JP2012015283A - 固体撮像装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる高さのマイクロレンズを有する固体撮像装置を、製造工程を増加させることなく製造可能な固体撮像装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】半導体基板上の透明樹脂層を露光する工程と、互いに高さが異なる第１、第２の樹脂パターンを形成する工程と、互いに高さが異なる第１、第２のマイクロレンズを形成する工程と、を具備する固体撮像装置の製造方法。露光する工程は、第１の透過領域、およびこの領域よりも高い透過率の第２の透過領域を有するグレーティングマスクを用いて透明樹脂層を露光する工程である。第１、第２の樹脂パターンを形成する工程は、透明樹脂層を現像することにより、第１の樹脂パターンおよびこのパターンよりも低い第２の樹脂パターンを形成する工程である。第１、第２のマイクロレンズを形成する工程は、第１の樹脂パターンおよび第２の樹脂パターンを熱処理することにより、第１のマイクロレンズおよびこのレンズよりも低い第２のマイクロレンズを形成する工程である。
【選択図】図３

Description

本発明の実施形態は、固体撮像装置の製造方法に関する。

従来の固体撮像装置は、半導体基板上に格子状に形成された複数のフォトダイオードと、これらのフォトダイオード上にそれぞれ形成された複数のカラーフィルタ層と、これらのカラーフィルタ層上に形成された複数のマイクロレンズと、を具備し、フォトダイオード、カラーフィルタ層、およびマイクロレンズによって、画素を形成している。

また、画素毎に形成される各カラーフィルタ層は、例えば、赤色波長の光を透過させる赤色カラーフィルタ層、緑色波長の光を透過させる緑色カラーフィルタ層、青色波長の光を透過させる青色カラーフィルタ層、のいずれかからなり、これら３色のカラーフィルタ層が、略同一平面にベイヤー配列されている。

しかし、このような固体撮像装置に適用される各色のカラーフィルタ層は、それぞれ光の屈折率が異なる。これに対して、各色のカラーフィルタ上に形成されるマイクロレンズは、同一平面に同じ高さで形成される。従って、各マイクロレンズおよび各カラーフィルタ層を透過してフォトダイオードに集光される光の焦点位置は、カラーフィルタ層の透過波長毎に異なるため、画素によって光の感度が異なる問題がある。

画素間に生ずる光の感度差を抑制する目的を含め、各画素毎の感度を調節するためには、各画素毎に異なる高さのマイクロレンズを形成すればよい。しかし、異なる高さのマイクロレンズを形成する場合、マイクロレンズの製造工程を複数回繰り返す必要がある。すなわち、まず高さの低いマイクロレンズを形成し、この後に、高さの低いマイクロレンズを覆うようにマイクロレンズを形成して、高さが高いマイクロレンズを形成する必要がある。これに対して、高さが均一のマイクロレンズを有する固体撮像装置を製造する場合、マイクロレンズの高さを変える必要がないため、一回の工程で全てのマイクロレンズを製造可能である。従って、異なる高さのマイクロレンズを有する固体撮像装置を製造する場合、高さが均一のマイクロレンズを有する個体撮像装置を製造する場合と比較して、製造工程が増加する問題がある。

特開２００８−１５３３３１号公報

本発明の実施形態は、この問題に鑑みてなされたものであり、異なる高さのマイクロレンズを有する固体撮像装置を、製造工程を増加させることなく製造可能な固体撮像装置の製造方法を提供することを目的とするものである。

本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、複数のフォトダイオード層を有する半導体基板の主面上に透明樹脂層を形成する工程と、グレーティングマスクを用いて透明樹脂層を露光する工程と、互いに高さが異なる第１の樹脂パターンおよび第２の樹脂パターンを形成する工程と、互いに高さが異なる第１のマイクロレンズおよび第２のマイクロレンズを形成する工程と、を具備することを特徴とする方法である。透明樹脂層を露光する工程は、第１の透過領域、およびこの領域よりも光の透過率が高い第２の透過領域を、互いに離間した位置に有するグレーティングマスクを、第１の透過領域および第２の透過領域が、それぞれフォトダイオード上に位置するように配置した後、グレーティングマスクを用いて透明樹脂層を露光する工程である。互いに高さが異なる第１の樹脂パターンおよび第２の樹脂パターンを形成する工程は、透明樹脂層を現像することにより、第１の樹脂パターン、およびこのパターンの高さよりも低い第２の樹脂パターンを、互いに離間した位置に形成する工程である。互いに高さが異なる第１のマイクロレンズおよび第２のマイクロレンズを形成する工程は、第１の樹脂パターンおよび第２の樹脂パターンを熱処理することにより、第１のマイクロレンズ、およびこのマイクロレンズの高さよりも低い第２のマイクロレンズを形成する工程である。

第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置の要部を示す上面図である。 図１の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図である。 図１の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。 図１の固体撮像装置の製造方法に使用されるグレーティングマスクの要部を示す上面図である。 図４の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿ったマスクの要部断面図である。 図４の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿ったマスクの要部断面図である。 図１の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、カラーフィルタ層上の樹脂層を、図４のグレーティングマスクを用いて露光する工程を示す図１に相当する上面図である。 図７の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図である。 図７の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。 図１の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、樹脂層を現像する工程を示す図１に相当する上面図である。 図１０の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図である。 図１０の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。 図１の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、マイクロレンズを形成する工程を示す図１に相当する上面図である。 図１３の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図である。 図１３の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。 第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置の要部を示す上面図である。 図１６の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図である。 図１６一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。 図１６の固体撮像装置の製造方法を説明するための図であって、樹脂層を現像する工程を示す図１６に相当する上面図である。 図１９の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図である。 図１９の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。 本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法に適用可能な固体撮像装置の一例を示す図であって、図２に相当する装置の要部断面図である。 本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法に適用可能な固体撮像装置の一例を示す図であって、図３に相当する装置の要部断面図である。

以下に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図面を参照して詳細に説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置の要部を示す上面図である。また、図２は、図１の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図、図３は、図１の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。なお、各図に示されるＲ、Ｇ、Ｂは、それぞれ後述するカラーフィルタ層の透過波長帯域を示している。

図１に示すように、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置は、複数の第１のマイクロレンズ１１および複数の第２のマイクロレンズ１２を有している。これらの複数の第１、第２のマイクロレンズ１１、１２は、青色カラーフィルタ層１３、赤色カラーフィルタ層１４、および緑色カラーフィルタ層１５が格子状にベイヤー配列されたカラーフィルタ層１６上に、格子状に配列形成されている。

青色カラーフィルタ層１３および赤色カラーフィルタ層１４は、これらの平面形状がそれぞれ略方形のものである。そして、互いの角部が接するように市松状に配列形成されている。これに対して緑色カラーフィルタ層１５は、同様に平面形状がそれぞれ略方形のものである。そして、互いの角部が接するように市松状に、すなわち、互いの角部が接し、かつ、青色カラーフィルタ層１３と赤色カラーフィルタ層１４との隙間を埋めるように配列形成されている。

青色カラーフィルタ層１３上および赤色カラーフィルタ層１４上には、それぞれ第１のマイクロレンズ１１が形成されている。これらの第１のマイクロレンズ１１の平面形状は、角部が円弧状に丸く形成された略方形のものである。このような複数の第１のマイクロレンズ１１は、各色のカラーフィルタ層１３、１４、１５の格子配列における斜め方向においては、これらのカラーフィルタ層１３、１４、１５の角部上において互いに離間するとともに、垂直・水平方向においても、カラーフィルタ層１６上において互いに離間するように市松状に配列形成されている。

緑色カラーフィルタ層１５上には、それぞれ第２のマイクロレンズ１２が形成されている。これらの第２のマイクロレンズ１２の平面形状も同様に、角部が円弧状に丸く形成された略方形のものである。このような複数の第２のマイクロレンズ１２は、第１のマイクロレンズ１１の間に配置されるように市松状に配列形成されている。

さらに複数の第２のマイクロレンズ１２は、各色のカラーフィルタ層１３、１４、１５の格子配列における斜め方向においては、これらのカラーフィルタ層１３、１４、１５の角部上において互いに離間するとともに、垂直・水平方向においても、カラーフィルタ層１６上において互いに離間するように市松状に配列形成されている。そして、垂直・水平方向においては、各色のカラーフィルタ層１３、１４、１５の当接辺上において、隣接する第１のマイクロレンズ１１と一部が重なるように形成されている。

このように形成された第１、第２のマイクロレンズ１１、１２は、互いに大きさが異なるものである。すなわち、第１のマイクロレンズ１１の平面形状の面積は、第２のマイクロレンズ１２の平面形状の面積よりも大きくなるように形成されている。さらに、後に説明するが、第１のマイクロレンズ１１の高さは、第２のマイクロレンズ１２の高さよりも高くなるように形成されている。

図２、図３に示すように、上述の第１、第２のマイクロレンズ１１、１２および各色カラーフィルタ層１３、１４、１５を含む固体撮像装置は、いわゆる表面照射型の固体撮像装置である。すなわち、第１、第２のマイクロレンズ１１、１２および各色カラーフィルタ層１３、１４、１５が、例えばシリコンからなる半導体基板１７の主面上に形成された固体撮像装置である。半導体基板１７の主面、すなわち表面には、複数のフォトダイオード層１８が格子状に配列形成されている。

複数のフォトダイオード層１８が配列形成された半導体基板１７の表面上には、酸化膜１９が一様な厚みで形成されている。この酸化膜１９上には、配線層２０が形成されている。この配線層２０は、多層に形成された配線２０−１と、これらの配線２０−１間を絶縁する絶縁層２０−２と、によって構成されている。なお、配線２０−１には、フォトダイオード層１８において光電変換された電荷を電圧に変換するためのフローティングディフュージョン部（図示せず）に転送するための読み出しゲート等を含んでいる。

配線層２０の表面上には、パッシベーション膜２１（表面保護膜２１）および第１の平坦化層２２が、この順で形成されており、第１の平坦化層２２の表面は、平坦な構造となっている。平坦な第１の平坦化層２２の表面上には、カラーフィルタ層１６が形成されている。このカラーフィルタ層１６は、上述のように青色カラーフィルタ層１３、赤色カラーフィルタ層１４、および緑色カラーフィルタ層１５からなり、各色カラーフィルタ層１３、１４、１５は、それぞれ格子状に形成されたフォトダイオード層１８の上方に配置されるように格子状にベイヤー配列形成されている。

このカラーフィルタ層１６の表面上には、第２の平坦化層２３が形成されており、この平坦化層２３の表面上には、上述の第１、第２のマイクロレンズ１１、１２が形成されている。これらの第１、第２のマイクロレンズ１１、１２の垂直断面における形状は、それぞれ上に凸のレンズ形状である。そして、図２に示すように、各第１のマイクロレンズ１１は、それぞれが等しい高さＨｈになるように形成されている。また、図３に示すように、第２のマイクロレンズ１２は、第１のマイクロレンズ１１よりも低い高さＨｌになるように形成されている。なお、各第２のマイクロレンズ１２も、第１のマイクロレンズ１１と同様に、それぞれが等しい高さＨｌになるように形成されている。

このような第１、第２のマイクロレンズ１１、１２は、すでに上述したが、図２に示すように、フォトダイオード層１８の格子配列における斜め方向においては互いに離間し、図３に示すように、フォトダイオード層１８の格子配列における水平、垂直方向においては互いに重なるように接している。

すなわち、上述の固体撮像装置は、フォトダイオード層１８と、青色カラーフィルタ層１３、赤色カラーフィルタ層１４、緑色カラーフィルタ層１５のいずれか一つと、第１のマイクロレンズ１１、第２のマイクロレンズ１２のいずれか一つと、によって画素が形成されており、このような構成の複数の画素が格子状に配列形成されたものである。

このような固体撮像装置は、青色カラーフィルタ層１３上および赤色カラーフィルタ層１４上には、平面形状が大きく、かつ高さが高い第１のマイクロレンズ１１が形成されている。これに対して、緑色カラーフィルタ層１５上には、平面形状が小さく、かつ高さが低い第２のマイクロレンズ１２が形成されている。従って、全てが同一形状のマイクロレンズが形成された固体撮像装置と比較して、青色カラーフィルタ層１３、赤色カラーフィルタ層１４、緑色カラーフィルタ層１５の屈折率差に起因する画素間の感度差が抑制される。

以上に説明した固体撮像装置は、位置によって光の透過率が異なるグレーティングマスクを用いて製造される。そこで、まず、この製造方法に適用されるグレーティングマスク３１について図４乃至図６を参照して説明する。図４は、この製造方法に適用されるグレーティングマスク３１の要部を示す上面図である。また、図５は、図４の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図であり、図６は、図４の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。

図４に示すように、グレーティングマスク３１は、透過率が１００％未満の複数の第１の透過領域３２および複数の第２の透過領域３３を互いに離間するように格子状に配列されて有しており、これら以外の領域は全て透過率が１００％となるものである。

複数の第１の透過領域３２は、略八角形状の領域であり、市松状に互いに離間して形成されている。第２の透過領域３３も同様に、略八角形状の領域である。しかし、第２の透過領域３３は、第１の透過領域３２と比較して、その面積が小さくなっており、さらには、第１の透過領域３２の透過率よりも高い透過率を有している。

図５および図６に示されるように、第１の透過領域３２は、それぞれ、例えばガラス等の透明樹脂基板３４の表面上に、微小な遮光性のクロム膜からなる複数の第１のドットパターン３５が形成された領域である。複数の第１のドットパターン３５は、それぞれ大きな面積を有しており、これらが互いに密に配列形成されている。従って、後に図８、図９に示すように、この領域３２に照射される露光光３６は、ほとんど透過しない。

図６に示されるように、複数の第２の透過領域３３も同様に、それぞれ、例えばガラス等の透明樹脂基板３４の表面上に、微小な遮光性のクロム膜からなる複数の第２のドットパターン３７が形成された領域である。複数の第２のドットパターン３７は、それぞれ第１のドットパターン３５よりも小さい面積を有しており、これらが、第１のドットパターン３５配列の密度よりも疎になるように配列形成されている。従って、後に図８、図９に示すように、この領域３３に照射される露光光３６の一部が透過するようになっている。すなわち、第１の透過領域３２の透過率よりも高い透過率を有するようになっている。

次に、図４乃至図６に示されるグレーティングマスク３１を用いた第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について、図７乃至図１５を参照して説明する。図７、図１０、図１３は、それぞれ第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１に相当する上面図である。さらに、図８、図１１、図１４は、それぞれ図７、図１０、図１３の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の断面図であり、図８、図１２、図１５は、それぞれ図７、図１０、図１３の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の断面図である。

まず、複数のフォトダイオード層１８が格子状に配列形成された半導体基板１７の主面上に、酸化膜１９、配線層２０、パッシべーション膜２１、および第１の平坦化層２２を順次形成した後、第１の平坦化層２２の表面上に、カラーフィルタ層１６を形成する。カラーフィルタ層１６は、青色カラーフィルタ層１３、赤色カラーフィルタ層１４、および緑色カラーフィルタ層１５を、それぞれフォトダイオード層１８の格子配列に対応するように格子状にベイヤー配列形成する。なお、これまでの製造方法は一般的な製造方法を適宜適用すればよい。

この後、図７乃至図９に示すように、カラーフィルタ層１６の表面上に、第２の平坦化層２３を形成し、この平坦化層２３の表面上に、感光性・熱フロー性を有する透明樹脂層４１を形成する。さらにこの後、図４乃至図６に示されるグレーティングマスク３１を配置し、このグレーティングマスク３１を介して透明樹脂層４１を露光する。

グレーティングマスク３１は、図７に示すように、第１の透過領域３２が緑色カラーフィルタ層１５上に配置され、第２の透過領域３３が青色カラーフィルタ層１３上および赤色カラーフィルタ層１４上に配置されるように位置合わせを行って配置する。

このように配置されたグレーティングマスク３１を介して透明樹脂層４１を露光する。第１の透過領域３２は、露光光３６をほとんど透過させない領域である。従って、図８、図９に示すように、第１の透過領域３２直下の透明樹脂層４１はほとんど露光されない。

これに対して、第２の透過領域３３は、第１の透過領域３２よりは透過率が高い領域である。従って、図９に示すように、第２の透過領域３３直下の透明樹脂層４１は、第１の透過領域３２直下の透明樹脂層４１より多くの露光光３６が照射される。さらに、第２の透過領域３３は、第１の透過領域３２よりも面積が小さい領域である。従って、第２の透過領域３３を介して露光される範囲は、第１の透過領域３２直下の領域よりも狭い範囲となる。

また、第１の透過領域３２および第２の透過領域３３の間には、遮光膜であるドットパターン３５、３７が形成されていない。従って、グレーティングマスク３１に照射される露光光３６のほぼすべてが透過する。よって、図８、図９に示すように、第１の透過領域３２および第２の透過領域３３の間の直下の透明樹脂層４１には、第２の透過領域３３直下の透明樹脂層４１よりさらに多くの露光光３６が照射される。

次に、図１０乃至図１２に示すように、露光された透明樹脂層４１を現像することにより、第２の平坦化層２３の表面上において、互いに離間した位置に、第１の樹脂パターン４２および第２の樹脂パターン４３を形成する。なお、これらの樹脂パターン４２、４３は、互いに離間した位置に形成される必要があるが、その理由については後述する。

この現像処置によって、透明樹脂層４１は、露光光３６がより多く照射された領域ほど除去されるが、上述のように、第１の透過領域３２直下の透明樹脂層４１には、ほとんど露光光３６は照射されない。従って、第１の透過領域３２直下の透明樹脂層４１は、ほぼ全てが第２の平坦化層２３の表面上に残存する。これによって、平面形状が略八角形状の第１の樹脂パターン４２が形成される。

これに対して、第２の透過領域３３直下の透明樹脂層４１には、第１の透過領域３２直下の透明樹脂層４１よりも多くの露光光３６が照射される。従って、現像処理によって、第２の透過領域３３直下の透明樹脂層４１は、第１の透過領域３２直下の透明樹脂層４１よりは除去される。しかし、一部は第２の平坦化層２３の表面上に残存する。これによって、平面形状が第１の樹脂パターン４２よりも面積が小さい略八角形状であり、かつ、第１の樹脂パターン４２よりも高さが低い第２の樹脂パターン４３が形成される。

また、第１の透過領域３２および第２の透過領域３３の間の直下の透明樹脂層４１には、第２の透過領域３３直下の透明樹脂層４１よりもさらに多くの露光光３６が照射される。従って、現像処理によって、第１の透過領域３２および第２の透過領域３３の間の直下の透明樹脂層４１は、第２の平坦化層２３の表面上から全て除去される。

なお、第１の樹脂パターン４２は、次の工程において熱処理されることにより形成される複数の第１のマイクロレンズ１１が、離間する程度の大きさになるように形成される。特に、複数のフォトダイオード層１８の格子配列に対して斜め方向においては斜め方向においては、図１１に示すように、熱処理後に形成される複数の第１のマイクロレンズ１１が互いに離間する程度の間隔ｄｘ１で離間するように形成される。

また、第２の樹脂パターン４３は、次の工程において熱処理されることにより形成される複数の第２のマイクロレンズ１２が、複数のフォトダイオード層１８の格子配列に対して斜め方向および水平・垂直方向においては互いに離間するように形成される。

さらに、第１の樹脂パターン４２および第２の樹脂パターン４３は、図１２に示すように、垂直・水平方向においては、第１のマイクロレンズ１１の一部と、これに隣接する複数の第２のマイクロレンズ１２の一部とが重なる程度の間隔ｄｙ１で離間するように形成される。

従って、第１の樹脂パターン４２および第２の樹脂パターン４３は、必ずしも平面形状が八角形である必要はなく、後の工程において第１のマイクロレンズ１１および第２のマイクロレンズ１２が形成されるような形状であれば、その形状は限定されない。

このような大きさの第１の樹脂パターン４２および第２の樹脂パターン４３は、グレーティングマスク３１が有する第１の透過領域３２および第２の透過領域３３の透過率および面積を調節することにより形成可能である。

次に、図１３乃至図１５に示すように、第１の樹脂パターン４２および第２の樹脂パターン４３を熱処理することにより、第１のマイクロレンズ１１および第２のマイクロレンズ１２を形成する。

第１の樹脂パターン４２を熱処理することにより形成される第１のマイクロレンズ１１は、上述の理由によって、複数のフォトダイオード層１８の格子配列に対して斜め方向および水平・垂直方向において、互いに離間するように形成される。

第２の樹脂パターン４３を熱処理することにより形成される第２のマイクロレンズ１２は、複数のフォトダイオード層１８の格子配列に対して斜め方向および水平・垂直方向において互いに離間するとともに、水平・垂直方向において隣り合う第１のマイクロレンズ１１とは、互いに重なるように接するように形成される。

さらに、第２のマイクロレンズ１２は、第１の樹脂パターン４２よりも高さが低い第２の樹脂パターン４３を熱処理することにより形成されたものであるため、第１のマイクロレンズ１１よりも高さが低く形成される。

なお、前工程において形成された第１の樹脂パターン４２および第２の樹脂パターン４３は互いに離間するように形成されたため、熱処理によって第１の樹脂パターン４２および第２の樹脂パターン４３が軟化することによって、所望のレンズ形状の第１のマイクロレンズ１１および第２のマイクロレンズ１２が製造される。これに対して、第１の樹脂パターン４２および第２の樹脂パターン４３が互いに接するように形成された場合、熱処理により軟化した第１の樹脂パターン４２および第２の樹脂パターン４３の表面張力により、互いの高さが略均一化されるとともに、軟化されても所望のレンズ形状の第１のマイクロレンズ１１および第２のマイクロレンズ１２を製造することは困難となる。従って、本実施形態に係る製造方法においては、上述の第１の樹脂パターン４２および第２の樹脂パターン４３は互いに離間するように形成される必要がある。

以上の工程を経ることにより、図１乃至図３に示される固体撮像装置が製造される。

以上に説明した第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によれば、互いに異なる透過率の領域３２、３３を有するグレーティングマスク３１を用いて、互いに異なる高さの樹脂パターン４２、４３を一括形成し、この互いに高さが異なる樹脂パターン４２、４３を熱処理することにより、互いに異なる高さのマイクロレンズ１１、１２を一括形成する。従って、高さが均一のマイクロレンズを有する固体撮像装置を製造する場合と比較して、互いに異なる高さのマイクロレンズ１１、１２を有する固体撮像装置を、製造工程を増加させることなく製造することができる。また、互いに高さが異なるマイクロレンズ１１、１２をそれぞれ別工程で形成する固体撮像装置の製造方法と比較して、製造工程を減少させることができる。

なお、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を応用すれば、樹脂パターンを熱処理する工程を省略することができるとも考えられる。すなわち、上述の第１、第２の透過領域３２、３３は、各領域内においては透過率が一定のものであったが、これらの領域を、その中心から外周部にかけて透過率が高くなるように調節すればよい。このように各領域内において透過率が変化するようなグレーティングマスクを用いて透明樹脂層を露光し、これを現像する。これにより、現像後に形成される樹脂パターンはすでにレンズ形状になる。従って、樹脂パターンをレンズ形状化するための熱処理する工程を省略することができるとも考えられる。しかし、透過領域を、その中心から外周部にかけて透過率が高くなるように形成しても、光の回折等の理由により、実際の透過領域の透過率は、透過領域の中心から外周部にかけて、階段状に高くなる。従って、形成されるレンズ状の樹脂パターンは、階段状に変化する透過率に応じてレンズ表面に階段状の凹凸が形成される。このように、第１、第２の透過領域３２、３３内の透過率を、その中心から外周部にかけて高くなるように調節しても、表面がなめらかなマイクロレンズを形成することは困難である。従って、この樹脂パターンを熱処理する工程を省略する方法を採用することはできない。

（第２の実施形態）
図１６は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置の要部を示す上面図である。また、図１７は、図１６の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の要部断面図、図１８は、図１の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の要部断面図である。なお、この固体撮像装置の製造方法によって製造された固体撮像装置の説明は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法よって製造された固体撮像装置と異なる箇所についてのみ説明し、同様の箇所については同一の符号を付すとともに、説明を省略する。

図１６乃至図１８に示される固体撮像装置は、図１乃至図３に示される固体撮像装置と比較して、第１のマイクロレンズ５１および第２のマイクロレンズ５２の形状および大きさが異なっている。すなわち、図１６に示すように、青色カラーフィルタ層１３上および赤色カラーフィルタ層１４上に形成された第１のマイクロレンズ５１の平面形状は、円形のものである。このような複数の第１のマイクロレンズ５１は、各色のカラーフィルタ層１３、１４、１５の格子配列における斜め方向においては、これらのカラーフィルタ層１３、１４、１５の角部上において互いの円周が接するとともに、垂直・水平方向においては、これらのカラーフィルタ層１６上において互いに離間するように市松状に配列形成されている。

緑色カラーフィルタ層１５上に形成された第２のマイクロレンズ５２の平面形状も同様に、円形のものである。このような複数の第２のマイクロレンズ５２は、第１のマイクロレンズ５１の間に配置されるように市松状に配列形成されている。

さらに複数の第２のマイクロレンズ５２は、各色のカラーフィルタ層１３、１４、１５の格子配列における斜め方向においては、これらのカラーフィルタ層１３、１４、１５の角部上において互いに離間するとともに、垂直・水平方向においても、カラーフィルタ層１６上において互いに離間するように市松状に配列形成されている。そして、垂直・水平方向においては、カラーフィルタ層１６上において、第２のマイクロレンズ５２の円周が、隣接する第１のマイクロレンズ５１の円周と接するように形成されている。

このように形成された第１、第２のマイクロレンズ５１、５２は、互いに大きさが異なるものである。すなわち、第１のマイクロレンズ５１の平面形状の面積は、第２のマイクロレンズ５２の平面形状の面積よりも大きくなるように形成されている。さらに、図１７および図１８に示される第１のマイクロレンズ５１の高さＨｈは、図１８に示される第２のマイクロレンズ１２の高さＨｌよりも高くなるように形成されている。

なお、図１６および図１８に示されるように、第１のマイクロレンズ５１は、各色のカラーフィルタ層１３、１４、１５の格子配列における水平・垂直方向において隣接する緑色カラーフィルタ層１５上にはみ出す程度の大きさで形成される。しかし、第１のマイクロレンズ５１に入射された光が、緑色カラーフィルタ層１５を介さずに集光される程度の大きさで形成されれば、混色の問題は回避される。

このような固体撮像装置であっても、基本的には第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法と同様にして製造することができる。以下に、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法と異なる工程についてのみ、図１９乃至図２１を参照して説明する。なお、図１９は、第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための、図１６に相当する上面図である。また、図２０は、図１９の一点鎖線Ｘ−Ｘ´に沿った装置の断面図であり、図２１は、図１９の一点鎖線Ｙ−Ｙ´に沿った装置の断面図である。

第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法は、透明樹脂層を露光・現像することにより形成される第１の樹脂パターン６１および第２の樹脂パターン６２の大きさが異なっている。すなわち、図１９乃至図２１に示される第１の樹脂パターン６１は、図１０乃至図１２に示される第１の樹脂パターン４２よりも平面形状の面積が大きくなるように形成され、図１９および図２１に示される第２の樹脂パターン６２は、図１０および図１２に示される第２の樹脂パターン４３よりも平面形状の面積が小さくなるように形成される点が異なっている。より詳細には、以下の通りである。

第１の樹脂パターン６１は、次の熱処理工程を経て形成される複数の第１のマイクロレンズ５１の円周が、各色のカラーフィルタ層１３、１４、１５の格子配列に対して斜め方向においては、各色のカラーフィルタ層１３、１４、１５の角部上で接し、水平・垂直方向においては互いに離間する程度の大きさで形成される。これは、図２０に示すように、第１の樹脂パターン６１の間隔ｄｘ２を、図１１に示される第１の樹脂パターン４２の間隔ｄｘ１よりも適宜小さくなるように形成されればよい。

また、第２の樹脂パターン６２は、次の工程において熱処理されることにより形成される複数の第２のマイクロレンズ５２の円周が、各色のカラーフィルタ層１３、１４、１５の格子配列に対して斜め方向および水平・垂直方向においては互いに離間する程度の大きさで形成される。

さらに、第１の樹脂パターン６１および第２の樹脂パターン６２は、垂直・水平方向においては、第１のマイクロレンズ５１の円周と、これに隣接する複数の第２のマイクロレンズ５２の円周とが接する程度の間隔ｄｙ２で離間するように形成される。これは、図２１に示すように、第１の樹脂パターン６１と、これに隣接する第２の樹脂パターン６２の間隔ｄｙ２を、図１２に示される間隔ｄｙ１よりも適宜大きくなるように形成されればよい。

なお、上述の第１、第２の樹脂パターン６１、６２は、互いに離間して形成されること、および、第１の樹脂パターン６１と比較して、第２の樹脂パターン６２の高さが低くなるように形成される点は、第１の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法と同様である。

このような大きさの第１の樹脂パターン６１および第２の樹脂パターン６２は、図４乃至図６に示されるグレーティングマスク３１の第１の透過領域３２および第２の透過領域３３の透過率および面積を適宜調節することにより形成可能である。

以上に説明した第１、第２の樹脂パターン６１、６２を形成した後、これを熱処理することにより、図１６乃至図１８に示される固体撮像装置を製造することができる。

以上に説明した第２の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法であっても、互いに異なる高さのマイクロレンズ５１、５２を一括形成することができるため、高さが均一のマイクロレンズを有する個体撮像装置を製造する場合と比較して、互いに異なる高さのマイクロレンズ５１、５１を有する固体撮像装置を、製造工程を増加させることなく製造することができる。また、互いに高さが異なるマイクロレンズ５１、５２をそれぞれ別工程で形成する固体撮像装置の製造方法と比較して、製造工程を減少させることができる。

なお、この製造方法によって製造された固体撮像装置は、第１の実施形態において説明した固体撮像装置と比較して、装置の感度が向上する。すなわち、第１の実施形態において説明した固体撮像装置は、例えば図３に示されるように、第１のマイクロレンズ１１の一部と第２のマイクロレンズ１２の一部とが、互いに重なるように形成された。しかし、このように第１、第２のマイクロレンズ１１、１２が重なるように形成されると、互いの表面張力によって、これらの境界部分がわずかに下に凸状に湾曲してしまう。従って、この湾曲部分に入射された光は散乱されてしまう。これに対して、第２の実施形態において説明した固体撮像装置の場合、第１、第２のマイクロレンズ５１、５２が重なることはなく、互いに円周が接するように形成される。従って、第１のマイクロレンズ５１と第２のマイクロレンズ５２との境界部分に入射された光であっても、フォトダイオード層１８に集光される。従って、第１の実施形態において説明した固体撮像装置と比較して、装置の感度が向上する。

以上に、本発明の実施形態に係る固体撮像装置の製造方法について説明した。しかし、本発明に係る固体撮像装置の製造方法は、上述の実施形態に限定されるものではなく、互いに高さが異なるマイクロレンズを有する固体撮像装置を製造する場合には全てに適用可能である。例えば、図４乃至図６に示されるグレーティングマスク３１の第１の透過領域３２および第２の透過領域３３の面積および透過率を調節することにより、第１のマイクロレンズは互いに離間し、第１のマイクロレンズと第２のマイクロレンズとは、それぞれの円周が接するように形成する場合にも、本発明を適用することができる。

さらに、３種類以上の透過領域を有するグレーティングマスクを用い、これらの３種類以上の各透過領域の面積および透過率を適宜調節することにより、互いに高さが異なる３種類以上のマイクロレンズを一括形成する場合にも、本発明を適用することができる。

また、上述の実施形態の説明においては、いわゆる表面照射型の固体撮像装置の製造方法を説明したが、本発明は、これ以外の固体撮像装置の製造方法に適用することもでき、例えば、いわゆる裏面照射型の固体撮像装置の製造方法に適用することもできる。以下に、図２２および図２３を参照して、裏面照射型の固体撮像装置について説明する。図２２は、裏面照射型の固体撮像装置の要部を示す、図２に相当する断面図である。また、図２３は、裏面照射型の固体撮像装置の要部を示す、図３に相当する断面図である。なお、説明において、第１の実施形態において説明した固体撮像装置と同じ構成の箇所については説明を省略するとともに、同一の符号を付している。

図２２および図２３に示すように、裏面照射型の固体撮像装置は、例えばシリコンからなる半導体基板７１の裏面を主面とする固体撮像装置であって、半導体基板７１の裏面上、すなわち主面上に、青色カラーフィルタ層１３、赤色カラーフィルタ層１４、および緑色カラーフィルタ層１５からなるカラーフィルタ層１６、および互いに高さが異なる第１、第２のマイクロレンズ１１、１２が形成されたものである。

半導体基板７１には、この基板を貫通するように複数のフォトダイオード層７２が格子状に配列形成されている。そして、これらのフォトダイオード層７２の間には、画素分離層７３が形成されている。

このような半導体基板７１の表面上には、配線層２０が形成されている。これに対し、半導体基板７１の裏面の表面上には、第１の平坦化層２２、カラーフィルタ層１６、および第２の平坦化層２３がこの順で積層形成されており、第２の平坦化層２３の表面上に、第１、第２のマイクロレンズ１１、１２が形成されている。

このように配線層２０、カラーフィルタ層１６、第１、第２のマイクロレンズ１１、１２等が形成された固体撮像装置は、配線層２０の表面（図２２、図２３においては、配線層２０の下面）上に形成された、例えばシリコンからなる支持基板７４により支持されている。

このような裏面照射型の固体撮像装置は、第１、第２のマイクロレンズ１１、１２を介して入射された光が、配線層２０を介さずにフォトダイオード層７２に集光される。従って、表面照射型の固体撮像装置と比較して、感度を向上させることができる。

また、本発明の固体撮像装置の製造方法を適用可能な固体撮像装置は、これら以外にも、例えば、カラーフィルタ層の種類およびその配置、配列は、上述の各実施形態の構成に限定されるものではない。従って、必ずしも高さが高い第１のマイクロレンズ１１、５１を青色カラーフィルタ層１３および赤色カラーフィルタ層１４上に形成し、高さが低い第２のマイクロレンズ１２、５２を緑色カラーフィルタ層１５上に形成する必要はない。さらには、カラーフィルタ層を具備しない固体撮像装置に対しても、本発明の固体撮像装置の製造方法を適用することができる。

以上に、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１、５１・・・第１のマイクロレンズ
１２、５２・・・第２のマイクロレンズ
１３・・・青色カラーフィルタ
１４・・・赤色カラーフィルタ
１５・・・緑色カラーフィルタ
１６・・・カラーフィルタ層
１７、７１・・・半導体基板
１８、７２・・・フォトダイオード層
１９・・・酸化膜
２０・・・配線層
２０−１・・・配線
２０−２・・・絶縁層
２１・・・パッシベーション膜（表面保護膜）
２２・・・第１の平坦化層
２３・・・第２の平坦化層
３１・・・グレーティングマスク
３２・・・第１の透過領域
３３・・・第２の透過領域
３４・・・透明樹脂基板
３５・・・第１のドットパターン
３６・・・露光光
３７・・・第２のドットパターン
４１・・・透明樹脂層
４２、６１・・・第１の樹脂パターン
４３、６２・・・第２の樹脂パターン
７３・・・画素分離層
７４・・・支持基板

Claims (5)

1. 複数のフォトダイオード層を有する半導体基板の主面上に透明樹脂層を形成する工程と、
   第１の透過領域、およびこの領域よりも光の透過率が高い第２の透過領域を、互いに離間した位置に有するグレーティングマスクを、前記第１の透過領域および前記第２の透過領域が、それぞれ前記フォトダイオード上に位置するように配置した後、前記グレーティングマスクを用いて前記透明樹脂層を露光する工程と、
   前記透明樹脂層を現像することにより、第１の樹脂パターン、およびこのパターンの高さよりも低い第２の樹脂パターンを、互いに離間した位置に形成する工程と、
   前記第１の樹脂パターンおよび前記第２の樹脂パターンを熱処理することにより、第１のマイクロレンズ、およびこのマイクロレンズの高さよりも低い第２のマイクロレンズを形成する工程と、
   を具備することを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
2. 前記半導体基板は、格子状に配列形成された複数のフォトダイオード層を有するとともに、
   前記グレーティングマスクは、市松状に配列された複数の前記第１の透過領域と、これらの第１の透過領域の間に市松状に形成された前記第２の透過領域と、を有することを特徴とする請求項１に記載の固体撮像装置の製造方法。
3. 複数の前記第１の樹脂パターンおよび複数の前記第２の樹脂パターンは、それぞれ、これらを熱処理することによって形成される複数の前記第１のマイクロレンズおよび複数の前記第２のマイクロレンズが、それぞれ互いに離間する程度の大きさで形成されるとともに、
   それぞれの前記第１のマイクロレンズと、これに隣接する複数の前記第２のマイクロレンズとが、前記複数のフォトダイオード層の格子配列に対して水平および垂直方向においては互いに重なるように接する程度の大きさであることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
4. 複数の前記第１の樹脂パターンは、これらを熱処理することによって形成される複数の前記第１のマイクロレンズが、前記複数のフォトダイオード層の格子配列に対して斜め方向においては互いに接し、垂直・水平方向においては互いに離間する程度の大きさで形成され、
   複数の前記第２の樹脂パターンは、これらを熱処理することによって形成される複数の前記第２のマイクロレンズが、それぞれ互いに離間する程度の大きさで形成されるとともに、
   複数の前記第１の樹脂パターンおよび複数の前記第２の樹脂パターンは、それぞれの前記第１のマイクロレンズと、これに隣接する複数の前記第２のマイクロレンズとが、前記複数のフォトダイオード層の格子配列に対して水平および垂直方向において互いに接する程度の大きさであることを特徴とする請求項２に記載の固体撮像装置の製造方法。
5. 前記透明樹脂層を形成する工程は、前記半導体基板の主面上に互いに透過波長が異なる複数のカラーフィルタ層を、前記フォトダイオード層の配列に対応するように形成した後、これらのカラーフィルタ層上に前記透明樹脂層を形成する工程であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の固体撮像装置の製造方法。

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