層２１を形成する工程と、このレンズ母材層２１上に、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２２を形成する工程と、この中間膜２２上に接して、レジスト２３を形成する工程と、その後、熱リフローによりレジスト２３をレンズの形状とする工程と、エッチングにより、レジスト２３のレンズの形状をレンズ母材層２１に転写して、レンズ２０を形成する工程とを有して、受光部の上方にレンズ２０が設けられた固体撮像素子を製造する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、撮像装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子においては、集光効率を高めて、各画素のフォトダイオードから成る受光部での受光量を増大させるために、各画素の受光部の上方にマイクロレンズが設けられている。
【０００３】
そして、固体撮像素子における集光は、マイクロレンズによる寄与が大きく、レンズが集光に寄与しない無効領域の削減が重要である。
その一方で、レンズの集光力を上げるために、高屈折率材料や、レンズ界面における反射を抑制するための低屈折率材料等、レンズ材料のバリエーションが増えており、レンズ形状の制御が難しくなってきている。
【０００４】
マイクロレンズの形成技術としては、大別して、（１）レジストエッチバック法、（２）エッチバックレス法、（３）ナノインプリント法、の３種類が挙げられる。
（１）のレジストエッチバック法では、ギャップレス化するために、例えば、中間膜として設けた有機膜に一度レンズ形状を転写して、さらに、有機膜から無機膜にレンズ形状を転写している（例えば、特許文献１参照。）。
（２）のエッチバックレス法では、例えば、融着防止のためにグレーマスクを使用している（例えば、特許文献２参照。）。
（３）のナノインプリント法では、例えば、マイクロレンズ型をマイクロレンズ形成膜に押し当てて、マイクロレンズを形成している（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−９０７９号公報
【特許文献２】特開２００７−３１６１５３号公報
【特許文献３】特開２００９−１９９０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
（１）のレジストエッチバック法では、トータルのエッチング量が倍増することにより、プラズマや紫外光によるダメージが懸念される。また、エッチング量が増えることにより、ダストやウェハ面内の均一性が悪化することも懸念される。
（２）のエッチバックレス法は、特殊なマスクであって高価なグレーマスクを使用している。（３）のナノインプリント法では、タングステン酸化物等の無機レジスト膜に露光光の照射強度を制御して露光することによりマイクロレンズ型を作製していることから、マイクロレンズ型の作製が煩雑であり、手間と時間を要する。
従って、これらの方法では、製造コストが高くなる。
【０００７】
本技術の目的は、レンズの無効領域が少ない固体撮像素子を、容易に製造することができる固体撮像素子の製造方法を提供するものである。また、この製造方法により製造される固体撮像素子や、この固体撮像素子を備えた撮像装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本技術の固体撮像素子の製造方法は、受光部の上方にレンズが設けられた固体撮像素子を製造する方法である。
そして、レンズを構成するレンズ母材層を形成する工程と、このレンズ母材層上に、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程と、この中間膜上に接して、前記レジストを形成する工程とを有する。
さらに、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状とする工程と、エッチングにより、レジストのレンズの形状をレンズ母材層に転写して、レンズを形成する工程とを有する。
【０００９】
上述の本技術の固体撮像素子の製造方法によれば、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜上に接してレジストを形成し、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状とする。これにより、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜によって、熱リフロー時にレジストが広がろうとする力を抑制して、レジストがすべる量を低減することができるので、レジストの間隔を狭めても隣接するレジストがくっつかない。そのため、レジストの間隔を狭めることができる。
そして、エッチングにより、レジストからレンズ母材層にレンズ形状を転写することにより、レンズ母材層により形成されるレンズの間隔を狭めて、レンズの無効領域を低減することができる。
【００１０】
本技術の固体撮像素子の製造方法は、受光部の上方にレンズが設けられた固体撮像素子を製造する方法である。
そして、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程と、この中間膜上に接してレジストを形成する工程と、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状として、レジストから成るレンズを形成する工程とを有する。
【００１１】
上述の本技術の固体撮像素子の製造方法によれば、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜上に接してレジストを形成し、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状とする。これにより、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜によって、熱リフロー時にレジストが広がろうとする力を抑制して、レジストがすべる量を低減することができるので、レジストの間隔を狭めても隣接するレジストがくっつかない。そのため、レジストの間隔を狭めることができる。
そして、レジストをレンズの形状としてレジストから成るレンズを形成するので、レンズの間隔を狭めて、レンズの無効領域を低減することができる。
【００１２】
本技術の固体撮像素子は、半導体基体に形成された受光部と、この受光部の上方に形成され、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜と、この中間膜上に接して形成され、レジストから成るレンズとを有するものである。
【００１３】
上述の本技術の固体撮像素子の構成によれば、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜上に接して、レジストからなるレンズが形成されている。これにより、この構成を製造する際に、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜によって、熱リフロー時にレジストが広がろうとする力を抑制して、レジストがすべる量を低減することができる。
従って、前述したように、レンズの間隔を狭めて、レンズの無効領域を低減することが可能になる。
【００１４】
本技術の撮像装置は、光学系と、上記本技術の固体撮像素子と、固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路を備えたものである。
【００１５】
上述の本技術の撮像装置の構成によれば、本技術の固体撮像素子を備えているので、固体撮像素子において、レンズの無効領域を低減することが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
上述の本技術によれば、レンズの無効領域を低減することが可能であることから、無効領域による損失を低減して、固体撮像素子の感度を向上することが可能になる。
また、レジストの下地として、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成するだけで、レンズ間の無効領域を低減することが可能であるので、簡易で安価に固体撮像素子を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（平面図）である。
【図２】第１の実施の形態の固体撮像素子の要部の断面図である。
【図３】Ａ〜Ｃ 第１の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図４】Ｄ〜Ｆ 第１の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図５】第２の実施の形態の固体撮像素子の要部の断面図である。
【図６】Ａ〜Ｃ 第２の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図７】Ｄ、Ｅ 第２の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図８】Ａ〜Ｃ 第３の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図９】Ｄ〜Ｆ 第３の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図１０】変形例の固体撮像素子のカラーフィルタの平面図である。
【図１１】Ａ 図１０のＸ−Ｘ´における断面図である。 Ｂ 図１０のＹ−Ｙ´における断面図である。
【図１２】第４の実施の形態の固体撮像素子の要部の断面図である。
【図１３】Ａ、Ｂ 第４の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図１４】Ｃ、Ｄ 第４の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図１５】第５の実施の形態の撮像装置の概略構成図（ブロック図）である。
【図１６】Ａ、Ｂ レジストと下地膜の熱膨張係数の大小関係によるリフロー時のレジストの変化の違いを説明する図である。
【図１７】Ａ、Ｂ レジストと下地膜の熱膨張係数の大小関係によるリフロー時のレジストの断面形状の変化の違いを説明する図である。
【図１８】下地材料の違いによるすべり量の違いを示す図である。
【図１９】下地の架橋密度とポストベーク後の状態との関係を示す図である。
【図２０】ベーク後の残膜率と滑り量との関係を示す図である。
【図２１】マイクロレンズの無効領域の長さと感度比との関係を示す図である。
【図２２】Ａ，Ｂ ポストベーク時間と膜の状態との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本技術を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．本技術の概要
２．第１の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）
３．第２の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）
４．第３の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）
５．変形例
６．第４の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）
７．第５の実施の形態（撮像装置）
【００１９】
＜１．本技術の概要＞
まず、具体的な実施の形態の説明に先立ち、本技術の概要について説明する。
本技術は、受光部の上方に設けられたレンズ（マイクロレンズ）の無効領域を低減することが可能であり、かつ、簡易であって、安価に製造することを可能にする、固体撮像素子の製造方法を提供することを目的としている。
【００２０】
従来から提案されている、レジストのレンズ形状をエッチバックによりレンズ母材層に転写する製造方法では、同じレジストを使用した場合でも、レジストの下地の材料・状態によって、レンズの形状が変化し、レンズの形状の制御が困難であった。
そして、本技術の発明者が検討した結果、上述のレンズの形状の変化は、レンズ形成材料と下地膜との熱膨張係数の差に起因することがわかった。
【００２１】
ここで、レジストと下地膜との熱膨張係数の大小関係による、リフロー時のレジストの変化の違いを、それぞれ図１６Ａ及び図１６Ｂに示す。図１６Ａ及び図１６Ｂにおいて、上図は縦横３画素の平面図を示し、下図は１画素の断面図を示している。
熱膨張係数が小さい下地膜１０２を用いて、レジストの熱膨張係数＞下地膜の熱膨張係数である場合には、図１６Ａの下図に示すように、レジスト１０１のリフローする力（黒の矢印）に対して、下地膜１０２の熱によって体積変化する力（白の矢印）が小さい。このため、リフローしようとする方向への抑止力が小さく、レジスト１０１のすべる量が大きくなる。このような場合、図１６Ａの上図に示すように、リフローによりレジスト１０１が各方向に大きく広がって、レジスト１０１の平面形状が円形に近くなる。そして、レジスト１０１のすべる量が大きいので、リフローの前のレジスト１０１のギャップを広くとる必要があり、その結果、斜め方向の無効領域の幅ｗが大きくなる。
熱膨張係数が大きい下地膜１０３を用いて、レジストの熱膨張係数＜下地膜の熱膨張係数である場合には、図１６Ｂの下図に示すように、下地膜１０３の熱によって体積変化する力（白の矢印）がレジスト１０１のリフローする力（黒の矢印）と同等に近くなる。このため、リフローしようとする方向への抑止力が大きくなり、レジスト１０１のすべる量が小さくなる。このような場合、図１６Ｂの上図に示すように、リフローによるレジスト１０１の広がりが小さいので、リフロー前のレジスト１０１の形状がほぼ維持される。そして、レジスト１０１のすべる量が小さいので、リフロー前のレジスト１０１のギャップを狭くすることが可能になり、その結果、斜め方向の無効領域の幅ｗが小さくなる。
【００２２】
また、レジストと下地膜との熱膨張係数の大小関係による、リフロー時のレジストの断面形状の変化の違いを、それぞれ図１７Ａ及び図１７Ｂに示す。図１７Ａ及び図１７Ｂは、１画素の断面図を示している。図１７Ａ及び図１７Ｂにおいて、白の矢印及び黒の矢印は、図１６Ａ及び図１６Ｂと同じ意味である。
レジストの熱膨張係数＞下地膜の熱膨張係数である場合には、図１７Ａに示すように、レジスト１０１のリフローする力（黒の矢印）に対して、下地膜１０２の熱によって体積変化する力（白の矢印）が小さい。このため、リフローしようとする方向への抑止力が小さく、レジスト１０１のすべる量が大きくなる。このような場合、レジスト１０１がすべって水平方向に広がることにより、断面形状が崩れて図１７Ａに示すような非球面形状になりやすくなる。この場合、レンズ形成材にレジストのレンズ形状を転写しても、レンズが非球面形状となり、集光ポイントのずれが発生する。
レジストの熱膨張係数＜下地膜の熱膨張係数である場合には、図１７Ｂに示すように、下地膜１０３の熱によって体積変化する力（白の矢印）がレジスト１０１のリフローする力（黒の矢印）と同等に近くなる。このため、リフローしようとする方向への抑止力が大きくなり、レジスト１０１のすべる量が小さくなる。このような場合、図１７Ｂに示すように、断面形状が球面形状を保ちやすい。この場合、レンズ形成材にレジストのレンズ形状を転写しても、レンズを球面形状として、集光ポイントを適切にすることができる。
【００２３】
次に、実際に、下地膜の材料を各種材料で変えて、同じレジスト材料について、現像後のパターニングした状態と、ポストベークによってリフローを行った後の状態を調べた。また、リフローの前後のレジストのすべり量を測定した。
Ａ〜Ｇの異なる７種の下地材料について調べた結果を、図１８に示す。
図１８からわかるように、同じレジスト材料を使用しても、下地材料によってすべり量が大きく異なる。下地材料Ｃの場合には、すべり量が大き過ぎて、隣接する画素のレジストが繋がってしまっている。
【００２４】
また、下地膜に架橋密度により熱膨張係数が変化する材料を使用した場合には、下地膜の架橋の状態によって、リフローによるレジストの形状の変化が異なり、制御が難しい。
ここで同一の樹脂について、架橋密度を３種類変えて、それぞれの架橋密度のものを下地膜に使用して、その上にレジストをレンズ用の現像パターンに形成した。そして、現像後の状態と、２００℃・５分でポストベークを行った場合と、２３０℃・５分でポストベークを行った状態について、レジストの形状を比較した。結果として、それぞれのレジストの平面形状を図１９に示す。
図１９からわかるように、下地膜の樹脂の架橋密度を高くした場合には、レジストのすべり量が大きくなり、隣接する画素のレジストが繋がってしまっている。これに対して、下地膜の樹脂の架橋密度を低くした場合には、現像後の平面形状が維持されやすくなる。
下地膜の樹脂の架橋密度を中程度とした場合には、ポストベークの温度を２００℃から２３０℃に上げると、すべり量が増大していることがわかる。これに対して、下地膜の樹脂の架橋密度を低くした場合には、ポストベークの温度を２３０℃に上げてもレジストの形状が維持されていることがわかる。
これらの結果は、下地膜の樹脂の架橋密度を高くすると熱膨張係数が小さくなり、下地膜の樹脂の架橋密度を低くすると熱膨張係数が大きくなるためと考えられる。
【００２５】
以上の結果からわかるように、下地膜の熱膨張係数が大きくなるように下地材料を選定することにより、リフロー時のレジストのすべり量を小さくして、レジストの広がりや形状変化を抑制することができる。
【００２６】
次に、下地膜の材料をいくつか選定して、それぞれの材料の下地膜上にレジストを形成し、リフローを行ってレジストをレンズ形状とした。このとき、リフロー時のベーク後に下地膜が残る残膜率と、リフローによるレジストのすべり量とを、それぞれ測定した。
測定結果を、図２０に示す。横軸は下地膜のベーク後の残膜率を示し、縦軸はレジストのすべり量を示している。また、各材料について、同系統の材料の結果を大きく囲んでまとめている。
図２０からわかるように、ベーク後の残膜量が高い、即ち、硬化度が高くて熱膨張係数が低いほど、レジストがすべり、即ち無効領域の幅が大きくなる。
各系統の材料について、残膜率の大小は、小さい方から大きい方へ、アクリル系、共重合系、スチレン・ＰＩＱ（ポリイソインドロキナゾリンジオン）系、ＳｉＮ系となっている。
材料の熱膨張係数の測定は簡便ではないので、この結果を利用して、簡易的にベーク後の残膜率、即ち収縮率の大きいものを選定することにより、下地膜の熱膨張係数を大きくすることが可能である。
図２０の結果から、アクリル系をレジストの下地膜に用いれば、理想的な組み合わせである。ただし、エッチングでレンズ形成材にレンズ形状を転写する場合には、アクリル系のエッチングレートの制御が難しいので、共重合系を用いることが考えられる。
【００２７】
ここで、例えば、ＳｉＮ膜（熱膨張係数：３×１０−６／℃）上に、下地膜として、アクリル又はスチレン膜（熱膨張係数：５．０〜８．３５／℃）を成膜した後、その上にレジストを形成した場合と、ＳｉＮ膜上に直接レジストを形成した場合とを比較した。
ＳｉＮ膜上に下地膜を形成した場合には、ＳｉＮ膜上に直接レジストを形成した場合と比較して、リフロー後の、斜め方向の無効領域の幅が低減されることがわかった。例えばセルサイズを１．０μｍとしたときには、斜め方向の無効領域の幅が、４００ｎｍから３２０ｎｍに２０％低減される。
さらに、様々なセルサイズについて、シミュレーションを行い、無効領域の幅とレンズの有効面積比（無効領域が０のときを１００と規格化した値）との関係を調べた。その結果、セルサイズを１．０μｍとしたとき、上述したように無効領域の幅が４００ｎｍから３２０ｎｍと２０％低減されることにより、７％有効面積比が上がることがわかった。この有効面積比は、感度と比例するので、感度も７％程度向上することがわかる。
【００２８】
さらにまた、裏面照射型構造でセルサイズを１．６μｍとした場合について、無効領域の幅を変えて、シミュレーションを行って、感度を求めた。その結果を、図２１に示す。図２１の横軸は無効領域の幅（ｎｍ）を示し、縦軸は無効領域が０である場合で規格化した感度比を示している。
図２１中の矢印Ａで示すように、無効領域の幅が４００ｎｍから３２０ｎｍに２０％低減されると、感度比は、８６％から９３％に７ポイント改善されることがわかる。
【００２９】
上述した結果も考慮して、本技術は以下の構成とする。
【００３０】
一の本技術の固体撮像素子の製造方法（第１製造方法）では、レンズを構成するレンズ母材層を形成する工程と、このレンズ母材層上に、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程とを有する。
さらに、この中間膜上に接してレジストを形成する工程と、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状とする工程と、エッチングにより、レジストのレンズの形状を、レンズ母材層に転写して、レンズを形成する工程とを有する。
【００３１】
また、他の本技術の固体撮像素子の製造方法（第２製造方法）では、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程と、この中間膜上に接してレジストを形成する工程とを有する。
さらに、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状として、レジストから成るレンズを形成する工程とを有する。
【００３２】
本技術の固体撮像素子は、半導体基体に形成された受光部の上方に、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜が形成され、この中間膜上に接して、レジストから成るレンズが形成されている構成である。即ち、本技術の固体撮像素子は、上述の第２製造方法によって作製される構成である。
本技術の撮像装置は、上述の本技術の固体撮像素子、光学系、固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路を備えた構成である。
【００３３】
上述の第１製造方法及び第２製造方法によれば、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜上に接してレジストを形成し、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状とする。これにより、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜によって、熱リフロー時にレジストが広がろうとする力を抑制して、レジストがすべる量を低減することができるので、レジストの間隔を狭めても隣接するレジストがくっつかない。そのため、レジストの間隔を狭めて、レンズの無効領域を低減することができる。
そして、レンズの無効領域を低減することにより、無効領域による損失を低減して、固体撮像素子の感度を向上することが可能になる。
また、レジストの下地として、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成するだけで、レンズ間の無効領域を低減することが可能である。これにより、簡易で安価に固体撮像素子を製造することが可能になる。
【００３４】
前記特許文献１では、中間膜にレンズ形状を転写するので、中間膜の材料は、レッチングレートを考慮して選定される。また、中間膜の厚さは、転写するレンズ形状に対応してある程度以上必要になる。そして、中間膜を厚く形成することから、転写の際のエッチング量が多くなり、紫外線やプラズマによるダメージが大きくなる。
これに対して、本技術では、中間膜はレンズ形状を転写するために使用されるものではなく、レジストとの熱膨張係数の差を利用して、熱リフロー時にレジストが広がろうとする力を抑制する。これにより、レンズの無効領域を低減して、固体撮像素子の感度を向上し、混色を抑制することができる。
本技術では、中間膜にレンズ形状を転写しないので、レンズの厚さに関係なく、薄い膜で形成しても、熱リフロー時にレジストが広がろうとする力を抑制する効果が充分に得られる。従って、中間膜を薄い膜で形成することが可能である。
中間膜を薄い膜で形成することにより、前記特許文献１のように中間膜にレンズ形状を転写する場合と比較して、エッチングを行うトータルの厚さを低減して、紫外線やプラズマによるダメージ等、ＰＩＤ（Process Induces Damage）を抑制することができる。
また、本技術では、中間膜について、エッチングレートによる材料の制約がなくなり、材料選択の自由度が広くなる。中間膜は薄い膜で良いため、例えば、ｉ線を吸収するような材料を選択して、中間膜を反射防止膜として作用させることも可能になる。
上述の第１製造方法及び第２製造方法、本技術の固体撮像素子において、中間膜の膜厚は、好ましくは０．３μｍ以下、さらにより好ましくは０．１μｍ以下とする。特に、中間膜の膜厚を０．１μｍ以下としたときには、可視光の最も短い４００ｎｍ程度の光に対しても、界面での反射を無視できるくらいの薄い膜となり、集光ロスとならない。
レジストのレンズ形状をレンズ母材層に転写するエッチングを行う第１の製造方法では、中間膜の膜厚を０．３μｍ以下と十分に薄くすることにより、エッチングレートの差を生じることがなく、エッチング工程に要する時間への影響も少ない。
レジストをそのままレンズに使用する、第２の製造方法及び本技術の固体撮像素子では、中間膜の膜厚を０．３μｍ以下と十分に薄くすることにより、中間膜の界面における反射等の集光への影響を少なくすることができる。
なお、中間膜の膜厚の下限は、中間膜の材料や成膜方法によるが、固体撮像素子の画素部全体に一様な膜を形成することが可能である最小限の厚さとする。
【００３５】
中間膜の材料は、レジストの材料よりも熱膨張係数が大きい材料を使用する。
例えば、レジストの材料がノボラック樹脂の場合には、ノボラック樹脂よりも熱膨張係数の大きい、アクリル系樹脂等を中間膜に使用する。
また、図１９に示したような、架橋密度によって熱膨張係数が変化する樹脂材料を中間膜に使用する場合には、架橋密度を低くして、熱膨張係数が大きくなるようにする。例えば、中間膜の成膜後の硬化温度を低くしたり、硬化時間を短くすれば、架橋密度を低くすることが可能である。ただし、レジストを塗布する際に、レジストの溶剤で変化したり、レジストとミキシングしたりすることがない程度には硬化させる。
【００３６】
ここで、特定の材料から成る中間膜の上にレジストを形成して、熱リフローのポストベークの温度と時間を変えて試料を作製した。ポストベークの温度は、２００℃と２３０℃とした。
それぞれの試料について、ＭＭＰシンナーに膜を着けたときの膜厚の変化と、中間膜の反応率とを調べた。中間膜の反応率は、試料のＦＴ−ＩＲ測定を行って、赤外スペクトルのピーク高さの減少の度合いから求めた。
各試料の結果を、図２２Ａ及び図２２Ｂに示す。図２２Ａはポストベークの時間とＭＭＰシンナーによる膜厚の変化率との関係を示し、図２２Ｂはポストベークの時間と反応率との関係を示している。
図２２Ａ及び図２２Ｂの結果から、ポストベークの温度を２３０℃とした場合には、１０分程度で反応がほとんど終了し、膜厚の変化が少なくなることがわかる。一方、ポストベークの温度を２００℃とした場合には、１０分では反応率が７３％程度であり、溶剤により膜厚が２％程度変化することがわかる。
従って、ポストベークの温度を２００℃とすることにより、硬化度を下げて、熱膨張係数が大きい中間膜を形成することが可能になる。
また、図２２Ａ及び図２２Ｂから、２００℃の場合、３分程度以上ポストベークすれば、耐溶剤性が充分に得られ、レジストをスピンコートする際のミキシングを防ぐことが可能であると考えられる。
【００３７】
＜２．第１の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）＞
続いて、具体的な実施の形態を説明する。
第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（平面図）を、図１に示す。
また、第１の実施の形態の固体撮像素子の要部の断面図を、図２に示す。
本実施の形態は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子に、本技術を適用したものである。
【００３８】
本実施の形態の固体撮像素子１は、図１に示すように、半導体基板１１、例えばシリコン基板に、光電変換部を含む画素２が多数規則的に２次元配列された画素部（所謂撮像領域）３と、駆動回路等を含む周辺回路部とが形成されて成る。
【００３９】
画素２は、光電変換部と、ＭＯＳトランジスタから成る画素トランジスタとを有する。
画素トランジスタとしては、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、選択トランジスタ、の少なくとも１つ以上を有する。
【００４０】
周辺回路部は、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８等を有して構成されている。
【００４１】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択して、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。即ち、垂直駆動回路４は、画素部３の画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子（例えばフォトダイオード）において、受光量に応じて生成した信号電荷に基づいた画素信号を、カラム信号処理回路５に供給する。
【００４２】
カラム信号処理回路５は、画素２の例えば一列毎に配置されており、一行分の画素から出力される信号に対し、画素列毎にノイズ除去等の信号処理を行う。即ち、カラム処理回路５は、画素２に特有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳや、信号増幅、ＡＤ変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されている。
【００４３】
出力回路７は、カラム信号処理回路５のそれぞれから水平信号線１０を通して順次供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。
入出力端子１２は、外部と信号のやり取りを行う。
【００４４】
図２は、図１の固体撮像素子１の３つの画素２の断面図を示している。
図２に示すように、半導体基板１１内に、フォトダイオードから成る受光部１５が、各画素に対応して形成されている。
図２中、半導体基板１１の上に形成された層１６は、絶縁層等の、受光部１５上を覆う各層を簡略化して示している。
固体撮像素子１を表面照射型構造とする場合には、絶縁層内の隣接する画素２の間の部分に、配線層が設けられ、半導体基板１１の上に、ゲート絶縁膜を介してＭＯＳトランジスタのゲート電極が設けられる。
固体撮像素子１を裏面照射型構造とする場合には、ＭＯＳトランジスタのゲート電極や配線層は、図２の半導体基板１１の下面よりも下方に設けられる。
なお、必要に応じて、層１６の内部に、層内レンズや光導波路等を設けることも可能である。
【００４５】
また、層１６の上に、平坦化層１７が形成されており、この平坦化層１７によって平坦化された表面上に、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色のカラーフィルタ１８が形成されている。
なお、図２の断面では、赤Ｒのカラーフィルタ１８と緑Ｇのカラーフィルタ１８のみが示されているが、図示しない断面に、青Ｂのカラーフィルタ１８も形成されている。
さらに、カラーフィルタ１８を覆って、平坦化層１９が形成されている。そして、この平坦化層１９によって平坦化された表面上に、マイクロレンズ２０が形成されている。
【００４６】
マイクロレンズ２０は、ＳｉＮやＳｉＯＮ等、他の層よりも比較的屈折率の高い材料である、レンズ形成材料を用いて、表面が曲面形状に形成されている。
【００４７】
本実施の形態では、特に、以下に説明するようにして、図１〜図２に示した固体撮像素子を製造する。
【００４８】
まず、従来公知の製造方法により、図２の半導体基板１１内に受光部１５を形成し、カラーフィルタ１８までの各層を順次形成する。
なお、以下の工程では、カラーフィルタ１８からの各層を図示して、カラーフィルタ１８よりも下層の図示を省略する。第２の実施の形態以降も、同様とする。
【００４９】
次に、図３Ａに示すように、カラーフィルタ１８上に、スピンコートにより、必要とされる平坦度に応じて、０．１〜１μｍの厚さに平坦化層１９をコートする。この平坦化層１９の材料としては、シロキサン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、或いは、各々の樹脂の共重合したもの、前述した樹脂にＴｉＯ２等の金属酸化物フィラーを含有させたもの、等の有機材料を使用することができる。
【００５０】
次に、図３Ｂに示すように、平坦化層１９上に、レンズ母材層２１を、厚さ０．５〜４μｍで形成する。レンズ母材層２１の材料には、マイクロレンズ２０の材料、即ち、無機膜（酸化膜、窒化膜等）や有機膜（シロキサン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、或いは、各々の樹脂の共重合したもの、前述した樹脂にＴｉＯ２等の金属酸化物フィラーを含有させたもの）を使用することができる。レンズ母材層２１は、その材料に応じて、スピンコート或いはＣＶＤにて形成する。
【００５１】
次に、熱膨張係数がレンズ形状用のレジストと同等以上になるように材料を選定して、受光部１５で光電変換する光の波長よりも光路が短くなるような膜厚（０．３μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下）で、図３Ｃに示すように、スピンコートにて中間膜２２を成膜する。その後、中間膜２２を熱硬化させる。
例えば、レンズ母材層２１がＳｉＮ，ＳｉＯＮ等の無機膜であり、レジストがノボラック樹脂、アクリル樹脂の場合には、スチレン系樹脂等を中間膜２２に用いる。
【００５２】
次に、中間膜２２の上に接してレジストを形成した後、レンズ用マスクを用いてレジストを露光する。そして、現像して、図４Ｄに示すように、レジスト２３を各レンズにパターニングする。
その後、熱リフローを行って、図４Ｅに示すように、レジスト２３をレンズ形状とする。
【００５３】
次に、Ｏ２，ＣＦ４系のガスにてエッチングを行い、図４Ｆに示すように、レジスト２３のレンズ形状をレンズ母材層２１へ転写する。これにより、レンズ母材層２１によるマイクロレンズ２０を形成することができる。
このエッチングの間に、レジスト２３及びその下の中間膜２２は除去される。
【００５４】
このときのエッチングの装置や条件は、例えば、以下の通りとする。
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）装置等の装置を用いる。
そして、ＣＦ４やＣ４Ｆ８等のフロロカーボンガス系のガスを主成分として用いて、温度、圧力等を適宜調整して、エッチングを実施する。
また、具体的なエッチング条件は、例えば、以下の通りとすることができる。
・エッチバック装置：マグネトロンＲＩＥ装置
・エッチングガス：ＣＦ４（流量１５５ｓｃｃｍ）
・高周波電力：１．８Ｗ／ｃｍ２
・エッチング室内圧力：６．６５Ｐａ
・下部電極温度（チラー温度）：０℃
・エッチング量：２．４μｍ（スチレン系レジスト換算）
【００５５】
このようにして、図２に示した構造の固体撮像素子を製造することができる。
【００５６】
上述の本実施の形態の製造方法によれば、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２２上に接してレジスト２３を形成し、その後、熱リフローによりレジスト２３をレンズの形状とする。これにより、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２２によって、熱リフロー時にレジスト２３が広がろうとする力を抑制して、レジスト２３がすべる量を低減することができる。
従って、レジスト２３の間隔を狭めても、隣接するレジスト２３がくっつかないため、レジスト２３の間隔を狭めることができる。
そして、エッチングにより、レジスト２３からレンズ母材層２１にレンズ形状を転写するので、レンズ母材層２１により形成されるマイクロレンズ２０の間隔を狭めて、マイクロレンズ２０の無効領域を低減することができる。マイクロレンズ２０の無効領域を低減することが可能であることから、無効領域による損失を低減して、固体撮像素子の感度を向上することが可能になる。
【００５７】
また、図２に示した本実施の形態の固体撮像素子は、本実施の形態の製造方法を採用することにより、マイクロレンズ２０の間隔が狭く、マイクロレンズ２０の無効領域が少ない構成とすることができる。これにより、無効領域による損失が少なく、マイクロレンズ２０による集光度が高く、感度の高い固体撮像素子を構成することができる。
【００５８】
＜３．第２の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）＞
第２の実施の形態の固体撮像素子の要部の断面図を、図５に示す。図５は、図２と同様に、固体撮像素子の３つの画素の断面図を示している。
本実施の形態の固体撮像素子は、図２の平坦化層１９を省略した構成である。
図５に示すように、カラーフィルタ１８の上を覆って、マイクロレンズ２０を構成するレンズ母材層が形成されており、その上部に表面が曲面形状のマイクロレンズ２０が形成されている。
【００５９】
なお、その他の構成は、第１の実施の形態と同様であり、図１の平面図に示した構造を採用することができる。
【００６０】
本実施の形態では、特に、以下に説明するようにして、図５に示した固体撮像素子を製造する。
【００６１】
まず、従来公知の製造方法により、図５の半導体基板１１内に受光部１５を形成し、カラーフィルタ１８までの各層を順次形成する。
【００６２】
次に、図６Ａに示すように、カラーフィルタ１８上に、レンズ母材層２１を、厚さ０．１〜４μｍで形成する。レンズ母材層２１の材料には、マイクロレンズ２０の材料、即ち、無機膜（酸化膜、窒化膜等）や有機膜（シロキサン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、或いは、各々の樹脂の共重合したもの、前述した樹脂にＴｉＯ２等の金属酸化物フィラーを含有させたもの）を使用することができる。レンズ母材層２１は、その材料に応じて、スピンコート或いはＣＶＤにて形成する。
このとき、カラーフィルタ１８の段差に対応して、赤Ｒのカラーフィルタよりも薄い緑Ｇのカラーフィルタ上のレンズ母材層２１に、窪み２１Ａが形成される。
なお、本実施の形態の場合、カラーフィルタ１８の段差によるレンズ母材層２１の窪み２１Ａの深さと、形成されるマイクロレンズ２０の高さとを考慮して、レンズ母材層２１の厚さを設定する。
【００６３】
次に、図６Ｂに示すように、レンズ母材層２１上に、スピンコートにて中間膜２２を成膜する。このとき、中間膜２２によって、図６Ａに示したレンズ母材層２１の窪み２１Ａが埋められる。その後、中間膜２２を熱硬化させる。
中間膜２２は、第１の実施の形態と同様に、熱膨張係数がレンズ形状用のレジストと同等以上になるように材料を選定して、受光部１５で光電変換する光の波長よりも光路が短くなるような膜厚（０．３μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下）で形成する。
例えば、レンズ母材層２１がＳｉＮ，ＳｉＯＮ等の無機膜であり、レジストがノボラック樹脂、アクリル樹脂の場合には、スチレン系樹脂等を中間膜２２に用いる。
【００６４】
次に、中間膜２２の上にレジストを形成した後、レンズ用マスクを用いてレジストを露光する。そして、現像して、図６Ｃに示すように、レジスト２３を各レンズにパターニングする。
その後、熱リフローを行って、図７Ｄに示すように、レジスト２３をレンズ形状とする。
【００６５】
次に、Ｏ２，ＣＦ４系のガスにてエッチングを行い、図７Ｅに示すように、レジスト２３のレンズ形状をレンズ母材層２１へ転写する。これにより、レンズ母材層２１によるマイクロレンズ２０を形成することができる。
このエッチングの間に、レジスト２３及びその下の中間膜２２は除去される。
【００６６】
このときのエッチングの装置や条件は、例えば、以下の通りとする。
ＩＣＰ装置、ＣＣＰ装置、ＴＣＰ装置、マグネトロンＲＩＥ装置、ＥＣＲ装置等の装置を用いる。
そして、ＣＦ４やＣ４Ｆ８等のフロロカーボンガス系のガスを主成分として用いて、温度、圧力等を適宜調整して、エッチングを実施する。
また、具体的なエッチング条件は、例えば、以下の通りとすることができる。
・エッチバック装置：マグネトロンＲＩＥ装置
・エッチングガス：ＣＦ４（流量１５５ｓｃｃｍ）
・高周波電力：１．８Ｗ／ｃｍ２
・エッチング室内圧力：６．６５Ｐａ
・下部電極温度（チラー温度）：０℃
・エッチング量：２．４μｍ（スチレン系レジスト換算）
【００６７】
このようにして、図５に示した構造の固体撮像素子を製造することができる。
【００６８】
上述の本実施の形態の製造方法によれば、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２２上に接してレジスト２３を形成し、その後、熱リフローによりレジスト２３をレンズの形状とする。これにより、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２２によって、熱リフロー時にレジスト２３が広がろうとする力を抑制して、レジスト２３がすべる量を低減することができる。
従って、レジスト２３の間隔を狭めても、隣接するレジスト２３がくっつかないため、レジスト２３の間隔を狭めることができる。
そして、エッチングにより、レジスト２３からレンズ母材層２１にレンズ形状を転写するので、レンズ母材層２１により形成されるマイクロレンズ２０の間隔を狭めて、マイクロレンズ２０の無効領域を低減することができる。マイクロレンズ２０の無効領域を低減することが可能であることから、無効領域による損失を低減して、固体撮像素子の感度を向上することが可能になる。
【００６９】
また、図５に示した本実施の形態の固体撮像素子は、本実施の形態の製造方法を採用することにより、マイクロレンズ２０の間隔が狭く、マイクロレンズ２０の無効領域が少ない構成とすることができる。これにより、無効領域による損失が少なく、マイクロレンズ２０による集光度が高く、感度の高い固体撮像素子を構成することができる。
【００７０】
＜４．第３の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）＞
次に、固体撮像素子及びその製造方法の第３の実施の形態を説明する。
本実施の形態では、固体撮像素子の構造は、図１〜図２に示した第１の実施の形態の固体撮像素子の構造と同じであるが、固体撮像素子の製造方法が第１の実施の形態とは一部異なる。
【００７１】
本実施の形態では、特に、以下に説明するようにして、図１〜図２に示した固体撮像素子を製造する。
【００７２】
まず、従来公知の製造方法により、図２の半導体基板１１内に受光部１５を形成し、カラーフィルタ１８までの各層を順次形成する。
【００７３】
次に、図８Ａに示すように、カラーフィルタ１８上に、スピンコートにより、必要とされる平坦度に応じて、０．１〜１μｍの厚さに平坦化層１９をコートする。この平坦化層１９の材料としては、シロキサン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、或いは、各々の樹脂の共重合したもの、前述した樹脂にＴｉＯ２等の金属酸化物フィラーを含有させたもの、等の有機材料を使用することができる。
【００７４】
次に、図８Ｂに示すように、平坦化層１９上に、レンズ母材層２１を、厚さ０．５〜４μｍで形成する。レンズ母材層２１の材料には、マイクロレンズ２０の材料、即ち、無機膜（酸化膜、窒化膜等）や有機膜（シロキサン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、或いは、各々の樹脂の共重合したもの、前述した樹脂にＴｉＯ２等の金属酸化物フィラーを含有させたもの）を使用することができる。レンズ母材層２１は、その材料に応じて、スピンコート或いはＣＶＤにて形成する。
なお、図８Ａ〜図８Ｂの各工程は、第１の実施の形態の図３Ａ〜図３Ｂに示した各工程と同様である。
【００７５】
次に、熱膨張係数がレンズ形状用のレジストと同等以上になるようにして、受光部１５で光電変換する光の波長よりも光路が短くなるような膜厚（０．３μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下）で、図８Ｃに示すように、スピンコートにて中間膜２４を成膜する。その後、中間膜２４を熱硬化させる。このとき、中間膜２４がその後形成するレジストとミキシングしない程度に、熱硬化の温度を低くして、硬化度を意図的に落とすことによって中間膜２４の熱膨張率を大きくする。この点で、本実施の形態の中間膜２４は、第１の実施の形態の中間膜２２とは構成が異なっている。
例えば、レジストのリフロー時の温度が２３０℃の場合に、中間膜２４の熱硬化の温度を２００℃とする。中間膜２４は、後のエッチングにより除去されるので、完全に硬化させる必要はない。
【００７６】
次に、中間膜２４の上にレジストを形成した後、レンズ用マスクを用いてレジストを露光する。そして、現像して、図９Ｄに示すように、レジスト２３を各レンズにパターニングする。
その後、熱リフローを行って、図９Ｅに示すように、レジスト２３をレンズ形状とする。
【００７７】
次に、Ｏ２，ＣＦ４系のガスにてエッチングを行い、図４Ｆに示すように、レジスト２３のレンズ形状をレンズ母材層２１へ転写する。これにより、レンズ母材層２１によるマイクロレンズ２０を形成することができる。
このエッチングの間に、レジスト２３及びその下の中間膜２４は除去される。
【００７８】
このときのエッチングの装置や条件は、例えば、以下の通りとする。
ＩＣＰ装置、ＣＣＰ装置、ＴＣＰ装置、マグネトロンＲＩＥ装置、ＥＣＲ装置等の装置を用いる。
そして、ＣＦ４やＣ４Ｆ８等のフロロカーボンガス系のガスを主成分として用いて、温度、圧力等を適宜調整して、エッチングを実施する。
また、具体的なエッチング条件は、例えば、以下の通りとすることができる。
・エッチバック装置：マグネトロンＲＩＥ装置
・エッチングガス：ＣＦ４（流量１５５ｓｃｃｍ）
・高周波電力：１．８Ｗ／ｃｍ２
・エッチング室内圧力：６．６５Ｐａ
・下部電極温度（チラー温度）：０℃
・エッチング量：２．４μｍ（スチレン系レジスト換算）
【００７９】
このようにして、図２に示した構造の固体撮像素子を製造することができる。
【００８０】
上述の本実施の形態の製造方法によれば、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２４上に接してレジスト２３を形成し、その後、熱リフローによりレジスト２３をレンズの形状とする。これにより、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２４によって、熱リフロー時にレジスト２３が広がろうとする力を抑制して、レジスト２３がすべる量を低減することができる。
従って、レジスト２３の間隔を狭めても、隣接するレジスト２３がくっつかないため、レジスト２３の間隔を狭めることができる。
そして、エッチングにより、レジスト２３からレンズ母材層２１にレンズ形状を転写するので、レンズ母材層２１により形成されるマイクロレンズ２０の間隔を狭めて、マイクロレンズ２０の無効領域を低減することができる。マイクロレンズ２０の無効領域を低減することが可能であることから、無効領域による損失を低減して、固体撮像素子の感度を向上することが可能になる。
【００８１】
また、本実施の形態の固体撮像素子は、本実施の形態の製造方法を採用することにより、マイクロレンズ２０の間隔が狭く、マイクロレンズ２０の無効領域が少ない構成とすることができる。これにより、無効領域による損失が少なく、マイクロレンズ２０による集光度が高く、感度の高い固体撮像素子を構成することができる。
【００８２】
＜５．変形例＞
上述した各実施の形態に対する変形例を示す。
本技術を使用して、略矩形のマイクロレンズを形成することができれば、エッチバックの際に、隣接する画素の境界付近の部分でエッチングを進めて、半導体基板からマイクロレンズまでの高さを低くすることが可能である。
この点を、図１０の平面図と図１１Ａ及び図１１Ｂの断面図を参照して説明する。
【００８３】
図１０の平面図に示すように、カラーフィルタ１８のうち、赤Ｒのカラーフィルタ１８Ｒ及び青Ｂのカラーフィルタ１８Ｂは、対応する画素のみに島状に形成して、緑Ｇのカラーフィルタ１８Ｇは対応する画素及び画素間の部分に形成する構成を考える。
この構成を作製する場合、緑Ｇのカラーフィルタ１８Ｇは、画素の部分と比較して画素間の部分は薄く形成される。
【００８４】
図１０のＸ−Ｘ´における断面図を図１１Ａに示し、Ｙ−Ｙ´における断面図を図１１Ｂに示す。図１１Ｂに示すように、緑Ｇのカラーフィルタ１８Ｇは、緑Ｇの画素同士の間の部分（ブリッジ部）において、図１１Ａに示す緑Ｇの画素の部分よりも薄く形成される。
緑Ｇのカラーフィルタ１８Ｇのブリッジ部を利用して、エッチングを進めれば、マイクロレンズ２０の最下部の位置を低くして、マイクロレンズ２０をより低い位置に形成することが可能になる。この場合、作製されるマイクロレンズ２０は、行列状に配置された画素の垂直・水平方向（縦横方向）と斜め方向で、マイクロレンズの高さが異なり、斜め方向の高さが水平方向の高さの１〜３倍となる。
【００８５】
そして、本技術の製法を適用することにより、マイクロレンズ間の無効領域の幅を低減することができ、マイクロレンズの間隔を狭めることができるので、従来の製法と比較して、さらにマイクロレンズをより低く形成することが可能になる。
【００８６】
＜６．第４の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）＞
第４の実施の形態の固体撮像素子の要部の断面図を、図１２に示す。図１２は、図２及び図５と同様に、固体撮像素子の３つの画素の断面図を示している。
本実施の形態の固体撮像素子は、レジストをそのままレンズとして使用した構成である。
図１２に示すように、カラーフィルタ１８を覆う平坦化層１９の上に、中間膜２５を介して、表面が曲面形状のマイクロレンズ２６が形成されている。このマイクロレンズ２６は、レジストを熱リフローさせて硬化させることによって形成されている。
中間膜２５は、前述した第１の実施の形態や第２の実施の形態の製造工程で使用した中間膜２２と同様に、熱膨張係数がレンズ形状用のレジストと同等以上の材料を使用している。
中間膜２５の膜厚は、好ましくは、０．３μｍ以下とし、さらにより好ましくは０．１μｍ以下とする。特に、中間膜２５の膜厚を０．１μｍ以下としたときには、可視光の最も短い４００ｎｍ程度の光に対しても、界面での反射を無視できるくらいの薄い膜となり、集光ロスとならない。
【００８７】
なお、その他の構成は、第１の実施の形態と同様であり、図１の平面図に示した構造を採用することができる。
【００８８】
本実施の形態では、特に、以下に説明するようにして、図１２に示した固体撮像素子を製造する。
【００８９】
まず、従来公知の製造方法により、図１２の半導体基板１１内に受光部１５を形成し、カラーフィルタ１８までの各層を順次形成する。
【００９０】
次に、図１３Ａに示すように、カラーフィルタ１８上に、スピンコートにより、必要とされる平坦度に応じて、０．１〜１μｍの厚さに平坦化層１９をコートする。この平坦化層１９の材料としては、シロキサン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、或いは、各々の樹脂の共重合したもの、前述した樹脂にＴｉＯ２等の金属酸化物フィラーを含有させたもの、等の有機材料を使用することができる。
【００９１】
次に、熱膨張係数がレンズ形状用のレジストと同等以上になるように材料を選定して、受光部１５で光電変換する光の波長よりも光路が短くなるような膜厚（０．３μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下）で、図１３Ｂに示すように、スピンコートにて中間膜２５を成膜する。その後、中間膜２５を熱硬化させる。
例えば、レジストがノボラック樹脂、アクリル樹脂の場合には、スチレン系樹脂等を中間膜２５に用いる。
【００９２】
次に、中間膜２５の上にレジストを形成した後、レンズ用マスクを用いてレジストを露光する。そして、現像して、図１４Ｃに示すように、レジスト２３を各レンズにパターニングする。
次に、熱リフローを行って、図１４Ｄに示すように、レジスト２３をレンズ形状とする。これにより、レジスト２３によるマイクロレンズ２６を形成することができる。
その後、必要に応じて、透明化処理として、紫外光によるブリーチングを行う。例えば、全面に紫外光を照射する。
このようにして、図１２に示した構造の固体撮像素子を製造することができる。
【００９３】
上述の本実施の形態の製造方法によれば、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２５上に接してレジスト２３を形成し、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状とする。これにより、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２５によって、熱リフロー時にレジストが広がろうとする力を抑制して、レジスト２３がすべる量を低減する。
従って、レジスト２３の間隔を狭めても、隣接するレジスト２３がくっつかないため、レジスト２３の間隔を狭めることができる。
そして、レジスト２３をレンズの形状としてレジスト２３から成るマイクロレンズ２６を形成するので、マイクロレンズ２６の間隔を狭めて、マイクロレンズ２６の無効領域を低減することができる。マイクロレンズ２６の無効領域を低減することが可能であることから、無効領域による損失を低減して、固体撮像素子の感度を向上することが可能になる。
【００９４】
また、図１２に示した本実施の形態の固体撮像素子は、本実施の形態の製造方法を採用することにより、マイクロレンズ２６の間隔が狭く、マイクロレンズ２６の無効領域が少ない構成とすることができる。これにより、無効領域による損失が少なく、マイクロレンズ２６による集光度が高く、感度の高い固体撮像素子を構成することができる。
【００９５】
本技術において、固体撮像素子の画素部及び周辺回路部の構成は、図１に示した構成に限定されるものではなく、その他の構成とすることも可能である。
また、図１に示した構成を含むＣＭＯＳ型固体撮像素子に限らず、ＣＣＤ固体撮像素子等、他の型の固体撮像素子にも適用することが可能である。
さらにまた、受光部が形成された半導体基体に対して、配線層をレンズと同じ側に形成する表面照射型構造と、配線層をレンズとは逆の側に形成する裏面照射型構造との、いずれの構造にも、本技術を適用することが可能である。
本技術において、受光部を形成する半導体基体は、図１及び図２等の半導体基板１１に限定されるものではなく、半導体基板上に半導体エピタキシャル層を形成した半導体基体等を用いることも可能である。
また、本技術において、半導体基体の材料としては、シリコンの他、Ｇｅや化合物半導体等の半導体を使用することも可能である。
【００９６】
本技術に係る固体撮像素子は、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や、撮像機能を有する携帯電話、撮像機能を備えた他の機器等に適用することができる。
【００９７】
＜７．第５の実施の形態（撮像装置）＞
第５の実施の形態の撮像装置の概略構成図（ブロック図）を、図１５に示す。
図１５に示すように、この撮像装置１２１は、固体撮像素子１２２、光学系１２３、シャッタ装置１２４、駆動回路１２５、信号処理回路１２６を有する。
【００９８】
光学系１２３は、光学レンズ等により構成され、被写体からの像光（入射光）を固体撮像素子１２２の画素部に結像させる。これにより、固体撮像素子１２２内に、一定期間信号電荷が蓄積される。光学系１２３は、複数個の光学レンズから構成された光学レンズ系としても良い。
固体撮像素子１２２としては、前述した各実施の形態の固体撮像素子等、本技術に係る固体撮像素子を使用する。
シャッタ装置１２４は、固体撮像素子１２２への光照射期間及び遮光期間を制御する。
駆動回路１２５は、固体撮像素子１２２の転送動作及びシャッタ装置１２４のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路１２５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１２２の信号転送を行う。
信号処理回路１２６は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリ等の記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。
【００９９】
上述の本実施の形態の撮像装置１２１の構成によれば、固体撮像素子１２２として、前述した各実施の形態の固体撮像素子等、本技術に係る固体撮像素子を使用することにより、無効領域による損失が少なく、レンズによる集光度が高く、高い感度が得られる。
【０１００】
本技術において、撮像装置の構成は、図１５に示した構成に限定されるものではなく、本技術に係る固体撮像素子を使用する構成であれば、図１５に示した以外の構成とすることも可能である。
【０１０１】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）受光部の上方にレンズが設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、前記レンズを構成するレンズ母材層を形成する工程と、前記レンズ母材層上に、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程と、前記中間膜上に接して、前記レジストを形成する工程と、その後、熱リフローにより前記レジストをレンズの形状とする工程と、エッチングにより、前記レジストのレンズの形状を、前記レンズ母材層に転写して、前記レンズを形成する工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
（２）前記中間膜を０．３μｍ以下の膜厚で形成する、前記（１）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（３）受光部の上方にレンズが設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程と、前記中間膜上に接して、前記レジストを形成する工程と、その後、熱リフローにより前記レジストをレンズの形状として、前記レジストから成る前記レンズを形成する工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
（４）前記中間膜を０．３μｍ以下の膜厚で形成する、前記（３）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（５）半導体基体に形成された受光部と、前記受光部の上方に形成され、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜と、前記中間膜上に接して形成され、前記レジストから成るレンズとを有する固体撮像素子。
（６）前記中間膜の膜厚が０．３μｍ以下である、前記（５）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（７）光学系と、前記（５）又は（６）に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を備えた撮像装置。
【０１０２】
本技術は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１２２ 固体撮像素子、２ 画素、３ 画素部、４ 垂直駆動回路、５ カラム信号処理回路、６ 水平駆動回路、７ 出力回路、８ 制御回路、９ 垂直信号線、１０ 水平信号線、１１ 半導体基板、１２ 入出力端子、１５ 受光部、１７，１９ 平坦化層、１８，１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂ カラーフィルタ、２０，２６ マイクロレンズ、２１ レンズ母材層、２２，２４，２５ 中間膜、２３ レジスト、１２１ 撮像装置、１２３ 光学系、１２４ シャッタ装置、１２５ 駆動回路、１２６ 信号処理回路
【技術分野】
【０００１】
本技術は、固体撮像素子の製造方法、固体撮像素子、撮像装置に係わる。
【背景技術】
【０００２】
固体撮像素子においては、集光効率を高めて、各画素のフォトダイオードから成る受光部での受光量を増大させるために、各画素の受光部の上方にマイクロレンズが設けられている。
【０００３】
そして、固体撮像素子における集光は、マイクロレンズによる寄与が大きく、レンズが集光に寄与しない無効領域の削減が重要である。
その一方で、レンズの集光力を上げるために、高屈折率材料や、レンズ界面における反射を抑制するための低屈折率材料等、レンズ材料のバリエーションが増えており、レンズ形状の制御が難しくなってきている。
【０００４】
マイクロレンズの形成技術としては、大別して、（１）レジストエッチバック法、（２）エッチバックレス法、（３）ナノインプリント法、の３種類が挙げられる。
（１）のレジストエッチバック法では、ギャップレス化するために、例えば、中間膜として設けた有機膜に一度レンズ形状を転写して、さらに、有機膜から無機膜にレンズ形状を転写している（例えば、特許文献１参照。）。
（２）のエッチバックレス法では、例えば、融着防止のためにグレーマスクを使用している（例えば、特許文献２参照。）。
（３）のナノインプリント法では、例えば、マイクロレンズ型をマイクロレンズ形成膜に押し当てて、マイクロレンズを形成している（例えば、特許文献３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−９０７９号公報
【特許文献２】特開２００７−３１６１５３号公報
【特許文献３】特開２００９−１９９０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
（１）のレジストエッチバック法では、トータルのエッチング量が倍増することにより、プラズマや紫外光によるダメージが懸念される。また、エッチング量が増えることにより、ダストやウェハ面内の均一性が悪化することも懸念される。
（２）のエッチバックレス法は、特殊なマスクであって高価なグレーマスクを使用している。（３）のナノインプリント法では、タングステン酸化物等の無機レジスト膜に露光光の照射強度を制御して露光することによりマイクロレンズ型を作製していることから、マイクロレンズ型の作製が煩雑であり、手間と時間を要する。
従って、これらの方法では、製造コストが高くなる。
【０００７】
本技術の目的は、レンズの無効領域が少ない固体撮像素子を、容易に製造することができる固体撮像素子の製造方法を提供するものである。また、この製造方法により製造される固体撮像素子や、この固体撮像素子を備えた撮像装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本技術の固体撮像素子の製造方法は、受光部の上方にレンズが設けられた固体撮像素子を製造する方法である。
そして、レンズを構成するレンズ母材層を形成する工程と、このレンズ母材層上に、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程と、この中間膜上に接して、前記レジストを形成する工程とを有する。
さらに、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状とする工程と、エッチングにより、レジストのレンズの形状をレンズ母材層に転写して、レンズを形成する工程とを有する。
【０００９】
上述の本技術の固体撮像素子の製造方法によれば、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜上に接してレジストを形成し、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状とする。これにより、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜によって、熱リフロー時にレジストが広がろうとする力を抑制して、レジストがすべる量を低減することができるので、レジストの間隔を狭めても隣接するレジストがくっつかない。そのため、レジストの間隔を狭めることができる。
そして、エッチングにより、レジストからレンズ母材層にレンズ形状を転写することにより、レンズ母材層により形成されるレンズの間隔を狭めて、レンズの無効領域を低減することができる。
【００１０】
本技術の固体撮像素子の製造方法は、受光部の上方にレンズが設けられた固体撮像素子を製造する方法である。
そして、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程と、この中間膜上に接してレジストを形成する工程と、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状として、レジストから成るレンズを形成する工程とを有する。
【００１１】
上述の本技術の固体撮像素子の製造方法によれば、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜上に接してレジストを形成し、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状とする。これにより、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜によって、熱リフロー時にレジストが広がろうとする力を抑制して、レジストがすべる量を低減することができるので、レジストの間隔を狭めても隣接するレジストがくっつかない。そのため、レジストの間隔を狭めることができる。
そして、レジストをレンズの形状としてレジストから成るレンズを形成するので、レンズの間隔を狭めて、レンズの無効領域を低減することができる。
【００１２】
本技術の固体撮像素子は、半導体基体に形成された受光部と、この受光部の上方に形成され、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜と、この中間膜上に接して形成され、レジストから成るレンズとを有するものである。
【００１３】
上述の本技術の固体撮像素子の構成によれば、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜上に接して、レジストからなるレンズが形成されている。これにより、この構成を製造する際に、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜によって、熱リフロー時にレジストが広がろうとする力を抑制して、レジストがすべる量を低減することができる。
従って、前述したように、レンズの間隔を狭めて、レンズの無効領域を低減することが可能になる。
【００１４】
本技術の撮像装置は、光学系と、上記本技術の固体撮像素子と、固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路を備えたものである。
【００１５】
上述の本技術の撮像装置の構成によれば、本技術の固体撮像素子を備えているので、固体撮像素子において、レンズの無効領域を低減することが可能になる。
【発明の効果】
【００１６】
上述の本技術によれば、レンズの無効領域を低減することが可能であることから、無効領域による損失を低減して、固体撮像素子の感度を向上することが可能になる。
また、レジストの下地として、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成するだけで、レンズ間の無効領域を低減することが可能であるので、簡易で安価に固体撮像素子を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（平面図）である。
【図２】第１の実施の形態の固体撮像素子の要部の断面図である。
【図３】Ａ〜Ｃ 第１の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図４】Ｄ〜Ｆ 第１の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図５】第２の実施の形態の固体撮像素子の要部の断面図である。
【図６】Ａ〜Ｃ 第２の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図７】Ｄ、Ｅ 第２の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図８】Ａ〜Ｃ 第３の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図９】Ｄ〜Ｆ 第３の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図１０】変形例の固体撮像素子のカラーフィルタの平面図である。
【図１１】Ａ 図１０のＸ−Ｘ´における断面図である。 Ｂ 図１０のＹ−Ｙ´における断面図である。
【図１２】第４の実施の形態の固体撮像素子の要部の断面図である。
【図１３】Ａ、Ｂ 第４の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図１４】Ｃ、Ｄ 第４の実施の形態の固体撮像素子の製造方法を示す製造工程図である。
【図１５】第５の実施の形態の撮像装置の概略構成図（ブロック図）である。
【図１６】Ａ、Ｂ レジストと下地膜の熱膨張係数の大小関係によるリフロー時のレジストの変化の違いを説明する図である。
【図１７】Ａ、Ｂ レジストと下地膜の熱膨張係数の大小関係によるリフロー時のレジストの断面形状の変化の違いを説明する図である。
【図１８】下地材料の違いによるすべり量の違いを示す図である。
【図１９】下地の架橋密度とポストベーク後の状態との関係を示す図である。
【図２０】ベーク後の残膜率と滑り量との関係を示す図である。
【図２１】マイクロレンズの無効領域の長さと感度比との関係を示す図である。
【図２２】Ａ，Ｂ ポストベーク時間と膜の状態との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本技術を実施するための最良の形態（以下、実施の形態とする）について説明する。
なお、説明は以下の順序で行う。
１．本技術の概要
２．第１の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）
３．第２の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）
４．第３の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）
５．変形例
６．第４の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）
７．第５の実施の形態（撮像装置）
【００１９】
＜１．本技術の概要＞
まず、具体的な実施の形態の説明に先立ち、本技術の概要について説明する。
本技術は、受光部の上方に設けられたレンズ（マイクロレンズ）の無効領域を低減することが可能であり、かつ、簡易であって、安価に製造することを可能にする、固体撮像素子の製造方法を提供することを目的としている。
【００２０】
従来から提案されている、レジストのレンズ形状をエッチバックによりレンズ母材層に転写する製造方法では、同じレジストを使用した場合でも、レジストの下地の材料・状態によって、レンズの形状が変化し、レンズの形状の制御が困難であった。
そして、本技術の発明者が検討した結果、上述のレンズの形状の変化は、レンズ形成材料と下地膜との熱膨張係数の差に起因することがわかった。
【００２１】
ここで、レジストと下地膜との熱膨張係数の大小関係による、リフロー時のレジストの変化の違いを、それぞれ図１６Ａ及び図１６Ｂに示す。図１６Ａ及び図１６Ｂにおいて、上図は縦横３画素の平面図を示し、下図は１画素の断面図を示している。
熱膨張係数が小さい下地膜１０２を用いて、レジストの熱膨張係数＞下地膜の熱膨張係数である場合には、図１６Ａの下図に示すように、レジスト１０１のリフローする力（黒の矢印）に対して、下地膜１０２の熱によって体積変化する力（白の矢印）が小さい。このため、リフローしようとする方向への抑止力が小さく、レジスト１０１のすべる量が大きくなる。このような場合、図１６Ａの上図に示すように、リフローによりレジスト１０１が各方向に大きく広がって、レジスト１０１の平面形状が円形に近くなる。そして、レジスト１０１のすべる量が大きいので、リフローの前のレジスト１０１のギャップを広くとる必要があり、その結果、斜め方向の無効領域の幅ｗが大きくなる。
熱膨張係数が大きい下地膜１０３を用いて、レジストの熱膨張係数＜下地膜の熱膨張係数である場合には、図１６Ｂの下図に示すように、下地膜１０３の熱によって体積変化する力（白の矢印）がレジスト１０１のリフローする力（黒の矢印）と同等に近くなる。このため、リフローしようとする方向への抑止力が大きくなり、レジスト１０１のすべる量が小さくなる。このような場合、図１６Ｂの上図に示すように、リフローによるレジスト１０１の広がりが小さいので、リフロー前のレジスト１０１の形状がほぼ維持される。そして、レジスト１０１のすべる量が小さいので、リフロー前のレジスト１０１のギャップを狭くすることが可能になり、その結果、斜め方向の無効領域の幅ｗが小さくなる。
【００２２】
また、レジストと下地膜との熱膨張係数の大小関係による、リフロー時のレジストの断面形状の変化の違いを、それぞれ図１７Ａ及び図１７Ｂに示す。図１７Ａ及び図１７Ｂは、１画素の断面図を示している。図１７Ａ及び図１７Ｂにおいて、白の矢印及び黒の矢印は、図１６Ａ及び図１６Ｂと同じ意味である。
レジストの熱膨張係数＞下地膜の熱膨張係数である場合には、図１７Ａに示すように、レジスト１０１のリフローする力（黒の矢印）に対して、下地膜１０２の熱によって体積変化する力（白の矢印）が小さい。このため、リフローしようとする方向への抑止力が小さく、レジスト１０１のすべる量が大きくなる。このような場合、レジスト１０１がすべって水平方向に広がることにより、断面形状が崩れて図１７Ａに示すような非球面形状になりやすくなる。この場合、レンズ形成材にレジストのレンズ形状を転写しても、レンズが非球面形状となり、集光ポイントのずれが発生する。
レジストの熱膨張係数＜下地膜の熱膨張係数である場合には、図１７Ｂに示すように、下地膜１０３の熱によって体積変化する力（白の矢印）がレジスト１０１のリフローする力（黒の矢印）と同等に近くなる。このため、リフローしようとする方向への抑止力が大きくなり、レジスト１０１のすべる量が小さくなる。このような場合、図１７Ｂに示すように、断面形状が球面形状を保ちやすい。この場合、レンズ形成材にレジストのレンズ形状を転写しても、レンズを球面形状として、集光ポイントを適切にすることができる。
【００２３】
次に、実際に、下地膜の材料を各種材料で変えて、同じレジスト材料について、現像後のパターニングした状態と、ポストベークによってリフローを行った後の状態を調べた。また、リフローの前後のレジストのすべり量を測定した。
Ａ〜Ｇの異なる７種の下地材料について調べた結果を、図１８に示す。
図１８からわかるように、同じレジスト材料を使用しても、下地材料によってすべり量が大きく異なる。下地材料Ｃの場合には、すべり量が大き過ぎて、隣接する画素のレジストが繋がってしまっている。
【００２４】
また、下地膜に架橋密度により熱膨張係数が変化する材料を使用した場合には、下地膜の架橋の状態によって、リフローによるレジストの形状の変化が異なり、制御が難しい。
ここで同一の樹脂について、架橋密度を３種類変えて、それぞれの架橋密度のものを下地膜に使用して、その上にレジストをレンズ用の現像パターンに形成した。そして、現像後の状態と、２００℃・５分でポストベークを行った場合と、２３０℃・５分でポストベークを行った状態について、レジストの形状を比較した。結果として、それぞれのレジストの平面形状を図１９に示す。
図１９からわかるように、下地膜の樹脂の架橋密度を高くした場合には、レジストのすべり量が大きくなり、隣接する画素のレジストが繋がってしまっている。これに対して、下地膜の樹脂の架橋密度を低くした場合には、現像後の平面形状が維持されやすくなる。
下地膜の樹脂の架橋密度を中程度とした場合には、ポストベークの温度を２００℃から２３０℃に上げると、すべり量が増大していることがわかる。これに対して、下地膜の樹脂の架橋密度を低くした場合には、ポストベークの温度を２３０℃に上げてもレジストの形状が維持されていることがわかる。
これらの結果は、下地膜の樹脂の架橋密度を高くすると熱膨張係数が小さくなり、下地膜の樹脂の架橋密度を低くすると熱膨張係数が大きくなるためと考えられる。
【００２５】
以上の結果からわかるように、下地膜の熱膨張係数が大きくなるように下地材料を選定することにより、リフロー時のレジストのすべり量を小さくして、レジストの広がりや形状変化を抑制することができる。
【００２６】
次に、下地膜の材料をいくつか選定して、それぞれの材料の下地膜上にレジストを形成し、リフローを行ってレジストをレンズ形状とした。このとき、リフロー時のベーク後に下地膜が残る残膜率と、リフローによるレジストのすべり量とを、それぞれ測定した。
測定結果を、図２０に示す。横軸は下地膜のベーク後の残膜率を示し、縦軸はレジストのすべり量を示している。また、各材料について、同系統の材料の結果を大きく囲んでまとめている。
図２０からわかるように、ベーク後の残膜量が高い、即ち、硬化度が高くて熱膨張係数が低いほど、レジストがすべり、即ち無効領域の幅が大きくなる。
各系統の材料について、残膜率の大小は、小さい方から大きい方へ、アクリル系、共重合系、スチレン・ＰＩＱ（ポリイソインドロキナゾリンジオン）系、ＳｉＮ系となっている。
材料の熱膨張係数の測定は簡便ではないので、この結果を利用して、簡易的にベーク後の残膜率、即ち収縮率の大きいものを選定することにより、下地膜の熱膨張係数を大きくすることが可能である。
図２０の結果から、アクリル系をレジストの下地膜に用いれば、理想的な組み合わせである。ただし、エッチングでレンズ形成材にレンズ形状を転写する場合には、アクリル系のエッチングレートの制御が難しいので、共重合系を用いることが考えられる。
【００２７】
ここで、例えば、ＳｉＮ膜（熱膨張係数：３×１０−６／℃）上に、下地膜として、アクリル又はスチレン膜（熱膨張係数：５．０〜８．３５／℃）を成膜した後、その上にレジストを形成した場合と、ＳｉＮ膜上に直接レジストを形成した場合とを比較した。
ＳｉＮ膜上に下地膜を形成した場合には、ＳｉＮ膜上に直接レジストを形成した場合と比較して、リフロー後の、斜め方向の無効領域の幅が低減されることがわかった。例えばセルサイズを１．０μｍとしたときには、斜め方向の無効領域の幅が、４００ｎｍから３２０ｎｍに２０％低減される。
さらに、様々なセルサイズについて、シミュレーションを行い、無効領域の幅とレンズの有効面積比（無効領域が０のときを１００と規格化した値）との関係を調べた。その結果、セルサイズを１．０μｍとしたとき、上述したように無効領域の幅が４００ｎｍから３２０ｎｍと２０％低減されることにより、７％有効面積比が上がることがわかった。この有効面積比は、感度と比例するので、感度も７％程度向上することがわかる。
【００２８】
さらにまた、裏面照射型構造でセルサイズを１．６μｍとした場合について、無効領域の幅を変えて、シミュレーションを行って、感度を求めた。その結果を、図２１に示す。図２１の横軸は無効領域の幅（ｎｍ）を示し、縦軸は無効領域が０である場合で規格化した感度比を示している。
図２１中の矢印Ａで示すように、無効領域の幅が４００ｎｍから３２０ｎｍに２０％低減されると、感度比は、８６％から９３％に７ポイント改善されることがわかる。
【００２９】
上述した結果も考慮して、本技術は以下の構成とする。
【００３０】
一の本技術の固体撮像素子の製造方法（第１製造方法）では、レンズを構成するレンズ母材層を形成する工程と、このレンズ母材層上に、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程とを有する。
さらに、この中間膜上に接してレジストを形成する工程と、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状とする工程と、エッチングにより、レジストのレンズの形状を、レンズ母材層に転写して、レンズを形成する工程とを有する。
【００３１】
また、他の本技術の固体撮像素子の製造方法（第２製造方法）では、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程と、この中間膜上に接してレジストを形成する工程とを有する。
さらに、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状として、レジストから成るレンズを形成する工程とを有する。
【００３２】
本技術の固体撮像素子は、半導体基体に形成された受光部の上方に、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜が形成され、この中間膜上に接して、レジストから成るレンズが形成されている構成である。即ち、本技術の固体撮像素子は、上述の第２製造方法によって作製される構成である。
本技術の撮像装置は、上述の本技術の固体撮像素子、光学系、固体撮像素子の出力信号を処理する信号処理回路を備えた構成である。
【００３３】
上述の第１製造方法及び第２製造方法によれば、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜上に接してレジストを形成し、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状とする。これにより、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜によって、熱リフロー時にレジストが広がろうとする力を抑制して、レジストがすべる量を低減することができるので、レジストの間隔を狭めても隣接するレジストがくっつかない。そのため、レジストの間隔を狭めて、レンズの無効領域を低減することができる。
そして、レンズの無効領域を低減することにより、無効領域による損失を低減して、固体撮像素子の感度を向上することが可能になる。
また、レジストの下地として、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成するだけで、レンズ間の無効領域を低減することが可能である。これにより、簡易で安価に固体撮像素子を製造することが可能になる。
【００３４】
前記特許文献１では、中間膜にレンズ形状を転写するので、中間膜の材料は、レッチングレートを考慮して選定される。また、中間膜の厚さは、転写するレンズ形状に対応してある程度以上必要になる。そして、中間膜を厚く形成することから、転写の際のエッチング量が多くなり、紫外線やプラズマによるダメージが大きくなる。
これに対して、本技術では、中間膜はレンズ形状を転写するために使用されるものではなく、レジストとの熱膨張係数の差を利用して、熱リフロー時にレジストが広がろうとする力を抑制する。これにより、レンズの無効領域を低減して、固体撮像素子の感度を向上し、混色を抑制することができる。
本技術では、中間膜にレンズ形状を転写しないので、レンズの厚さに関係なく、薄い膜で形成しても、熱リフロー時にレジストが広がろうとする力を抑制する効果が充分に得られる。従って、中間膜を薄い膜で形成することが可能である。
中間膜を薄い膜で形成することにより、前記特許文献１のように中間膜にレンズ形状を転写する場合と比較して、エッチングを行うトータルの厚さを低減して、紫外線やプラズマによるダメージ等、ＰＩＤ（Process Induces Damage）を抑制することができる。
また、本技術では、中間膜について、エッチングレートによる材料の制約がなくなり、材料選択の自由度が広くなる。中間膜は薄い膜で良いため、例えば、ｉ線を吸収するような材料を選択して、中間膜を反射防止膜として作用させることも可能になる。
上述の第１製造方法及び第２製造方法、本技術の固体撮像素子において、中間膜の膜厚は、好ましくは０．３μｍ以下、さらにより好ましくは０．１μｍ以下とする。特に、中間膜の膜厚を０．１μｍ以下としたときには、可視光の最も短い４００ｎｍ程度の光に対しても、界面での反射を無視できるくらいの薄い膜となり、集光ロスとならない。
レジストのレンズ形状をレンズ母材層に転写するエッチングを行う第１の製造方法では、中間膜の膜厚を０．３μｍ以下と十分に薄くすることにより、エッチングレートの差を生じることがなく、エッチング工程に要する時間への影響も少ない。
レジストをそのままレンズに使用する、第２の製造方法及び本技術の固体撮像素子では、中間膜の膜厚を０．３μｍ以下と十分に薄くすることにより、中間膜の界面における反射等の集光への影響を少なくすることができる。
なお、中間膜の膜厚の下限は、中間膜の材料や成膜方法によるが、固体撮像素子の画素部全体に一様な膜を形成することが可能である最小限の厚さとする。
【００３５】
中間膜の材料は、レジストの材料よりも熱膨張係数が大きい材料を使用する。
例えば、レジストの材料がノボラック樹脂の場合には、ノボラック樹脂よりも熱膨張係数の大きい、アクリル系樹脂等を中間膜に使用する。
また、図１９に示したような、架橋密度によって熱膨張係数が変化する樹脂材料を中間膜に使用する場合には、架橋密度を低くして、熱膨張係数が大きくなるようにする。例えば、中間膜の成膜後の硬化温度を低くしたり、硬化時間を短くすれば、架橋密度を低くすることが可能である。ただし、レジストを塗布する際に、レジストの溶剤で変化したり、レジストとミキシングしたりすることがない程度には硬化させる。
【００３６】
ここで、特定の材料から成る中間膜の上にレジストを形成して、熱リフローのポストベークの温度と時間を変えて試料を作製した。ポストベークの温度は、２００℃と２３０℃とした。
それぞれの試料について、ＭＭＰシンナーに膜を着けたときの膜厚の変化と、中間膜の反応率とを調べた。中間膜の反応率は、試料のＦＴ−ＩＲ測定を行って、赤外スペクトルのピーク高さの減少の度合いから求めた。
各試料の結果を、図２２Ａ及び図２２Ｂに示す。図２２Ａはポストベークの時間とＭＭＰシンナーによる膜厚の変化率との関係を示し、図２２Ｂはポストベークの時間と反応率との関係を示している。
図２２Ａ及び図２２Ｂの結果から、ポストベークの温度を２３０℃とした場合には、１０分程度で反応がほとんど終了し、膜厚の変化が少なくなることがわかる。一方、ポストベークの温度を２００℃とした場合には、１０分では反応率が７３％程度であり、溶剤により膜厚が２％程度変化することがわかる。
従って、ポストベークの温度を２００℃とすることにより、硬化度を下げて、熱膨張係数が大きい中間膜を形成することが可能になる。
また、図２２Ａ及び図２２Ｂから、２００℃の場合、３分程度以上ポストベークすれば、耐溶剤性が充分に得られ、レジストをスピンコートする際のミキシングを防ぐことが可能であると考えられる。
【００３７】
＜２．第１の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）＞
続いて、具体的な実施の形態を説明する。
第１の実施の形態の固体撮像素子の概略構成図（平面図）を、図１に示す。
また、第１の実施の形態の固体撮像素子の要部の断面図を、図２に示す。
本実施の形態は、ＣＭＯＳ型固体撮像素子に、本技術を適用したものである。
【００３８】
本実施の形態の固体撮像素子１は、図１に示すように、半導体基板１１、例えばシリコン基板に、光電変換部を含む画素２が多数規則的に２次元配列された画素部（所謂撮像領域）３と、駆動回路等を含む周辺回路部とが形成されて成る。
【００３９】
画素２は、光電変換部と、ＭＯＳトランジスタから成る画素トランジスタとを有する。
画素トランジスタとしては、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、選択トランジスタ、の少なくとも１つ以上を有する。
【００４０】
周辺回路部は、垂直駆動回路４と、カラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、制御回路８等を有して構成されている。
【００４１】
垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素駆動配線を選択して、選択された画素駆動配線に画素を駆動するためのパルスを供給し、行単位で画素を駆動する。即ち、垂直駆動回路４は、画素部３の画素２を行単位で順次垂直方向に選択走査し、垂直信号線９を通して各画素２の光電変換素子（例えばフォトダイオード）において、受光量に応じて生成した信号電荷に基づいた画素信号を、カラム信号処理回路５に供給する。
【００４２】
カラム信号処理回路５は、画素２の例えば一列毎に配置されており、一行分の画素から出力される信号に対し、画素列毎にノイズ除去等の信号処理を行う。即ち、カラム処理回路５は、画素２に特有の固定パターンノイズを除去するためのＣＤＳや、信号増幅、ＡＤ変換等の信号処理を行う。カラム信号処理回路５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１０との間に接続されている。
【００４３】
出力回路７は、カラム信号処理回路５のそれぞれから水平信号線１０を通して順次供給される信号に対し、信号処理を行って出力する。
入出力端子１２は、外部と信号のやり取りを行う。
【００４４】
図２は、図１の固体撮像素子１の３つの画素２の断面図を示している。
図２に示すように、半導体基板１１内に、フォトダイオードから成る受光部１５が、各画素に対応して形成されている。
図２中、半導体基板１１の上に形成された層１６は、絶縁層等の、受光部１５上を覆う各層を簡略化して示している。
固体撮像素子１を表面照射型構造とする場合には、絶縁層内の隣接する画素２の間の部分に、配線層が設けられ、半導体基板１１の上に、ゲート絶縁膜を介してＭＯＳトランジスタのゲート電極が設けられる。
固体撮像素子１を裏面照射型構造とする場合には、ＭＯＳトランジスタのゲート電極や配線層は、図２の半導体基板１１の下面よりも下方に設けられる。
なお、必要に応じて、層１６の内部に、層内レンズや光導波路等を設けることも可能である。
【００４５】
また、層１６の上に、平坦化層１７が形成されており、この平坦化層１７によって平坦化された表面上に、Ｒ，Ｇ，Ｂの各色のカラーフィルタ１８が形成されている。
なお、図２の断面では、赤Ｒのカラーフィルタ１８と緑Ｇのカラーフィルタ１８のみが示されているが、図示しない断面に、青Ｂのカラーフィルタ１８も形成されている。
さらに、カラーフィルタ１８を覆って、平坦化層１９が形成されている。そして、この平坦化層１９によって平坦化された表面上に、マイクロレンズ２０が形成されている。
【００４６】
マイクロレンズ２０は、ＳｉＮやＳｉＯＮ等、他の層よりも比較的屈折率の高い材料である、レンズ形成材料を用いて、表面が曲面形状に形成されている。
【００４７】
本実施の形態では、特に、以下に説明するようにして、図１〜図２に示した固体撮像素子を製造する。
【００４８】
まず、従来公知の製造方法により、図２の半導体基板１１内に受光部１５を形成し、カラーフィルタ１８までの各層を順次形成する。
なお、以下の工程では、カラーフィルタ１８からの各層を図示して、カラーフィルタ１８よりも下層の図示を省略する。第２の実施の形態以降も、同様とする。
【００４９】
次に、図３Ａに示すように、カラーフィルタ１８上に、スピンコートにより、必要とされる平坦度に応じて、０．１〜１μｍの厚さに平坦化層１９をコートする。この平坦化層１９の材料としては、シロキサン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、或いは、各々の樹脂の共重合したもの、前述した樹脂にＴｉＯ２等の金属酸化物フィラーを含有させたもの、等の有機材料を使用することができる。
【００５０】
次に、図３Ｂに示すように、平坦化層１９上に、レンズ母材層２１を、厚さ０．５〜４μｍで形成する。レンズ母材層２１の材料には、マイクロレンズ２０の材料、即ち、無機膜（酸化膜、窒化膜等）や有機膜（シロキサン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、或いは、各々の樹脂の共重合したもの、前述した樹脂にＴｉＯ２等の金属酸化物フィラーを含有させたもの）を使用することができる。レンズ母材層２１は、その材料に応じて、スピンコート或いはＣＶＤにて形成する。
【００５１】
次に、熱膨張係数がレンズ形状用のレジストと同等以上になるように材料を選定して、受光部１５で光電変換する光の波長よりも光路が短くなるような膜厚（０．３μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下）で、図３Ｃに示すように、スピンコートにて中間膜２２を成膜する。その後、中間膜２２を熱硬化させる。
例えば、レンズ母材層２１がＳｉＮ，ＳｉＯＮ等の無機膜であり、レジストがノボラック樹脂、アクリル樹脂の場合には、スチレン系樹脂等を中間膜２２に用いる。
【００５２】
次に、中間膜２２の上に接してレジストを形成した後、レンズ用マスクを用いてレジストを露光する。そして、現像して、図４Ｄに示すように、レジスト２３を各レンズにパターニングする。
その後、熱リフローを行って、図４Ｅに示すように、レジスト２３をレンズ形状とする。
【００５３】
次に、Ｏ２，ＣＦ４系のガスにてエッチングを行い、図４Ｆに示すように、レジスト２３のレンズ形状をレンズ母材層２１へ転写する。これにより、レンズ母材層２１によるマイクロレンズ２０を形成することができる。
このエッチングの間に、レジスト２３及びその下の中間膜２２は除去される。
【００５４】
このときのエッチングの装置や条件は、例えば、以下の通りとする。
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）装置等の装置を用いる。
そして、ＣＦ４やＣ４Ｆ８等のフロロカーボンガス系のガスを主成分として用いて、温度、圧力等を適宜調整して、エッチングを実施する。
また、具体的なエッチング条件は、例えば、以下の通りとすることができる。
・エッチバック装置：マグネトロンＲＩＥ装置
・エッチングガス：ＣＦ４（流量１５５ｓｃｃｍ）
・高周波電力：１．８Ｗ／ｃｍ２
・エッチング室内圧力：６．６５Ｐａ
・下部電極温度（チラー温度）：０℃
・エッチング量：２．４μｍ（スチレン系レジスト換算）
【００５５】
このようにして、図２に示した構造の固体撮像素子を製造することができる。
【００５６】
上述の本実施の形態の製造方法によれば、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２２上に接してレジスト２３を形成し、その後、熱リフローによりレジスト２３をレンズの形状とする。これにより、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２２によって、熱リフロー時にレジスト２３が広がろうとする力を抑制して、レジスト２３がすべる量を低減することができる。
従って、レジスト２３の間隔を狭めても、隣接するレジスト２３がくっつかないため、レジスト２３の間隔を狭めることができる。
そして、エッチングにより、レジスト２３からレンズ母材層２１にレンズ形状を転写するので、レンズ母材層２１により形成されるマイクロレンズ２０の間隔を狭めて、マイクロレンズ２０の無効領域を低減することができる。マイクロレンズ２０の無効領域を低減することが可能であることから、無効領域による損失を低減して、固体撮像素子の感度を向上することが可能になる。
【００５７】
また、図２に示した本実施の形態の固体撮像素子は、本実施の形態の製造方法を採用することにより、マイクロレンズ２０の間隔が狭く、マイクロレンズ２０の無効領域が少ない構成とすることができる。これにより、無効領域による損失が少なく、マイクロレンズ２０による集光度が高く、感度の高い固体撮像素子を構成することができる。
【００５８】
＜３．第２の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）＞
第２の実施の形態の固体撮像素子の要部の断面図を、図５に示す。図５は、図２と同様に、固体撮像素子の３つの画素の断面図を示している。
本実施の形態の固体撮像素子は、図２の平坦化層１９を省略した構成である。
図５に示すように、カラーフィルタ１８の上を覆って、マイクロレンズ２０を構成するレンズ母材層が形成されており、その上部に表面が曲面形状のマイクロレンズ２０が形成されている。
【００５９】
なお、その他の構成は、第１の実施の形態と同様であり、図１の平面図に示した構造を採用することができる。
【００６０】
本実施の形態では、特に、以下に説明するようにして、図５に示した固体撮像素子を製造する。
【００６１】
まず、従来公知の製造方法により、図５の半導体基板１１内に受光部１５を形成し、カラーフィルタ１８までの各層を順次形成する。
【００６２】
次に、図６Ａに示すように、カラーフィルタ１８上に、レンズ母材層２１を、厚さ０．１〜４μｍで形成する。レンズ母材層２１の材料には、マイクロレンズ２０の材料、即ち、無機膜（酸化膜、窒化膜等）や有機膜（シロキサン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、或いは、各々の樹脂の共重合したもの、前述した樹脂にＴｉＯ２等の金属酸化物フィラーを含有させたもの）を使用することができる。レンズ母材層２１は、その材料に応じて、スピンコート或いはＣＶＤにて形成する。
このとき、カラーフィルタ１８の段差に対応して、赤Ｒのカラーフィルタよりも薄い緑Ｇのカラーフィルタ上のレンズ母材層２１に、窪み２１Ａが形成される。
なお、本実施の形態の場合、カラーフィルタ１８の段差によるレンズ母材層２１の窪み２１Ａの深さと、形成されるマイクロレンズ２０の高さとを考慮して、レンズ母材層２１の厚さを設定する。
【００６３】
次に、図６Ｂに示すように、レンズ母材層２１上に、スピンコートにて中間膜２２を成膜する。このとき、中間膜２２によって、図６Ａに示したレンズ母材層２１の窪み２１Ａが埋められる。その後、中間膜２２を熱硬化させる。
中間膜２２は、第１の実施の形態と同様に、熱膨張係数がレンズ形状用のレジストと同等以上になるように材料を選定して、受光部１５で光電変換する光の波長よりも光路が短くなるような膜厚（０．３μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下）で形成する。
例えば、レンズ母材層２１がＳｉＮ，ＳｉＯＮ等の無機膜であり、レジストがノボラック樹脂、アクリル樹脂の場合には、スチレン系樹脂等を中間膜２２に用いる。
【００６４】
次に、中間膜２２の上にレジストを形成した後、レンズ用マスクを用いてレジストを露光する。そして、現像して、図６Ｃに示すように、レジスト２３を各レンズにパターニングする。
その後、熱リフローを行って、図７Ｄに示すように、レジスト２３をレンズ形状とする。
【００６５】
次に、Ｏ２，ＣＦ４系のガスにてエッチングを行い、図７Ｅに示すように、レジスト２３のレンズ形状をレンズ母材層２１へ転写する。これにより、レンズ母材層２１によるマイクロレンズ２０を形成することができる。
このエッチングの間に、レジスト２３及びその下の中間膜２２は除去される。
【００６６】
このときのエッチングの装置や条件は、例えば、以下の通りとする。
ＩＣＰ装置、ＣＣＰ装置、ＴＣＰ装置、マグネトロンＲＩＥ装置、ＥＣＲ装置等の装置を用いる。
そして、ＣＦ４やＣ４Ｆ８等のフロロカーボンガス系のガスを主成分として用いて、温度、圧力等を適宜調整して、エッチングを実施する。
また、具体的なエッチング条件は、例えば、以下の通りとすることができる。
・エッチバック装置：マグネトロンＲＩＥ装置
・エッチングガス：ＣＦ４（流量１５５ｓｃｃｍ）
・高周波電力：１．８Ｗ／ｃｍ２
・エッチング室内圧力：６．６５Ｐａ
・下部電極温度（チラー温度）：０℃
・エッチング量：２．４μｍ（スチレン系レジスト換算）
【００６７】
このようにして、図５に示した構造の固体撮像素子を製造することができる。
【００６８】
上述の本実施の形態の製造方法によれば、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２２上に接してレジスト２３を形成し、その後、熱リフローによりレジスト２３をレンズの形状とする。これにより、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２２によって、熱リフロー時にレジスト２３が広がろうとする力を抑制して、レジスト２３がすべる量を低減することができる。
従って、レジスト２３の間隔を狭めても、隣接するレジスト２３がくっつかないため、レジスト２３の間隔を狭めることができる。
そして、エッチングにより、レジスト２３からレンズ母材層２１にレンズ形状を転写するので、レンズ母材層２１により形成されるマイクロレンズ２０の間隔を狭めて、マイクロレンズ２０の無効領域を低減することができる。マイクロレンズ２０の無効領域を低減することが可能であることから、無効領域による損失を低減して、固体撮像素子の感度を向上することが可能になる。
【００６９】
また、図５に示した本実施の形態の固体撮像素子は、本実施の形態の製造方法を採用することにより、マイクロレンズ２０の間隔が狭く、マイクロレンズ２０の無効領域が少ない構成とすることができる。これにより、無効領域による損失が少なく、マイクロレンズ２０による集光度が高く、感度の高い固体撮像素子を構成することができる。
【００７０】
＜４．第３の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）＞
次に、固体撮像素子及びその製造方法の第３の実施の形態を説明する。
本実施の形態では、固体撮像素子の構造は、図１〜図２に示した第１の実施の形態の固体撮像素子の構造と同じであるが、固体撮像素子の製造方法が第１の実施の形態とは一部異なる。
【００７１】
本実施の形態では、特に、以下に説明するようにして、図１〜図２に示した固体撮像素子を製造する。
【００７２】
まず、従来公知の製造方法により、図２の半導体基板１１内に受光部１５を形成し、カラーフィルタ１８までの各層を順次形成する。
【００７３】
次に、図８Ａに示すように、カラーフィルタ１８上に、スピンコートにより、必要とされる平坦度に応じて、０．１〜１μｍの厚さに平坦化層１９をコートする。この平坦化層１９の材料としては、シロキサン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、或いは、各々の樹脂の共重合したもの、前述した樹脂にＴｉＯ２等の金属酸化物フィラーを含有させたもの、等の有機材料を使用することができる。
【００７４】
次に、図８Ｂに示すように、平坦化層１９上に、レンズ母材層２１を、厚さ０．５〜４μｍで形成する。レンズ母材層２１の材料には、マイクロレンズ２０の材料、即ち、無機膜（酸化膜、窒化膜等）や有機膜（シロキサン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、或いは、各々の樹脂の共重合したもの、前述した樹脂にＴｉＯ２等の金属酸化物フィラーを含有させたもの）を使用することができる。レンズ母材層２１は、その材料に応じて、スピンコート或いはＣＶＤにて形成する。
なお、図８Ａ〜図８Ｂの各工程は、第１の実施の形態の図３Ａ〜図３Ｂに示した各工程と同様である。
【００７５】
次に、熱膨張係数がレンズ形状用のレジストと同等以上になるようにして、受光部１５で光電変換する光の波長よりも光路が短くなるような膜厚（０．３μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下）で、図８Ｃに示すように、スピンコートにて中間膜２４を成膜する。その後、中間膜２４を熱硬化させる。このとき、中間膜２４がその後形成するレジストとミキシングしない程度に、熱硬化の温度を低くして、硬化度を意図的に落とすことによって中間膜２４の熱膨張率を大きくする。この点で、本実施の形態の中間膜２４は、第１の実施の形態の中間膜２２とは構成が異なっている。
例えば、レジストのリフロー時の温度が２３０℃の場合に、中間膜２４の熱硬化の温度を２００℃とする。中間膜２４は、後のエッチングにより除去されるので、完全に硬化させる必要はない。
【００７６】
次に、中間膜２４の上にレジストを形成した後、レンズ用マスクを用いてレジストを露光する。そして、現像して、図９Ｄに示すように、レジスト２３を各レンズにパターニングする。
その後、熱リフローを行って、図９Ｅに示すように、レジスト２３をレンズ形状とする。
【００７７】
次に、Ｏ２，ＣＦ４系のガスにてエッチングを行い、図４Ｆに示すように、レジスト２３のレンズ形状をレンズ母材層２１へ転写する。これにより、レンズ母材層２１によるマイクロレンズ２０を形成することができる。
このエッチングの間に、レジスト２３及びその下の中間膜２４は除去される。
【００７８】
このときのエッチングの装置や条件は、例えば、以下の通りとする。
ＩＣＰ装置、ＣＣＰ装置、ＴＣＰ装置、マグネトロンＲＩＥ装置、ＥＣＲ装置等の装置を用いる。
そして、ＣＦ４やＣ４Ｆ８等のフロロカーボンガス系のガスを主成分として用いて、温度、圧力等を適宜調整して、エッチングを実施する。
また、具体的なエッチング条件は、例えば、以下の通りとすることができる。
・エッチバック装置：マグネトロンＲＩＥ装置
・エッチングガス：ＣＦ４（流量１５５ｓｃｃｍ）
・高周波電力：１．８Ｗ／ｃｍ２
・エッチング室内圧力：６．６５Ｐａ
・下部電極温度（チラー温度）：０℃
・エッチング量：２．４μｍ（スチレン系レジスト換算）
【００７９】
このようにして、図２に示した構造の固体撮像素子を製造することができる。
【００８０】
上述の本実施の形態の製造方法によれば、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２４上に接してレジスト２３を形成し、その後、熱リフローによりレジスト２３をレンズの形状とする。これにより、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２４によって、熱リフロー時にレジスト２３が広がろうとする力を抑制して、レジスト２３がすべる量を低減することができる。
従って、レジスト２３の間隔を狭めても、隣接するレジスト２３がくっつかないため、レジスト２３の間隔を狭めることができる。
そして、エッチングにより、レジスト２３からレンズ母材層２１にレンズ形状を転写するので、レンズ母材層２１により形成されるマイクロレンズ２０の間隔を狭めて、マイクロレンズ２０の無効領域を低減することができる。マイクロレンズ２０の無効領域を低減することが可能であることから、無効領域による損失を低減して、固体撮像素子の感度を向上することが可能になる。
【００８１】
また、本実施の形態の固体撮像素子は、本実施の形態の製造方法を採用することにより、マイクロレンズ２０の間隔が狭く、マイクロレンズ２０の無効領域が少ない構成とすることができる。これにより、無効領域による損失が少なく、マイクロレンズ２０による集光度が高く、感度の高い固体撮像素子を構成することができる。
【００８２】
＜５．変形例＞
上述した各実施の形態に対する変形例を示す。
本技術を使用して、略矩形のマイクロレンズを形成することができれば、エッチバックの際に、隣接する画素の境界付近の部分でエッチングを進めて、半導体基板からマイクロレンズまでの高さを低くすることが可能である。
この点を、図１０の平面図と図１１Ａ及び図１１Ｂの断面図を参照して説明する。
【００８３】
図１０の平面図に示すように、カラーフィルタ１８のうち、赤Ｒのカラーフィルタ１８Ｒ及び青Ｂのカラーフィルタ１８Ｂは、対応する画素のみに島状に形成して、緑Ｇのカラーフィルタ１８Ｇは対応する画素及び画素間の部分に形成する構成を考える。
この構成を作製する場合、緑Ｇのカラーフィルタ１８Ｇは、画素の部分と比較して画素間の部分は薄く形成される。
【００８４】
図１０のＸ−Ｘ´における断面図を図１１Ａに示し、Ｙ−Ｙ´における断面図を図１１Ｂに示す。図１１Ｂに示すように、緑Ｇのカラーフィルタ１８Ｇは、緑Ｇの画素同士の間の部分（ブリッジ部）において、図１１Ａに示す緑Ｇの画素の部分よりも薄く形成される。
緑Ｇのカラーフィルタ１８Ｇのブリッジ部を利用して、エッチングを進めれば、マイクロレンズ２０の最下部の位置を低くして、マイクロレンズ２０をより低い位置に形成することが可能になる。この場合、作製されるマイクロレンズ２０は、行列状に配置された画素の垂直・水平方向（縦横方向）と斜め方向で、マイクロレンズの高さが異なり、斜め方向の高さが水平方向の高さの１〜３倍となる。
【００８５】
そして、本技術の製法を適用することにより、マイクロレンズ間の無効領域の幅を低減することができ、マイクロレンズの間隔を狭めることができるので、従来の製法と比較して、さらにマイクロレンズをより低く形成することが可能になる。
【００８６】
＜６．第４の実施の形態（固体撮像素子及びその製造方法）＞
第４の実施の形態の固体撮像素子の要部の断面図を、図１２に示す。図１２は、図２及び図５と同様に、固体撮像素子の３つの画素の断面図を示している。
本実施の形態の固体撮像素子は、レジストをそのままレンズとして使用した構成である。
図１２に示すように、カラーフィルタ１８を覆う平坦化層１９の上に、中間膜２５を介して、表面が曲面形状のマイクロレンズ２６が形成されている。このマイクロレンズ２６は、レジストを熱リフローさせて硬化させることによって形成されている。
中間膜２５は、前述した第１の実施の形態や第２の実施の形態の製造工程で使用した中間膜２２と同様に、熱膨張係数がレンズ形状用のレジストと同等以上の材料を使用している。
中間膜２５の膜厚は、好ましくは、０．３μｍ以下とし、さらにより好ましくは０．１μｍ以下とする。特に、中間膜２５の膜厚を０．１μｍ以下としたときには、可視光の最も短い４００ｎｍ程度の光に対しても、界面での反射を無視できるくらいの薄い膜となり、集光ロスとならない。
【００８７】
なお、その他の構成は、第１の実施の形態と同様であり、図１の平面図に示した構造を採用することができる。
【００８８】
本実施の形態では、特に、以下に説明するようにして、図１２に示した固体撮像素子を製造する。
【００８９】
まず、従来公知の製造方法により、図１２の半導体基板１１内に受光部１５を形成し、カラーフィルタ１８までの各層を順次形成する。
【００９０】
次に、図１３Ａに示すように、カラーフィルタ１８上に、スピンコートにより、必要とされる平坦度に応じて、０．１〜１μｍの厚さに平坦化層１９をコートする。この平坦化層１９の材料としては、シロキサン系樹脂、スチレン系樹脂、アクリル系樹脂、或いは、各々の樹脂の共重合したもの、前述した樹脂にＴｉＯ２等の金属酸化物フィラーを含有させたもの、等の有機材料を使用することができる。
【００９１】
次に、熱膨張係数がレンズ形状用のレジストと同等以上になるように材料を選定して、受光部１５で光電変換する光の波長よりも光路が短くなるような膜厚（０．３μｍ以下、好ましくは０．１μｍ以下）で、図１３Ｂに示すように、スピンコートにて中間膜２５を成膜する。その後、中間膜２５を熱硬化させる。
例えば、レジストがノボラック樹脂、アクリル樹脂の場合には、スチレン系樹脂等を中間膜２５に用いる。
【００９２】
次に、中間膜２５の上にレジストを形成した後、レンズ用マスクを用いてレジストを露光する。そして、現像して、図１４Ｃに示すように、レジスト２３を各レンズにパターニングする。
次に、熱リフローを行って、図１４Ｄに示すように、レジスト２３をレンズ形状とする。これにより、レジスト２３によるマイクロレンズ２６を形成することができる。
その後、必要に応じて、透明化処理として、紫外光によるブリーチングを行う。例えば、全面に紫外光を照射する。
このようにして、図１２に示した構造の固体撮像素子を製造することができる。
【００９３】
上述の本実施の形態の製造方法によれば、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２５上に接してレジスト２３を形成し、その後、熱リフローによりレジストをレンズの形状とする。これにより、レジスト２３よりも熱膨張係数の大きい中間膜２５によって、熱リフロー時にレジストが広がろうとする力を抑制して、レジスト２３がすべる量を低減する。
従って、レジスト２３の間隔を狭めても、隣接するレジスト２３がくっつかないため、レジスト２３の間隔を狭めることができる。
そして、レジスト２３をレンズの形状としてレジスト２３から成るマイクロレンズ２６を形成するので、マイクロレンズ２６の間隔を狭めて、マイクロレンズ２６の無効領域を低減することができる。マイクロレンズ２６の無効領域を低減することが可能であることから、無効領域による損失を低減して、固体撮像素子の感度を向上することが可能になる。
【００９４】
また、図１２に示した本実施の形態の固体撮像素子は、本実施の形態の製造方法を採用することにより、マイクロレンズ２６の間隔が狭く、マイクロレンズ２６の無効領域が少ない構成とすることができる。これにより、無効領域による損失が少なく、マイクロレンズ２６による集光度が高く、感度の高い固体撮像素子を構成することができる。
【００９５】
本技術において、固体撮像素子の画素部及び周辺回路部の構成は、図１に示した構成に限定されるものではなく、その他の構成とすることも可能である。
また、図１に示した構成を含むＣＭＯＳ型固体撮像素子に限らず、ＣＣＤ固体撮像素子等、他の型の固体撮像素子にも適用することが可能である。
さらにまた、受光部が形成された半導体基体に対して、配線層をレンズと同じ側に形成する表面照射型構造と、配線層をレンズとは逆の側に形成する裏面照射型構造との、いずれの構造にも、本技術を適用することが可能である。
本技術において、受光部を形成する半導体基体は、図１及び図２等の半導体基板１１に限定されるものではなく、半導体基板上に半導体エピタキシャル層を形成した半導体基体等を用いることも可能である。
また、本技術において、半導体基体の材料としては、シリコンの他、Ｇｅや化合物半導体等の半導体を使用することも可能である。
【００９６】
本技術に係る固体撮像素子は、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や、撮像機能を有する携帯電話、撮像機能を備えた他の機器等に適用することができる。
【００９７】
＜７．第５の実施の形態（撮像装置）＞
第５の実施の形態の撮像装置の概略構成図（ブロック図）を、図１５に示す。
図１５に示すように、この撮像装置１２１は、固体撮像素子１２２、光学系１２３、シャッタ装置１２４、駆動回路１２５、信号処理回路１２６を有する。
【００９８】
光学系１２３は、光学レンズ等により構成され、被写体からの像光（入射光）を固体撮像素子１２２の画素部に結像させる。これにより、固体撮像素子１２２内に、一定期間信号電荷が蓄積される。光学系１２３は、複数個の光学レンズから構成された光学レンズ系としても良い。
固体撮像素子１２２としては、前述した各実施の形態の固体撮像素子等、本技術に係る固体撮像素子を使用する。
シャッタ装置１２４は、固体撮像素子１２２への光照射期間及び遮光期間を制御する。
駆動回路１２５は、固体撮像素子１２２の転送動作及びシャッタ装置１２４のシャッタ動作を制御する駆動信号を供給する。駆動回路１２５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１２２の信号転送を行う。
信号処理回路１２６は、各種の信号処理を行う。信号処理が行われた映像信号は、メモリ等の記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。
【００９９】
上述の本実施の形態の撮像装置１２１の構成によれば、固体撮像素子１２２として、前述した各実施の形態の固体撮像素子等、本技術に係る固体撮像素子を使用することにより、無効領域による損失が少なく、レンズによる集光度が高く、高い感度が得られる。
【０１００】
本技術において、撮像装置の構成は、図１５に示した構成に限定されるものではなく、本技術に係る固体撮像素子を使用する構成であれば、図１５に示した以外の構成とすることも可能である。
【０１０１】
なお、本開示は以下のような構成も取ることができる。
（１）受光部の上方にレンズが設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、前記レンズを構成するレンズ母材層を形成する工程と、前記レンズ母材層上に、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程と、前記中間膜上に接して、前記レジストを形成する工程と、その後、熱リフローにより前記レジストをレンズの形状とする工程と、エッチングにより、前記レジストのレンズの形状を、前記レンズ母材層に転写して、前記レンズを形成する工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
（２）前記中間膜を０．３μｍ以下の膜厚で形成する、前記（１）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（３）受光部の上方にレンズが設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程と、前記中間膜上に接して、前記レジストを形成する工程と、その後、熱リフローにより前記レジストをレンズの形状として、前記レジストから成る前記レンズを形成する工程とを有する固体撮像素子の製造方法。
（４）前記中間膜を０．３μｍ以下の膜厚で形成する、前記（３）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（５）半導体基体に形成された受光部と、前記受光部の上方に形成され、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜と、前記中間膜上に接して形成され、前記レジストから成るレンズとを有する固体撮像素子。
（６）前記中間膜の膜厚が０．３μｍ以下である、前記（５）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（７）光学系と、前記（５）又は（６）に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を備えた撮像装置。
【０１０２】
本技術は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲でその他様々な構成が取り得る。
【符号の説明】
【０１０３】
１，１２２ 固体撮像素子、２ 画素、３ 画素部、４ 垂直駆動回路、５ カラム信号処理回路、６ 水平駆動回路、７ 出力回路、８ 制御回路、９ 垂直信号線、１０ 水平信号線、１１ 半導体基板、１２ 入出力端子、１５ 受光部、１７，１９ 平坦化層、１８，１８Ｒ，１８Ｇ，１８Ｂ カラーフィルタ、２０，２６ マイクロレンズ、２１ レンズ母材層、２２，２４，２５ 中間膜、２３ レジスト、１２１ 撮像装置、１２３ 光学系、１２４ シャッタ装置、１２５ 駆動回路、１２６ 信号処理回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光部の上方にレンズが設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、
前記レンズを構成するレンズ母材層を形成する工程と、
前記レンズ母材層上に、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程と、
前記中間膜上に接して、前記レジストを形成する工程と、
その後、熱リフローにより前記レジストをレンズの形状とする工程と、
エッチングにより、前記レジストのレンズの形状を、前記レンズ母材層に転写して、前記レンズを形成する工程とを有する
固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記中間膜を０．３μｍ以下の膜厚で形成する、請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
受光部の上方にレンズが設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、
レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程と、
前記中間膜上に接して、前記レジストを形成する工程と、
その後、熱リフローにより前記レジストをレンズの形状として、前記レジストから成る前記レンズを形成する工程とを有する
固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記中間膜を０．３μｍ以下の膜厚で形成する、請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
半導体基体に形成された受光部と、
前記受光部の上方に形成され、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜と、
前記中間膜上に接して形成され、前記レジストから成るレンズとを有する
固体撮像素子。
【請求項６】
前記中間膜の膜厚が０．３μｍ以下である、請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
光学系と、
半導体基体に形成された受光部と、前記受光部の上方に形成され、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜と、前記中間膜上に接して形成され、前記レジストから成るレンズと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を備えた
撮像装置。
【請求項１】
受光部の上方にレンズが設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、
前記レンズを構成するレンズ母材層を形成する工程と、
前記レンズ母材層上に、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程と、
前記中間膜上に接して、前記レジストを形成する工程と、
その後、熱リフローにより前記レジストをレンズの形状とする工程と、
エッチングにより、前記レジストのレンズの形状を、前記レンズ母材層に転写して、前記レンズを形成する工程とを有する
固体撮像素子の製造方法。
【請求項２】
前記中間膜を０．３μｍ以下の膜厚で形成する、請求項１に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項３】
受光部の上方にレンズが設けられた固体撮像素子を製造する方法であって、
レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜を形成する工程と、
前記中間膜上に接して、前記レジストを形成する工程と、
その後、熱リフローにより前記レジストをレンズの形状として、前記レジストから成る前記レンズを形成する工程とを有する
固体撮像素子の製造方法。
【請求項４】
前記中間膜を０．３μｍ以下の膜厚で形成する、請求項３に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項５】
半導体基体に形成された受光部と、
前記受光部の上方に形成され、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜と、
前記中間膜上に接して形成され、前記レジストから成るレンズとを有する
固体撮像素子。
【請求項６】
前記中間膜の膜厚が０．３μｍ以下である、請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
【請求項７】
光学系と、
半導体基体に形成された受光部と、前記受光部の上方に形成され、レジストよりも熱膨張係数の大きい中間膜と、前記中間膜上に接して形成され、前記レジストから成るレンズと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を備えた
撮像装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【公開番号】特開２０１３−８９８９８（Ｐ２０１３−８９８９８Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３１６４０（Ｐ２０１１−２３１６４０）
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２１日（２０１１．１０．２１）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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