JP2017118065A - 固体撮像素子およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、量子効率を向上しつつ、各色の量子効率の差を低減可能な固体撮像素子を提供することを課題とする。【解決手段】 固体撮像素子は、複数のフォトダイオード２２が配置された半導体基板２１上に、透明平坦化層２３と、複数のフォトダイオード２２それぞれに対応して形成された複数色のカラーマイクロレンズ６１、６２、６３とがこの順に積層され、複数色のカラーマイクロレンズ６１、６２、６３のそれぞれの高さが色毎に異なっている。【選択図】図１

Description

本発明は、固体撮像素子およびその製造方法に関する。

ビデオカメラやデジタルカメラは、高画素化が進んでいる。そのため、ビデオカメラやデジタルカメラに組み込まれる固体撮像素子も高画素となり、その画素サイズは、１μｍ以下まで微細化が進むものと予想されている。画素サイズの微細化が進めば、画素面積の低下に応じて画素に入射する光の量が減り、フォトダイオードの感度が低くなる。加えて、配線の線幅が小さくなり誘電層が薄くなると、画素へのノイズの影響も受けやすくなる。これらの問題を解消するために、固体撮像素子となる半導体基板に形成されたフォトダイオードに対応して形成されたカラーフィルタの上方にマイクロレンズを配置し、入射光を集光することにより光感度を高めている。

しかしながら、マイクロレンズを配置したとしても、マイクロレンズと受光素子としてのＣＭＯＳやＣＣＤからなるフォトダイオードとの距離が大きいと、入射光を効率よく集光できない。例えば、画素サイズが１．５μｍ、マイクロレンズからフォトダイオードまでの距離が５μｍであれば、カメラレンズから入射する光が２０°の角度を持っていたとしても、マイクロレンズからフォトダイオードには１０°程度の角度の範囲の光しか取り込むことができず、集光効率が悪くなって固体撮像素子の感度の低下につながるため、カラーフィルタ層の薄膜化が求められている。

オンチップカラーフィルタ（フォトダイオードが形成された半導体基板に形成し、対応するフォトダイオードに所定の波長の光を入射させるカラーフィルタ）を有する従来の固体撮像素子は、半導体基板に複数のフォトダイオードが形成され、半導体基板の表面にはシリコン酸化膜またはシリコン窒素酸化膜が形成されている。半導体基板上には、透明樹脂からなる透明平坦化層（ＰＬ）が形成されている。透明平坦化層（ＰＬ）上には、フォトダイオードに対応して、顔料や染料等の色素を分散させた樹脂からなる緑色カラーフィルタ、青色カラーフィルタおよび赤色カラーフィルタが形成されている。これらのカラーフィルタ上に透明樹脂からなる平滑化層（ＦＬ）が形成され、その上にフォトダイオードに対応して複数のマイクロレンズが形成されている。

また、マイクロレンズとしては、例えば、透明樹脂層を使用せずに顔料分散型カラーレジストや染料系カラーレジストで形状するカラーマイクロレンズが特許文献１に開示されている。この特許文献１に記載の技術によれば、マイクロレンズに通常使用する透明樹脂の材料や塗布工程を削減することができる。また、レンズとフォトダイオードとの間の距離を短くすることができるため、量子効率を向上することができる。

特開２００３−３３２５４７号公報

しかしながら、カラーマイクロレンズは、透明樹脂からなるマイクロレンズと違い、集光性能が各色で異なる。それゆえ、各色で量子効率に大きな差を生じる可能性があった。
本発明は、上記の点に着目し、量子効率を向上しつつ、各色の量子効率の差を低減可能な固体撮像素子およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、複数のフォトダイオードが配置された半導体基板上に、透明平坦化層と、複数のフォトダイオードそれぞれに対応して形成された複数色のカラーマイクロレンズとがこの順に積層された固体撮像素子であって、複数色のカラーマイクロレンズのそれぞれの高さが色毎に異なっていることを特徴とする。

本発明によれば、カラーマイクロレンズを用いるため、レンズとフォトダイオードとの距離を短くすることができ、量子効率を向上できる。また、カラーマイクロレンズの高さを色毎に調整することで、各色の集光特性の差を低減でき、各色の量子効率の差を低減できる。これにより、量子効率を向上しつつ、各色の量子効率の差を低減できる。

固体撮像素子の構成を表す端面図である。 カラーフィルタ配列を表す平面図である。 フォトリソグラフィ方式でのカラーマイクロレンズの形成順序を説明するための端面図である。 フォトマスクの１画素辺りの透過率分布を表す平面図である。 高さが全て同じカラーマイクロレンズの各波長に対する各色の量子効率を表すグラフである。 フォトリソグラフィ方式で形成した高さが異なるカラーマイクロレンズの各波長に対する各色の量子効率を表すグラフである。 エッチングプロセスでのカラーマイクロレンズの形成順序を説明するための端面図である。 ドライエッチング方式で形成した高さが異なるカラーマイクロレンズの各波長に対する各色の量子効率を表すグラフである。 隔壁を有するカラーマイクロレンズの形成順序を説明するための端面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
（構成）
図１は、固体撮像素子の構造を表す端面図である。
図１（ａ）（ｂ）に示すように、固体撮像素子は、複数のフォトダイオード２２が形成された半導体基板２１上に、半導体基板２１表面の凹凸を平坦化するための透明平坦化層２３、および複数のフォトダイオード２２それぞれに対応して形成された複数色のカラーマイクロレンズ６１、６２、６３がこの順に積層されている。複数色のカラーマイクロレンズ６１、６２、６３としては、例えば、緑色の光を透過する緑色カラーマイクロレンズ６１、青色の光を透過する青色カラーマイクロレンズ６２、赤色の光を透過する赤色カラーマイクロレンズ６３がある。カラーマイクロレンズ６１、６２、６３のそれぞれは、フォトダイオード２２から遠い側の端部が半球状もしくは放物面状の凸状に形成されている。

また、複数色のカラーマイクロレンズ６１、６２、６３のそれぞれは、色毎（緑、青、赤）に高さが異なっている。具体的には、赤色カラーマイクロレンズ６３の高さ＞緑色カラーマイクロレンズ６１の高さ＞青色カラーマイクロレンズ６２の高さとなっている。
図２は、カラーフィルタ配列２０を表す平面図である。図２に示す配列は、一画素おきにＧ（緑）フィルタ（緑色カラーマイクロレンズ６１）が設けられ、隣り合うＧフィルタの間に一行おきにＲ（赤）フィルタ（赤色カラーマイクロレンズ６３）とＢ（青）フィルタ（青色カラーマイクロレンズ６２）とが設けられた、いわゆるベイヤー配列である。

また、カラーマイクロレンズ６１、６２、６３は、透明平坦化層２３上に配置されたマイクロレンズ本体部６４と、マイクロレンズ本体部６４上に形成された直方体状の凸レンズ部６５とを備える。凸レンズ部６５は、フォトダイオード２２の法線方向に凸面を向けた凸レンズ形状に形成されている。これにより、フォトダイオード２２から遠い側の端部が半球状もしくは放物面状の凸状、つまり、凸レンズ形状となっている直方体形状を形成している。また、カラーマイクロレンズ６１、６２、６３の高さは、０．２μｍ以上０．８μｍ以下とする。さらに、凸レンズ部６５の高さは、０．１μｍ以上０．７μｍ以下とする。

（製造方法）
次に、固体撮像素子の製造方法について説明する。第１実施形態では、カラーマイクロレンズ６１、６２、６３をフォトリソグラフィ方式によって形成する。
まず、図３（ａ）に示すように、半導体基板２１に複数のフォトダイオード２２を形成する。次に、半導体基板２１上にシリコン酸化膜またはシリコン窒素酸化膜を形成する。
次に、半導体基板２１上に、透明樹脂からなる透明平坦化層（ＰＬ）２３を形成する。透明平坦化層（ＰＬ）２３は、半導体基板２１表面の凹凸を平坦化するとともに、カラーマイクロレンズ６１、６２、６３と半導体基板２１との接着層としての機能を有する。

次に、透明平坦化層２３上に、感光性成分を含む緑色カラーレジスト２４を塗布する。緑色カラーレジスト２４の色材としては、例えば、ピグメントグリーン（ＰＧ）３６またはＰＧ５８とピグメントイエロー（ＰＹ）１５０とを用い、緑色カラーレジスト２４の顔料濃度は、例えば５０％以上となるように調整することが好ましい。緑色カラーレジスト２４の膜厚は、例えば、塗布装置の塗布回転数を１２００ｒｐｍとすることで５００ｎｍとする。また、緑色カラーレジスト２４を１５０度以下（例えば、７０度）の温度で加熱することで、完全に硬化はさせないが、ある程度の溶剤耐性を緑色カラーレジスト２４に付与する。

次に、図３（ｂ）に示すように、半球状または放物面状の凸状に形成可能な透過率分布１０を有した緑色領域用のフォトマスク４０を用いて、緑色カラーレジスト２４にパターン露光および現像を行う。次に、フォトダイオード２２の光電変換特性に影響の出ない温度である３００度以下（例えば、２００度）の温度で熱硬化を行って、緑色カラーマイクロレンズ６１を形成する。その際、青色カラーマイクロレンズ６２および赤色カラーマイクロレンズ６３を形成するための場所から、緑色カラーレジスト２４を除去する。

図４は、フォトマスク４０の１画素辺りの透過率分布１０を表す平面図である。
フォトマスク４０は、実際に形成するパターンの４倍の寸法を有し、１／４に縮小してパターン露光を行なう。また、フォトマスク４０は、同心円で区切られた円形領域、円環状領域毎に濃淡の段階が設定された同心円状の階調（グレースケール）を有する。同心円状の階調は、例えば、１／４縮小時に露光光の波長以下の寸法になる微細な黒ドット（または白ドット）の単位面積当たりの個数をフォトマスク４０上で調整して形成する。黒ドットの個数は、中心部に近い領域（円形領域、円環状領域）ほど多くする。これにより、中心部に近い領域（円形領域、円環状領域）ほど透過率が減少する。例えば、中心部の領域（円形領域１１）は透過率２０〜２５％、中心部から２番目の領域（円環状領域１２）は透過率２５〜３０％、３番目の円環状領域１３は透過率３０〜３５％、４番目の円環状領域１４は透過率３５〜４０％、５番目の円環状領域１５は透過率４０〜４５％とする。

なお、青色領域用のフォトマスク４１、赤色領域用のフォトマスク４２も同様とする。
次に、図３（ｃ）に示すように、透明平坦化層２３上に、感光性成分を含む青色カラーレジスト２５を塗布する。青色カラーレジスト２５の膜厚は、例えば、塗布装置の塗布回転数を２０００ｒｐｍとすることで４００ｎｍとする。また、塗布した青色カラーレジスト２５を１５０度以下（例えば、７０度）の温度で加熱することで、完全に硬化はさせないが、ある程度の溶剤耐性を付与する。次に、図３（ｄ）に示すように、半球状または放物面状の凸状に形成可能な透過率分布１０を有した青色領域用のフォトマスク４１を用いて、青色カラーレジスト２５にパターン露光および現像を行う。次に、フォトダイオード２２の光電変換特性に影響の出ない温度である３００度以下（例えば、２００度）の温度で熱硬化を行って、青色カラーマイクロレンズ６２を形成する。青色カラーマイクロレンズ６２の高さは、緑色カラーマイクロレンズ６１よりも低くする。その際、赤色カラーマイクロレンズ６３を形成するための場所から、青色カラーレジスト２５を除去する。

次に、図３（ｅ）に示すように、透明平坦化層２３上に、感光性成分を含む赤色カラーレジスト２６を塗布する。赤色カラーレジスト２６の膜厚は、例えば、塗布装置の塗布回転数を８００ｒｐｍとすることで６００ｎｍとする。また、塗布した赤色カラーレジスト２６を１５０度以下（例えば、７０度）の温度で加熱することで、完全に硬化はさせないが、ある程度の溶剤耐性を赤色カラーレジスト２６に付与する。次に、図３（ｆ）に示すように、半球状または放物面状の凸状に形成可能な透過率分布１０を有した赤色領域用のフォトマスク４２を用いて、赤色カラーレジスト２６にパターン露光および現像を行う。次に、フォトダイオード２２の光電変換特性に影響の出ない温度である３００度以下（例えば、２００度）の温度で熱硬化を行って、赤色カラーマイクロレンズ６３を形成する。赤色カラーマイクロレンズ６３の高さは、緑色カラーマイクロレンズ６１よりも高くする。

これにより、色毎に高さの異なるカラーマイクロレンズ６１、６２、６３を作製する。
図５は、緑色、青色および赤色といった色の違いに関わらず、高さが全て同じカラーマイクロレンズの各波長に対する各色の量子効率の計測結果を表すグラフである。また、図６は、上述したフォトリソグラフィ方式で形成した、色毎に高さが異なるカラーマイクロレンズ６１、６２、６３の各波長に対する各色の量子効率の計測結果を表すグラフである。図５、図６より、高さが全て同じカラーマイクロレンズの量子効率は各色で差が大きかったが、カラーマイクロレンズの高さを調整することで量子効率の差が小さくなることが確認できた。これにより、第１実施形態の固体撮像素子によれば、３色のカラーマイクロレンズ６１、６２、６３の高さを調整することで、量子効率を制御できることを確認できた。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態に係る発明は、以下の効果を奏する。
（１）第１実施形態に係る固体撮像素子は、複数のフォトダイオード２２が配置された半導体基板２１上に、透明平坦化層２３と、複数のフォトダイオード２２それぞれに対応して形成された複数色のカラーマイクロレンズ６１、６２、６３とがこの順に積層され、複数色のカラーマイクロレンズ６１、６２、６３のそれぞれの高さが色毎に異なる。

このような構成によれば、カラーマイクロレンズ６１、６２、６３を用いるため、レンズとフォトダイオード２２との距離を短くすることができ、量子効率を向上できる。また、カラーマイクロレンズ６１、６２、６３の高さを色毎に調整することで、各色の集光特性の差を低減でき、各色の量子効率の差を低減できる。これにより、量子効率を向上しつつ、各色の量子効率の差を低減可能な固体撮像素子を提供することができる。

（２）第１実施形態に係る固体撮像素子は、カラーマイクロレンズ６１、６２、６３は、透明平坦化層２３上に配置されたマイクロレンズ本体部６４と、マイクロレンズ本体部６４上に形成された凸レンズ部６５とを備える。そして、カラーマイクロレンズ６１、６２、６３の高さは、０．２μｍ以上０．８μｍ以下であり、凸レンズ部６５の高さは、０．１μｍ以上０．７μｍ以下である。
このような構成によれば、各色の量子効率の差をより適切に低減できる。

（３）第１実施形態に係る固体撮像素子の製造方法は、カラーマイクロレンズ６１、６２、６３を、感光性成分を含むカラーレジストを用いて、パターン露光、現像および熱硬化を行って形成することを特徴とする。
このような構成によれば、カラーマイクロレンズ６１〜６３をより容易に形成できる。
（４）第１実施形態に係る固体撮像素子の製造方法は、露光時に、半球状または放物面状の凸状に形成可能な透過率分布１０を有したフォトマスク４０、４１、４２を用いる。
このような構成によれば、レンズ形状をより容易に形成できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と同様な構成等については同一の符号を使用して、その詳細は省略する。
図７は、第２実施形態の固体撮像素子の製造方法を表す端面図である。
図７に示すように、第２実施形態は、固体撮像素子の製造時に、カラーマイクロレンズ６１、６２、６３をエッチング方式で形成する点が第１実施形態と異なる。

（製造方法）
第２実施形態における、固体撮像素子の製造方法について説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、半導体基板２１に複数のフォトダイオード２２を形成する。次に、半導体基板２１上にシリコン酸化膜またはシリコン窒素酸化膜を形成する。次に、半導体基板２１上に、透明樹脂からなる透明平坦化層（ＰＬ）２３を形成する。

次に、透明平坦化層２３上に、感光性成分を含まない緑色顔料分散樹脂液３１を塗布する。緑色顔料分散樹脂液３１の色材としては、例えば、ピグメントグリーン（ＰＧ）３６またはＰＧ５８と、ピグメントイエロー（ＰＹ）１５０とを用い、緑色顔料分散樹脂液３１の顔料濃度が、５０％以上となるように調整することが好ましい。緑色顔料分散樹脂液３１の膜厚は、例えば、塗布装置の塗布回転数を１０００ｒｐｍとすることで４００ｎｍとする。次に、実デバイスに影響の出ない温度である３００度以下（例えば、２００度）の温度で加熱することで、熱硬化させ、緑色カラーフィルタ層３５を形成する。

次に、緑色カラーフィルタ層３５上に、ポジ型レジスト３２を塗布する。ポジ型レジスト３２の膜厚は、例えば、塗布装置の塗布回転数を１２００ｒｐｍとすることで１０００ｎｍとする。またポジ型レジスト３２を９０度で加熱する。次に、図７（ｂ）に示すように、半球状または放物面状の凸状に形成可能な透過率分布１０を有した緑色領域用のフォトマスク４０を用いて、ポジ型レジスト３２にパターン露光および現像を行って、半球状または放物面状のレジストパターンを形成する。レジストパターンは、緑色カラーマイクロレンズ６１のレンズ母型とする。次に、図７（ｃ）に示すように、半球状または放物面状にパターニングされたポジ型レジスト３２をマスクとして緑色カラーフィルタ層３５にドライエッチングを行い、シクロヘキサノン等の溶剤によってサンプルを洗浄して、緑色カラーマイクロレンズ６１を形成する。その際、青色カラーマイクロレンズ６２および赤色カラーマイクロレンズ６３を形成するための場所から、緑色顔料分散樹脂液３１を除去する。

次に、図７（ｄ）に示すように、透明平坦化層２３上に、感光性成分を含む青色カラーレジスト３３を塗布する。青色カラーレジスト３３の膜厚は、例えば、塗布装置の塗布回転数を１９００ｒｐｍとすることで４００ｎｍとする。また、塗布した青色カラーレジスト３３を１５０度以下（例えば、７０度）の温度で加熱することで、完全に硬化はさせないが、ある程度の溶剤耐性を付与する。次に、図７（ｅ）に示すように、半球状または放物面状の凸状に形成可能な透過率分布１０を有した青色領域用のフォトマスク４１を用いて、青色カラーレジスト３３にパターン露光および現像を行う。次に、青色カラーレジスト３３に、実デバイスに影響の出ない温度である３００度以下（例えば、２３０度）の温度で熱硬化を行って、青色カラーマイクロレンズ６２を形成する。青色カラーマイクロレンズ６２の高さは、緑色カラーマイクロレンズ６１よりも低くする。その際、赤色カラーマイクロレンズ６３を形成するための場所から、青色カラーレジスト３３を除去する。

次に、図７（ｆ）に示すように、透明平坦化層２３上に、感光性成分を含む赤色カラーレジスト３４を塗布する。赤色カラーレジスト３４の膜厚は、例えば、塗布装置の塗布回転数を８５０ｒｐｍとすることで６００ｎｍとする。また、塗布した赤色カラーレジスト３４を１５０度以下（例えば、７０度）の温度で加熱することで、完全に硬化はさせないが、ある程度の溶剤耐性を付与する。次に、図７（ｇ）に示すように、半球状または放物面状の凸状に形成可能な透過率分布１０を有した赤色領域用のフォトマスク４２を用いて、赤色カラーレジスト３４にパターン露光および現像を行う。次に、赤色カラーレジスト３４に、実デバイスに影響の出ない温度である３００度以下（例えば、２３０度）の温度で熱硬化を行って、赤色カラーマイクロレンズ６３を形成する。赤色カラーマイクロレンズ６３の高さは、緑色カラーマイクロレンズ６１よりも高くする。

これにより、色毎に高さの異なるカラーマイクロレンズ６１、６２、６３を作製する。
なお、その他の構成は第１実施形態と同様である。
このように、第２実施形態では、緑色カラーマイクロレンズ６１のみをドライエッチングで形成する例を示したが、同様の手順で、青色カラーマイクロレンズ６２、赤色カラーマイクロレンズ６３もドライエッチングで形成することもできる。ドライエッチングでパターニングすることにより、顔料分散樹脂液に感光性成分を含まなくてよいため、その分、顔料濃度を増大でき、カラーマイクロレンズ６１、６２、６３の薄膜化が可能となる。

図５は、緑色、青色および赤色といった色の違いに関わらず、高さが全て同じカラーマイクロレンズの各波長に対する各色の量子効率の計測結果を表すグラフである。また、図８は、上述したドライエッチング方式で形成した、色毎に高さが異なるカラーマイクロレンズ６１、６２、６３の各波長に対する各色の量子効率の測定結果を表すグラフである。図５、図８より、高さが全て同じカラーマイクロレンズの量子効率は各色で差が大きかったが、カラーマイクロレンズの高さを調整することで量子効率の差が小さくなることが確認できた。これにより、第２実施形態の固体撮像素子によれば、３色のカラーマイクロレンズ６１〜６３の高さを調整することで、量子効率を制御できることを確認できた。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態に係る発明は、第１実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。
（１）第２実施形態に係る固体撮像素子では、複数色のカラーマイクロレンズは、ＰＧ３６またはＰＧ５８とＰＹ１５０とを有する緑色顔料分散樹脂液３１によって形成された緑色カラーマイクロレンズ６１を含み、緑色顔料分散樹脂液３１の顔料濃度は、５０％以上である。
このような構成によれば、感光性成分を含まない緑色顔料分散樹脂液３１を用いるため、顔料濃度を増大でき、カラーマイクロレンズ６１、６２、６３を薄膜化できる。

（２）第２実施形態に係る固体撮像素子の製造方法は、透明平坦化層２３上に感光性成分を含まない顔料分散樹脂液によってカラーフィルタ層（緑色カラーフィルタ層３５）を形成し、形成したカラーフィルタ層（緑色カラーフィルタ層３５）上にレジストを塗布し、塗布したレジストにパターン露光および現像を行ってレジストパターンを形成し、パターニングされたレジストをマスクとしてカラーフィルタ層（緑色カラーフィルタ層３５）にドライエッチングを行うことで、カラーマイクロレンズ６１を形成する。
このような構成によれば、カラーマイクロレンズ６１〜６３をより容易に形成できる。
（３）第２実施形態に係る固体撮像素子の製造方法では、レジストパターンは、カラーマイクロレンズ（緑色カラーマイクロレンズ６１）のレンズ母型である。
このような構成によれば、レンズ形状をより容易に形成できる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、第１実施形態と同様な構成等については同一の符号を使用して、その詳細は省略する。
図９は、第３実施形態の固体撮像素子の製造方法を表す端面図である。
図９に示すように、第２実施形態は、固体撮像素子の製造時に、互いに隣接するカラーマイクロレンズ６１、６２、６３の境界の半導体基板２１側に形成され、屈折率が１．４以上である隔壁５３を形成する点が第１実施形態と異なる。

（製造方法）
次に、第３実施形態における、固体撮像素子の製造方法について説明する。
まず、図９（ａ）に示すように、半導体基板２１に複数のフォトダイオード２２を形成する。次に、半導体基板２１上にシリコン酸化膜またはシリコン窒素酸化膜を形成する。
次に、半導体基板２１上に、物理蒸着（ＰＶＤ）法によって、合成石英５１を膜厚５００ｎｍほど蒸着する。合成石英５１としては、屈折率が１．４以上のものを採用する。続いて、合成石英５１上に、ポジ型レジスト５２を塗布する。ポジ型レジスト５２の膜厚は、例えば、塗布装置の塗布回転数を８００ｒｐｍとすることで２０００ｎｍとする。次に、図９（ｂ）に示すように、各色のカラーマイクロレンズ６１、６２、６３の境界の半導体基板２１側に線幅５０ｎｍの格子パターンが転写されるように設計したフォトマスク７０を用いて、ポジ型レジスト５２を露光および現像し、格子状のレジストパターンを形成する。

次に、図９（ｃ）に示すように、格子状にパターニングされたポジ型レジスト５２をマスクとして合成石英５１にドライエッチングを行い、図９（ｄ）に示すように、シクロヘキサノン等の溶剤によってレジストを洗浄して、合成石英５１の隔壁５３を形成する。
次に、図９（ｅ）に示すように、形成した隔壁５３間の半導体基板２１上に、透明樹脂からなる透明平坦化層（ＰＬ）２３を形成する。次に、透明平坦化層２３および隔壁５３上に、感光性成分を含む緑色カラーレジスト２４を塗布する。緑色カラーレジスト２４の色材としては、例えば、ピグメントグリーン（ＰＧ）３６またはＰＧ５８と、ピグメントイエロー（ＰＹ）１５０とを用い、緑色カラーレジスト２４の顔料濃度が、５０％以上となるように調整することが好ましい。緑色カラーレジスト２４の膜厚は、例えば、塗布装置の塗布回転数を１１００ｒｐｍとすることで５５０ｎｍとする。また、塗布した緑色カラーレジスト２４を１５０度以下（例えば、７０度）の温度で加熱することで、完全に硬化はさせないが、ある程度の溶剤耐性を緑色カラーレジスト２４に付与する。

次に、図９（ｆ）に示すように、半球状または放物面状の凸状に形成可能な透過率分布１０を有した緑色領域用のフォトマスク４０を用いて、緑色カラーレジスト２４にパターン露光および現像を行う。次に、フォトダイオード２２の光電変換特性に影響の出ない温度である３００度以下（例えば、２００度）の温度で熱硬化を行って、緑色カラーマイクロレンズ６１を形成する。その際、青色カラーマイクロレンズ６２および赤色カラーマイクロレンズ６３を形成するための場所から、緑色カラーレジスト２４を除去する。

次に、図９（ｇ）に示すように、透明平坦化層２３上に、感光性成分を含む青色カラーレジスト２５を塗布する。青色カラーレジスト２５の膜厚は、例えば、塗布装置の塗布回転数を１９００ｒｐｍとすることで４５０ｎｍとする。また、塗布した青色カラーレジスト２５を１５０度以下（例えば、７０度）の温度で加熱することで、完全に硬化はさせないが、ある程度の溶剤耐性を付与する。次に、図９（ｈ）に示すように、半球状または放物面状の凸状に形成可能な透過率分布１０を有した青色領域用のフォトマスク４１を用いて、青色カラーレジスト２５にパターン露光および現像を行う。次に、フォトダイオード２２の光電変換特性に影響の出ない温度である３００度以下（例えば、２００度）の温度で熱硬化を行って、青色カラーマイクロレンズ６２を形成する。青色カラーマイクロレンズ６２の高さは、緑色カラーマイクロレンズ６１よりも低くする。その際、赤色カラーマイクロレンズ６３を形成するための場所から、青色カラーレジスト２５を除去する。

次に、図９（ｉ）に示すように、透明平坦化層２３上に、感光性成分を含む赤色カラーレジスト２６を塗布する。赤色カラーレジスト２６の膜厚は、例えば、塗布装置の塗布回転数を７５０ｒｐｍとすることで６５０ｎｍとする。また、塗布した赤色カラーレジスト２６を１５０度以下（例えば、７０度）の温度で加熱することで、完全に硬化はさせないが、ある程度の溶剤耐性を付与する。次に、図９（ｊ）に示すように、半球状または放物面状の凸状に形成可能な透過率分布１０を有した赤色領域用のフォトマスク４２を用いて、赤色カラーレジスト２６にパターン露光および現像を行う。次に、フォトダイオード２２の光電変換特性に影響の出ない温度である３００度以下（例えば、２００度）の温度で熱硬化を行って、赤色カラーマイクロレンズ６３を形成する。赤色カラーマイクロレンズ６３の高さは、緑色カラーマイクロレンズ６１よりも高くする。

これにより、色毎に高さの異なるカラーマイクロレンズ６１、６２、６３を作製する。

表１は、隔壁５３を有する緑色カラーマイクロレンズ６１の波長５５０ｎｍに対する量子効率の計測結果を表すものである。隔壁５３は、屈折率が１．１〜１．５の合成石英５１を用いて形成した。透明なマイクロレンズと緑色カラーフィルタとを組み合わせからなる従来の構成では、波長５５０ｎｍに対する量子効率は、７７％になった。それゆえ、隔壁５３の屈折率は１．４以上が望ましい。これにより、第３実施形態の固体撮像素子は、屈折率１．４以上の隔壁５３を有することで、量子効率を向上できることを確認できた。

（第３実施形態の効果）
第３実施形態に係る発明は、第１実施形態の効果に加え、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態に係る固体撮像素子は、互いに隣接するカラーマイクロレンズ６１、６２、６３の境界の半導体基板２１側に形成され、屈折率が１．４以上である隔壁５３を備える。
このような構成によれば、量子効率をより向上することができる。

１０ フォトマスクの透過率分布
１１ 透過率２０〜２５％の領域
１２ 透過率２５〜３０％の領域
１３ 透過率３０〜３５％の領域
１４ 透過率３５〜４０％の領域
１５ 透過率４０〜４５％の領域
２０ カラーフィルタ配列
２１ 半導体基板
２２ フォトダイオード
２３ 透明平坦化層（ＰＬ）
２４ 緑色カラーレジスト
２５ 青色カラーレジスト
２６ 赤色カラーレジスト
３１ 緑色顔料分散樹脂液
３２ ポジ型レジスト
３３ 青色カラーレジスト
３４ 赤色カラーレジスト
４０ 緑色領域用のフォトマスク
４１ 青色領域用のフォトマスク
４２ 赤色領域用のフォトマスク
５１ 合成石英
５２ ポジ型レジスト
７０ フォトマスク

Claims (8)

1. 複数のフォトダイオードが配置された半導体基板上に、透明平坦化層と、前記複数のフォトダイオードそれぞれに対応して形成された複数色のカラーマイクロレンズとがこの順に積層された固体撮像素子であって、
   前記複数色のカラーマイクロレンズのそれぞれの高さが色毎に異なっていることを特徴とする固体撮像素子。
2. 前記カラーマイクロレンズは、前記透明平坦化層上に配置されたマイクロレンズ本体部と、前記マイクロレンズ本体部上に形成された凸レンズ部とを備え、
   前記カラーマイクロレンズの高さは、０．２μｍ以上０．８μｍ以下であり、
   前記凸レンズ部の高さは、０．１μｍ以上０．７μｍ以下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。
3. 前記複数色のカラーマイクロレンズは、ＰＧ３６またはＰＧ５８とＰＹ１５０とを有する緑色顔料分散樹脂液によって形成された緑色カラーマイクロレンズを含み、
   前記緑色顔料分散樹脂液の顔料濃度は、５０％以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の固体撮像素子。
4. 互いに隣接する前記カラーマイクロレンズの境界の前記半導体基板側に形成され、屈折率が１．４以上である隔壁を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の固体撮像素子。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記カラーマイクロレンズを、感光性成分を含むカラーレジストを用いて、パターン露光、現像および熱硬化を行って形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
6. 前記露光時に、半球状または放物面状の凸状に形成可能な透過率分布を有したフォトマスクを用いることを特徴とする請求項５に記載の固体撮像素子の製造方法。
7. 請求項１から４のいずれか１項に記載の固体撮像素子の製造方法であって、
   前記透明平坦化層上に感光性成分を含まない顔料分散樹脂液によってカラーフィルタ層を形成し、形成した前記カラーフィルタ層上にレジストを塗布し、塗布した前記レジストにパターン露光および現像を行ってレジストパターンを形成し、パターニングされた前記レジストをマスクとして前記カラーフィルタ層にドライエッチングを行うことで、前記カラーマイクロレンズを形成することを特徴とする固体撮像素子の製造方法。
8. 前記レジストパターンは、前記カラーマイクロレンズのレンズ母型であることを特徴とする請求項７に記載の固体撮像素子の製造方法。

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