WO2012102135A1 - 固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state imaging device, a manufacturing method of the solid-state imaging device, and an electronic apparatus, and more particularly, a compound-eye solid-state imaging device in which one microlens is arranged facing each of a plurality of on-chip lenses and a manufacturing method thereof. And an electronic apparatus using the solid-state imaging device.
  • the solid-state imaging device includes a plurality of photoelectric conversion units arranged two-dimensionally on one main surface side of the substrate. An on-chip lens corresponding to each photoelectric conversion unit is disposed above each photoelectric conversion unit.
  • a compound eye solid-state imaging device (so-called “Light Field Camera”) has been proposed in which one microlens is disposed so as to face each of a plurality of on-chip lenses disposed in 2 ⁇ 2 or 3 ⁇ 3, for example. .
  • information on the traveling direction of light can be obtained as imaging data obtained from the photoelectric conversion unit in addition to the light intensity distribution.
  • an image in an arbitrary field of view for example, an image in an arbitrary field of view (parallax image) or an image at an arbitrary focus (refocus image) can be generated.
  • it can be applied to a three-dimensional display using a display method called an integral method.
  • the microlens is provided via a space on the substrate on which the on-chip lens is provided so that the on-chip lens is disposed on the focal plane of each microlens (for example, see Patent Documents 1 and 2 below).
  • This space is configured, for example, by providing a light-blocking block having a plurality of openings corresponding to microlenses between a substrate (imaging unit) provided with on-chip lenses and a microlens array in which microlenses are arranged. Has been.
  • the microlens array and the imaging unit are arranged via a space. For this reason, for example, in a use environment of high temperature or high temperature and high humidity, a difference in thermal expansion coefficient between the microlens array and the imaging unit causes an optical axis shift or the like, which causes image quality deterioration such as shading and uneven image quality. .
  • the present disclosure is capable of suppressing deterioration in image quality due to an optical axis shift between the microlens array and the imaging unit, thereby enabling a compound eye solid that can capture images with high image quality regardless of the use environment.
  • An object is to provide an imaging device. Moreover, this indication aims at providing the manufacturing method of such a solid-state imaging device, and the electronic device using this solid-state imaging device.
  • a solid-state imaging device includes a two-dimensionally arranged photoelectric conversion unit and an on-chip two-dimensionally arranged above each photoelectric conversion unit corresponding to each photoelectric conversion unit.
  • a transparent material layer sandwiched between the on-chip lens and the microlens is provided.
  • the transparent material layer is sandwiched between the on-chip lens and the microlens, so that the photoelectric conversion unit and the microlens are integrated without any space. This makes it difficult for the optical axis shift due to the difference in thermal expansion coefficient to occur between the on-chip lens and the microlens even in a high temperature and high humidity environment.
  • the present disclosure is also a method for manufacturing such a solid-state imaging device, in which a transparent material layer sandwiched between an on-chip lens and a microlens is placed on a substrate on which a photoelectric conversion unit and an on-chip lens are formed, or on a micro Forming on the substrate on which the lens is formed.
  • the present disclosure is also an electronic device using such a solid-state imaging device, and an optical system that guides incident light to the microlens of the solid-state imaging device and a signal processing that processes an output signal from the photoelectric conversion unit of the solid-state imaging device Circuit.
  • the optical axis shift due to the difference in thermal expansion coefficient between the on-chip lens and the upper microlens is less likely to occur. It is possible to improve the image pickup image quality in the apparatus.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a MOS type solid-state imaging device as an example of a solid-state imaging device manufactured by applying the manufacturing method of each embodiment of the present disclosure.
  • the solid-state imaging device 1 shown in this figure has a pixel region in which a plurality of pixels 3 including a photoelectric conversion unit are regularly arranged two-dimensionally on one surface of a substrate 2.
  • Each pixel 3 is provided with a photoelectric conversion unit, a charge storage unit, and a pixel circuit including a plurality of transistors (so-called MOS transistors) and a capacitor element.
  • MOS transistors transistors
  • a plurality of pixels share a part of the pixel circuit.
  • Peripheral circuits such as the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the system control circuit 7 are provided in the peripheral portion of the pixel region as described above.
  • the vertical drive circuit 4 is configured by, for example, a shift register, selects the pixel drive line 8, supplies a pulse for driving the pixel to the selected pixel drive line 8, and sets the pixels 3 arranged in the pixel region to the row. Drive in units. In other words, the vertical drive circuit 4 selectively scans each pixel 3 arranged in the pixel region in the vertical direction sequentially in units of rows. Then, the pixel signal based on the signal charge generated according to the amount of light received in each pixel 3 is supplied to the column signal processing circuit 5 through the vertical signal line 9 wired perpendicularly to the pixel drive line 8.
  • the column signal processing circuit 5 is disposed for each column of the pixels 3, for example, and performs signal processing such as noise removal on the signal output from the pixels 3 for one row for each pixel column. That is, the column signal processing circuit 5 performs signals such as correlated double sampling (CDS) for removing fixed pattern noise unique to pixels, signal amplification, analog / digital conversion (AD), and the like. Process.
  • CDS correlated double sampling
  • AD analog / digital conversion
  • the horizontal drive circuit 6 is configured by, for example, a shift register, and sequentially outputs horizontal scanning pulses, thereby selecting each of the column signal processing circuits 5 in order and outputting a pixel signal from each of the column signal processing circuits 5.
  • the system control circuit 7 receives an input clock and data for instructing an operation mode, and outputs data such as internal information of the solid-state imaging device 1. That is, in the system control circuit 7, a clock signal and a control signal that become a reference for operations of the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6 and the like based on the vertical synchronization signal, the horizontal synchronization signal, and the master clock. Is generated. These signals are input to the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like.
  • peripheral circuits 4 to 7 as described above and the pixel circuit provided in each pixel 3 constitute a drive circuit for driving each pixel. Note that the peripheral circuits 4 to 7 may be arranged at positions where they are stacked in the pixel region.
  • the compound eye solid-state imaging device 1 is configured by providing one microlens 10 for each of the plurality of pixels 3 above the pixels 3.
  • one microlens 10 is provided for every nine pixels 3 arranged in 3 ⁇ 3 is illustrated.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of the solid-state imaging device 1a of the first embodiment.
  • the solid-state imaging device shown in this figure is a so-called compound eye solid-state imaging device (Light Field Camera), and is configured as follows.
  • one main surface side of a substrate 2 made of single crystal silicon is used as a light receiving surface, and photoelectric conversion units 21 made of impurity regions are two-dimensionally arranged on the surface layer on the light receiving surface side. Is formed.
  • This photoelectric conversion unit 21 is provided for each pixel 3.
  • a color filter layer 25 is provided via a protective insulating film 23.
  • the color filter layer 25 is composed of color filters that are patterned for each pixel 3.
  • each member disposed in each pixel 3 may be provided only on one main surface side that is the light receiving surface side in the substrate 2 as illustrated, or may be provided from one main surface side to another main surface side. Further, it is assumed that other impurity regions such as element isolation and floating diffusion (not shown here) are arranged on the substrate 2 as necessary.
  • a gate insulating film, a gate electrode, or the like not shown here may be disposed on the substrate 2 provided with the impurity region including the photoelectric conversion portion 21.
  • the protective insulating film 23 is disposed so as to cover the gate insulating film and the gate electrode.
  • the pixel circuit including the gate insulating film and the gate electrode may be disposed on the surface of the substrate 2 opposite to the light receiving surface.
  • Each layer characteristic to the present disclosure is provided on such a color filter layer 25. That is, on the color filter layer 25, (A) on-chip lens 27a, (B) first intermediate layer 29, (C) second intermediate layer 31, and (D) micro lens 10a are provided in this order. .
  • A) on-chip lens 27a, (B) first intermediate layer 29, (C) second intermediate layer 31, and (D) micro lens 10a are provided in this order.
  • B) first intermediate layer 29, (C) second intermediate layer 31, and (D) micro lens 10a are provided in this order.
  • a detailed configuration will be described in order from the substrate 2 side.
  • the on-chip lens 27a is disposed corresponding to each pixel 3 and each photoelectric conversion unit 21, and here, for example, is a convex lens that is convex in the light incident direction.
  • Such an on-chip lens 27a is made of a material that is transparent to light having a wavelength that is photoelectrically converted by the photoelectric conversion unit 21 (hereinafter referred to as a transparent material), and is made of a material having a refractive index n0. I will do it.
  • a plurality of on-chip lenses may be stacked on each photoelectric conversion unit 21, but the on-chip lens 27a here is the uppermost on-chip lens.
  • the material constituting the on-chip lens 27a a material having a large refractive index difference from the first intermediate layer 29 is preferably used as will be described in the next first intermediate layer 29.
  • the on-chip lens 27a is a convex lens, a material having a large refractive index is used among the transparent materials.
  • the first intermediate layer 29 is a layer provided as a transparent material layer, and is formed to have a flat surface by embedding the lens shape of the on-chip lens 27a.
  • the first intermediate layer 29 is made of a material having a refractive index n1 that has a sufficiently large difference from the refractive index n0 of the on-chip lens 27a to the extent that the condensing characteristic of the on-chip lens 27a to the photoelectric conversion unit 21 can be maintained. It is important that
  • the on-chip lens 27a is a convex lens
  • the first intermediate layer 29 is formed using a material having a low refractive index among transparent materials, and the refractive index n0 of the on-chip lens 27a and the first intermediate layer are formed.
  • the refractive index n1 of 29 is n1 ⁇ n0.
  • the first intermediate layer 29 may be of a film thickness that allows the lens shape of the on-chip lens 27a to be embedded and formed to be flat on the surface, and it is necessary to consider the focal length of the microlens 10a described below. Absent.
  • Table 1 below shows the refractive index difference a (
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the refractive index difference a and the focal length difference c.
  • the refractive index n1 of the first intermediate layer 29 is It is the graph obtained by changing.
  • the focal length of each on-chip lens 27a increases as the difference in refractive index from the first intermediate layer 29 arranged adjacent to the incident direction of light decreases.
  • the focal length of the on-chip lens 27a is increased, it is necessary to increase the distance between the on-chip lens 27a and the photoelectric conversion unit 21, and therefore, it is assumed that the oblique light incident sensitivity is deteriorated.
  • the on-chip lens 27a is required to have a focal length as small as that when the first intermediate layer 29 is replaced with the atmosphere, so that the refractive index difference
  • a material constituting one intermediate layer 29 is selected. More preferably, the focal length of the on-chip lens 27 a is smaller than the size of the pixel 3.
  • the second intermediate layer 31 is a layer provided as a transparent material layer and has a flat surface. It is important that the second intermediate layer 31 has a film thickness t2 that can maintain the condensing characteristic of the microlens 10a to the on-chip lens 27a. For this reason, the film thickness t2 of the second intermediate layer 31 and the film thickness t1 of the first intermediate layer 29 satisfy t2> t1.
  • the film thickness t2 of the second intermediate layer 31 in this case is set to a value obtained by subtracting the film thickness t1 of the first intermediate layer 29 from the focal distance of 6.3 ⁇ m of the microlens 10a.
  • the film thickness t2 of the second intermediate layer 31 is set to be larger than the value obtained by subtracting the film thickness t1 of the first intermediate layer 29 from the focal length 6.3 ⁇ m of the microlens 10a assumed to be a hemisphere. Will be.
  • the refractive index n2 of the material constituting the second intermediate layer 31 is
  • the microlenses 10a are arranged for each of the plurality of on-chip lenses 27a.
  • one microlens 10a is arranged for each of the 9-pixel on-chip lenses 27a arranged two-dimensionally in 3 ⁇ 3.
  • a material considering workability is selected and used as a material constituting the large microlens 10a as compared with the on-chip lens 27a.
  • the microlens 10a is made of a material having a higher refractive index n3, the film thickness t2 of the second intermediate layer 31 is made thinner.
  • FIG. 4 and 5 are cross-sectional process diagrams illustrating a manufacturing procedure of the solid-state imaging device according to the first embodiment.
  • a method for manufacturing the solid-state imaging device according to the first embodiment shown in FIG. 2 will be described below with reference to these drawings.
  • photoelectric conversion portions 21 made of impurity regions are formed in each pixel 3 on one main surface side of the substrate 2 made of single crystal silicon by ion implantation from above the mask and subsequent heat treatment. To do. If necessary, another impurity region is formed inside the substrate 2, and a gate insulating film and a gate electrode are formed on the substrate 2. Thereafter, a protective insulating film 23 is formed on the substrate 2. At this time, the protective insulating film 23 is formed with a film thickness adjusted so that the focal point of the on-chip lens is positioned in the photoelectric conversion unit 21 in consideration of the focal length of the on-chip lens to be formed later. Thereafter, a color filter of each color is formed in a pattern on each pixel 3 on the protective insulating film 23. Thereby, the color filter layer 25 is formed on the protective insulating film 23.
  • an on-chip lens 27 a is formed on the color filter layer 25.
  • a silicon nitride film is first formed on the color filter layer 25, and an independent island-like resist pattern is formed corresponding to each pixel portion on the upper side.
  • a melt flow method is applied and heat treatment is performed to cause the resist pattern to flow, and it is shaped into a convex lens shape by surface tension.
  • the silicon nitride film is etched together with the resist pattern from above the resist pattern having a convex lens shape, and the curved shape of the resist pattern is transferred to the silicon nitride film.
  • a convex on-chip lens 27 a made of silicon nitride is formed on each photoelectric conversion unit 21.
  • the first intermediate layer 29 is formed in a state where the lens shape of the on-chip lens 27a is embedded.
  • a transparent material having a sufficient refractive index difference with respect to silicon nitride constituting the on-chip lens 27a is used.
  • a solution in which a fluorine-containing polysiloxane resin is dissolved in propylene glycol monomethyl ether acetate (PEGMEA) as a solvent is spin-coated on the on-chip lens 27a.
  • PEGMEA propylene glycol monomethyl ether acetate
  • the saturated dissolution amount of the fluorine-containing polysiloxane resin with respect to PEGMEA is small, and the solution has an extremely low viscosity.
  • the solution has an extremely low viscosity, so that the on-chip lens 27a has a good embedding property and a good image quality with few image quality defects due to voids. Can be provided.
  • the solvent in the solution applied on the on-chip lens 27a is dried and removed by performing a heat treatment at 120 ° C. for 1 minute, for example, and subsequently the fluorine-containing polysiloxane resin is obtained by performing a heat treatment at 230 ° C. for 5 minutes. Let it harden sufficiently.
  • the first intermediate layer 29 made of a fluorine-containing polysiloxane resin in which the lens shape of the on-chip lens 27a is embedded and shaped flat is formed.
  • the first intermediate layer 29 has a thickness t1 of 1 ⁇ m or less from the top of the on-chip lens 27a.
  • the second intermediate layer 31 is formed on the first intermediate layer 29.
  • the second intermediate layer 31 is formed using a transparent material that can be formed with a certain amount of thick film.
  • a solution in which an acrylic resin is dissolved in PEGMEA as a solvent is spin-coated on the first intermediate layer 29.
  • the saturated dissolution amount of the acrylic resin in PEGMEA is larger than that of the fluorine-containing polysiloxane resin, and the solution has a high viscosity. Therefore, the coating thickness of the solution by spin coating can be increased.
  • the solution is applied to a coating film thickness of about 6.0 ⁇ m.
  • the formation of the second intermediate layer 31 is not limited to the application of the spin coating method, and other application methods such as printing and the bonding of the resin sheet described in the second embodiment are applied. You may do it.
  • a resist pattern 35 is formed on the second intermediate layer 31 by applying a lithography method.
  • This resist pattern 35 is formed corresponding to the formation position of the micro lens described above, and is formed in an independent island shape corresponding to, for example, each of the nine on-chip lenses 27a arranged two-dimensionally in 3 ⁇ 3. Is done.
  • an uncured resist material is applied and formed on the second intermediate layer 31 with a film thickness of about 1.5 ⁇ m by spin coating. .
  • the solvent in the coated resist film is removed by drying by performing a heat treatment at 120 ° C. for 1 minute.
  • a resist pattern 35 is formed on the second intermediate layer 31 by performing a development process using an aqueous solution of 2.38 wt% tetramethylammonium hydride (TMAH) on the resist film subjected to pattern exposure.
  • TMAH tetramethylammonium hydride
  • a post-exposure bake process for melt flow and curing is performed.
  • the resist pattern 35 is caused to flow and is shaped into a convex curved surface shape by surface tension, and the shaped resist pattern 35 is cured.
  • the microlens 10a formed by shaping the resist pattern 35 into a lens shape is formed.
  • the solid-state imaging device 1a of the first embodiment described with reference to FIG. 2 is obtained.
  • the microlens 10a is formed of an inorganic material such as silicon nitride, the microlens forming method described in the second embodiment can be applied.
  • the first intermediate layer 29 and the second intermediate layer 27a are arranged between the on-chip lens 27a and the microlens 10a disposed in the upper portion corresponding to each of the plurality of on-chip lenses 27a.
  • a transparent material layer composed of the intermediate layer 31 was sandwiched. Accordingly, the photoelectric conversion unit 21 to the microlens 10a under the on-chip lens 27a are integrated without interposing a space portion. For this reason, even under a high-temperature and high-humidity environment, an optical axis shift due to a difference in thermal expansion coefficient hardly occurs between the on-chip lens 27a and the microlens 10a.
  • the solid-state imaging device 1a has an integrated structure without interposing a space portion, it is possible to provide excellent image quality with excellent sensitivity characteristics and reduced flare ghosts.
  • the transparent material layer sandwiched between the on-chip lens 27a and the microlens 10a is divided into the first intermediate layer 29 on the on-chip lens 27a side and the second intermediate on the microlens 10a side.
  • a laminated structure with the layer 31 was formed.
  • the second intermediate layer 31 is formed using a material that can be thickened in accordance with the focal length of the micro lens 10a having a large diameter, while the refractive index considering only the light condensing performance of the on-chip lens 27a.
  • the first intermediate layer 29 can be formed using a material having the same.
  • the distance between the on-chip lens 27a and the photoelectric conversion unit 21 is reduced while securing the focal length of the micro lens 10a having a large diameter, so It becomes possible to prevent a decrease in sensitivity due to the intrusion of obliquely incident light.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of the solid-state imaging device 1b according to the second embodiment.
  • the compound eye solid-state imaging device shown in this figure is different from the solid-state imaging device of the first embodiment in that the microlens 10b is configured in a concave shape, and other configurations are the same.
  • the compound-eye solid-state imaging device 1b includes (A) the on-chip lens 27a, (B) the first intermediate layer 29, and (C) the second through the protective insulating film 23 and the color filter layer 25 on the photoelectric conversion unit 21.
  • the intermediate layer 31 and the (D) microlens 10b are provided in this order.
  • (A) the on-chip lens 27a, (B) the first intermediate layer 29, and (C) the second intermediate layer 31 have the same configuration as in the first embodiment.
  • D) The configuration of the microlens 10b is as follows.
  • the microlens 10b is a concave lens that is concave in the light incident direction, and is convex toward the second intermediate layer 31 side.
  • Such a microlens 10b is made of a transparent material having a refractive index n3 having a sufficiently large difference from the refractive index n2 of the second intermediate layer 31.
  • a material having a refractive index n3 larger than the refractive index n2 of the second intermediate layer 31 is used. For this reason, the refractive index n2 of the second intermediate layer 31 and the refractive index n3 of the microlens 10b are n2 ⁇ n3.
  • microlenses 10b are arranged for each of the plurality of on-chip lenses 27a, as in the first embodiment.
  • each of the 9-pixel on-chip lenses 27a arranged two-dimensionally in 3 ⁇ 3.
  • the refractive index n2 of the material constituting the second intermediate layer 31 may be
  • the refractive index n1 ⁇ refractive index n2 is the same as in the first embodiment.
  • the film thickness t2 of the second intermediate layer 31 and the film thickness t1 of the first intermediate layer 29 satisfy t2> t1.
  • the transparent substrate 41 used in the manufacturing process demonstrated below may be provided in the upper part of the micro lens 10b.
  • FIG. 7 and 8 are cross-sectional process diagrams illustrating a manufacturing procedure of the solid-state imaging device according to the second embodiment. A method for manufacturing the solid-state imaging device according to the second embodiment shown in FIG. 6 will be described below with reference to these drawings.
  • a lens material film 43 for forming microlenses is formed on a transparent substrate 41 made of glass or plastic material.
  • the lens material film 43 made of silicon nitride is formed by, for example, a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
  • SiH 4 silane
  • NH 3 ammonia
  • N 2 nitrogen
  • a resist pattern 45 is formed on the lens material film 43 by applying a lithography method.
  • This resist pattern 45 is formed corresponding to the formation position of the microlens described above, and is formed in an independent island shape corresponding to, for example, each of the nine on-chip lenses 27a arranged two-dimensionally in 3 ⁇ 3. Is done.
  • the method for forming such a resist pattern 45 is the same as the method for forming a resist pattern described in the first embodiment, and is performed as follows.
  • the resist material for example, a novolak resin-based resist material is used, and first, an uncured resist material is applied and formed on the lens material film 43 with a film thickness of about 0.5 ⁇ m by spin coating. Next, the solvent in the coated resist film is removed by drying by performing a heat treatment at 120 ° C. for 1 minute. Next, pattern exposure using an i-line exposure apparatus is performed on the resist film. Thereafter, a resist pattern 45 is formed on the lens material film 43 by performing a development process using an aqueous solution of 2.38 wt% tetramethylammonium hydride (TMAH) on the resist film subjected to pattern exposure.
  • TMAH tetramethylammonium hydride
  • the melt flow method is applied to shape the resist pattern 45 into a lens shape.
  • the resist pattern 45 is caused to flow, and is shaped into a convex curved surface shape by surface tension, and the shaped resist pattern 45 is cured. Thereby, the resist pattern 45 is shaped into a lens shape.
  • the lens material film 43 made of silicon nitride is etched together with the resist pattern 45 from above the resist pattern 45 shaped into a lens shape.
  • dry etching with a bias power of 150 W and a source power of 1000 W is performed using a mixed gas of carbon tetrafluoride (CF 4 ) / oxygen (O 2 ) as an etching gas.
  • CF 4 carbon tetrafluoride
  • O 2 oxygen
  • the second intermediate layer 31 is formed on the transparent substrate 41 on which the microlenses 10b are formed.
  • the second intermediate layer 31 is formed with a film thickness t2 in consideration of the focal length of the microlens 10b together with the first intermediate layer to be formed next.
  • the second intermediate layer 31 is bonded to the upper part of the microlens 10b, for example, by vacuum lamination using a resin sheet.
  • heat treatment is performed at 130 ° C. for 5 minutes in a nitrogen (N 2 ) atmosphere.
  • N 2 nitrogen
  • middle layer 31 is not limited to bonding of a resin sheet, For example, spin coating of the resin material demonstrated in 1st Embodiment, Furthermore, application methods, such as printing, may be applied. .
  • the photoelectric conversion unit 21, the protective insulating film 23, the color filter layer 25, the on-chip lens 27a, and the first intermediate layer 29 are formed on one main surface side of the substrate 2 made of, for example, single crystal silicon. Is formed. These forming methods are performed in the same manner as the procedure described with reference to FIGS. 4A to 4C in the first embodiment.
  • the substrate 2 on which the first intermediate layer 29 is formed and the transparent substrate 41 on which the second intermediate layer 31 is formed are arranged with the first intermediate layer 29 and the second intermediate layer 31 facing each other. To do. At this time, alignment is performed so that one microlens 10b is opposed to each of the nine on-chip lenses 27a arranged in 3 ⁇ 3 pixels.
  • the substrate 2 and the transparent substrate 41 are bonded between the first intermediate layer 29 and the second intermediate layer 31.
  • thermal bonding is performed under a heating condition of 110 ° C.
  • heat treatment is performed at 130 ° C. for 5 minutes in a nitrogen (N 2 ) atmosphere.
  • the first intermediate layer 29 and the second intermediate layer are provided between the on-chip lens 27a and the microlens 10b disposed on the upper portion corresponding to each of the plurality of on-chip lenses 27a.
  • a transparent material layer composed of 31 was sandwiched.
  • the photoelectric conversion unit 21 to the microlens 10b below the on-chip lens 27a are integrated without interposing a space portion.
  • an optical axis shift due to a difference in thermal expansion coefficient hardly occurs between the on-chip lens 27a and the microlens 10b.
  • the solid-state imaging device 1b has an integrated structure without a space portion, it is possible to provide excellent image quality with excellent sensitivity characteristics and reduced flare ghosts.
  • the transparent material layer sandwiched between the on-chip lens 27a and the microlens 10b includes the first intermediate layer 29 on the on-chip lens 27a side and the second intermediate layer on the microlens 10b side. 31 and a laminated structure.
  • the second intermediate layer 31 is formed using a material that can be thickened in accordance with the focal length of the microlens 10b having a large diameter, while the refractive index n1 considering only the light collecting performance of the on-chip lens 27a. It is possible to constitute the first intermediate layer 29 using these materials.
  • the distance between the on-chip lens 27a and the photoelectric conversion unit 21 is reduced while securing the focal length of the micro lens 10b having a large diameter, so It becomes possible to prevent a decrease in sensitivity due to the intrusion of obliquely incident light.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a main part of a solid-state imaging device 1c according to the third embodiment.
  • the compound eye type solid-state imaging device shown in this figure is different from other solid-state imaging devices in that the on-chip lens 27b is formed in a concave shape.
  • the configuration other than the on-chip lens 27b is the same as that of the second embodiment.
  • the compound-eye solid-state imaging device 1c includes (A) an on-chip lens 27b, (B) a first intermediate layer 29, and (C) a second through a protective insulating film 23 and a color filter layer 25 on the photoelectric conversion unit 21.
  • the intermediate layer 31 and the (D) microlens 10b are provided in this order.
  • middle layer 31, and (D) micro lens 10b are the structures similar to 2nd Embodiment.
  • the configuration of the on-chip lens 27b is as follows.
  • the on-chip lens 27b is a concave lens that is concave in the light incident direction, and is convex toward the color filter layer 25 side.
  • Such an on-chip lens 27b is made of a transparent material having a refractive index n0 having a sufficiently large difference from the refractive index n1 of the first intermediate layer 29.
  • the refractive index n0 of the on-chip lens 27b and the refractive index n1 of the first intermediate layer 29 are n0 ⁇ n1.
  • the first intermediate layer 29 is preferably made of a material having a refractive index close to that of the second intermediate layer 31, and the refractive index n1 of the first intermediate layer 29 and the refractive index n2 of the second intermediate layer 31 are n1 ⁇ n2.
  • the on-chip lens 27b has a refractive index n0 ⁇ 1.5 and
  • the film thickness t2 of the second intermediate layer 31 and the film thickness t1 of the first intermediate layer 29 satisfy t2> t1.
  • FIG. 10 and 11 are cross-sectional process diagrams illustrating the manufacturing procedure of the solid-state imaging device according to the third embodiment. A method for manufacturing the solid-state imaging device according to the third embodiment shown in FIG. 9 will be described below with reference to these drawings.
  • a microlens 10b is formed on a transparent substrate 41 made of glass or plastic material.
  • the formation of the microlens 10b is performed in the same manner as the procedure described with reference to FIGS. 7A to 7C in the second embodiment.
  • the second intermediate layer 31 is formed on the transparent substrate 41 on which the microlenses 10b are formed.
  • the second intermediate layer 31 is formed with a film thickness t2 in consideration of the focal length of the microlens 10b together with the first intermediate layer to be formed next.
  • the formation of the second intermediate layer 31 is performed by the spin coating method described with reference to FIG. 4D in the first embodiment or the coating method such as the printing method, and in the second embodiment by D in FIG. This is performed by laminating the resin sheets described with reference to FIG.
  • a first intermediate layer 29 having a convex lens shape on the surface is formed on the second intermediate layer 31.
  • the resist pattern is formed in a convex lens shape, and the first intermediate layer 29 in which each convex lens shape is continuous at the bottom is formed.
  • 3 ⁇ 3 convex lens shapes are formed for each microlens 10b.
  • each convex lens is formed by embedding the convex lens shape formed on the surface of the second intermediate layer 31 on the second intermediate layer 31 and forming a lens material film on the surface flat.
  • An on-chip lens 27b having a concave lens shape following the shape is formed.
  • FIG. 11A As shown in FIG. 11A, for example, a photoelectric conversion portion 21, a protective insulating film 23, and a color filter layer 25 are formed on one main surface side of the substrate 2 made of single crystal silicon. These forming methods are performed in the same manner as the procedure described with reference to FIG. 4A in the first embodiment.
  • the substrate 2 on which the color filter layer 25 is formed and the transparent substrate 41 on which the on-chip lens 27b is formed are arranged with the color filter layer 25 and the on-chip lens 27b facing each other. At this time, alignment is performed so that each on-chip lens 27b and each photoelectric conversion unit 21 are arranged to face each other.
  • the substrate 2 and the transparent substrate 41 are bonded together between the color filter layer 25 and the on-chip lens 27b.
  • thermal bonding is performed under heating conditions.
  • heat treatment is performed in a nitrogen (N 2 ) atmosphere as necessary to ensure adhesion between the on-chip lens 27 b and the color filter layer 25.
  • the first intermediate layer 29 and the first intermediate layer 29b are arranged between the on-chip lens 27b and the microlenses 10b disposed in correspondence with each of the plurality of on-chip lenses 27b.
  • a transparent material layer composed of two intermediate layers 31 was sandwiched.
  • the photoelectric conversion unit 21 to the micro lens 10b below the on-chip lens 27b are integrated without interposing a space portion.
  • an optical axis shift due to a difference in thermal expansion coefficient hardly occurs between the on-chip lens 27b and the microlens 10b.
  • the solid-state imaging device 1c has an integrated structure without interposing a space portion, it is possible to provide excellent image quality with excellent sensitivity characteristics and reduced flare ghosts.
  • the transparent material layer sandwiched between the on-chip lens 27b and the microlens 10b includes the first intermediate layer 29 on the on-chip lens 27b side and the second intermediate layer on the microlens 10b side. 31 and a laminated structure.
  • the second intermediate layer 31 is formed using a material that can be thickened in accordance with the focal length of the microlens 10b having a large diameter, while the refractive index n1 considering only the light condensing performance of the on-chip lens 27b. It is possible to form the first intermediate layer 29 using a material having
  • the distance between the on-chip lens 27b and the photoelectric conversion unit 21 is reduced while securing the focal length of the micro lens 10b having a large diameter, so It becomes possible to prevent a decrease in sensitivity due to the intrusion of obliquely incident light.
  • the solid-state imaging device includes, for example, a camera system such as a digital camera and a video camera, a small portable terminal and a computer with an imaging function, and a robot vision having an imaging function. It can be applied to electronic equipment.
  • FIG. 12 is a configuration diagram of a camera using a solid-state imaging device as an example of an electronic apparatus according to the present disclosure.
  • the camera according to the present embodiment is an example of a video camera capable of capturing still images or moving images.
  • the camera 91 according to this embodiment includes a solid-state imaging device 1, an optical system 93 that guides incident light to a light receiving sensor unit of the solid-state imaging device 1, a shutter device 94, and a drive circuit 95 that drives the solid-state imaging device 1. And a signal processing circuit 96 that processes an output signal of the solid-state imaging device 1.
  • the solid-state imaging device (1a to 1c) described in the above-described embodiments is applied to the solid-state imaging device 1.
  • the optical system (optical lens) 93 forms image light (incident light) from the subject on the imaging surface of the solid-state imaging device 1. Thereby, signal charges are accumulated in the solid-state imaging device 1 for a certain period.
  • the optical system 93 may be an optical lens system including a plurality of optical lenses.
  • the shutter device 94 controls the light irradiation period and the light shielding period to the solid-state imaging device 1.
  • the drive circuit 95 supplies a drive signal for controlling the transfer operation of the solid-state imaging device 1 and the shutter operation of the shutter device 94.
  • Signal transfer of the solid-state imaging device 1 is performed by a drive signal (timing signal) supplied from the drive circuit 95.
  • the signal processing circuit 96 performs various signal processing.
  • the video signal subjected to the signal processing is stored in a storage medium such as a memory or output to a monitor.
  • the compound eye solid-state image pickup device 1 is provided by using the compound eye solid-state image pickup device 1 in which the image pickup image quality is improved regardless of the use environment. It becomes possible to improve the reliability of electronic equipment.
  • this technique can also take the following structures.
  • On-chip lenses that are two-dimensionally arranged above the photoelectric conversion units corresponding to the photoelectric conversion units, A microlens disposed opposite to each other among the on-chip lenses;
  • a solid-state imaging device comprising: a transparent material layer sandwiched between the on-chip lens and the microlens.
  • the transparent material layer is A first intermediate layer having a surface flattened over the on-chip lens;
  • the refractive index n0 of the on-chip lens, the refractive index n1 of the first intermediate layer, and the refractive index n2 of the second intermediate layer are
  • the film thickness of the second intermediate layer is thicker than the film thickness of the first intermediate layer. (2) or (3).
  • a method for manufacturing a solid-state imaging device comprising: forming a transparent material layer on the substrate on which the photoelectric conversion unit and the on-chip lens are formed, or on the substrate on which the microlens is formed.
  • the step of forming the transparent material layer includes Forming a first intermediate layer whose surface is flattened in a state of covering the on-chip lens; and forming a second intermediate layer disposed between the first intermediate layer and the microlens.

Abstract

本技術は、使用環境によらずに高画質での撮像が可能な複眼系の固体撮像装置を提供することができる固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器に関する。 二次元配列された光電変換部２１と、各光電変換部２１に対応して光電変換部２１の上方に二次元配列されたオンチップレンズ２７ａと、オンチップレンズ２７ａのうちの複数毎に対向配置されたマイクロレンズ１０ａと、オンチップレンズ２７ａとマイクロレンズ１０ａとの間に挟持された第１中間層２９および第２中間層３１からなる透明材料層とを備えた固体撮像装置である。

Description

固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器
　本開示は、固体撮像装置、固体撮像装置の製造方法、および電子機器に関し、特には複数のオンチップレンズ毎に対向させて１つのマイクロレンズが配置された複眼系の固体撮像装置とその製造方法、およびこの固体撮像装置を用いた電子機器に関する。
　固体撮像装置は、基板の一主面側に二次元配列された複数の光電変換部を備えている。各光電変換部の上方には、それぞれの光電変換部に対応したオンチップレンズが配置されている。また近年、例えば２×２または３×３等で配置された複数のオンチップレンズ毎に対向させて１つのマイクロレンズを配置した複眼系の固体撮像装置（いわゆるLight Field Camera）が提案されている。複眼系の固体撮像装置においては、光電変換部から得られる撮像データとして、光の強度分布に加えてその光の進行方向の情報を得ることができる。このため、得られた撮像データに所定の画像処理を施すことにより、例えば任意の視野における画像（視差画像）や任意の焦点における画像（リフォーカス画像）を生成することができる。この他にも、インテグラル方式と呼ばれる表示手法を用いた３次元ディスプレイへの応用も可能である。
　このような複眼系の固体撮像装置では、各マイクロレンズの焦点面にオンチップレンズが配置されるように、オンチップレンズが設けられた基板上に空間を介してマイクロレンズが設けられている（例えば下記特許文献１，２参照）。この空間は、例えばオンチップレンズが設けられた基板（撮像ユニット）とマイクロレンズを配列してなるマイクロレンズアレイとの間に、マイクロレンズに対応する複数の開口部を有する遮光ブロックを設けて構成されている。
特開２００２－１７１４３０号公報 特開２０１０－６７６２４号公報
ところがこのような構成の複眼系の固体撮像装置では、マイクロレンズアレイと撮像ユニットとが空間部を介して配置されている。このため、例えば高温または高温高湿の使用環境下において、マイクロレンズアレイと撮像ユニットとの間の熱膨張係数差により、光軸ずれ等が発生し、シェーディング及び画質ムラなどの画質劣化が引き起こされる。
　そこで本開示は、マイクロレンズアレイと撮像ユニットとの間の光軸ずれに起因する画質劣化を抑えることが可能で、これにより使用環境によらずに高画質での撮像が可能な複眼系の固体撮像装置を提供することを目的とする。また本開示は、このような固体撮像装置の製造方法、およびこの固体撮像装置を用いた電子機器を提供することを目的とする。
　このような目的を達成するための本開示の固体撮像装置は、二次元配列された光電変換部と、各光電変換部に対応して当該各光電変換部の上方に二次元配列されたオンチップレンズと、複数のオンチップレンズ毎に対向配置されたマイクロレンズとを備えている。そして特に、オンチップレンズとマイクロレンズとの間に挟持された透明材料層を備えたことを特徴としている。
　このような構成の固体撮像装置では、オンチップレンズとマイクロレンズとの間に透明材料層を挟持させたことにより、光電変換部からマイクロレンズまでが空間部を介することなく一体化される。これにより、高温高湿の使用環境下においても、オンチップレンズとマイクロレンズとの間に、熱膨張係数差による光軸ずれが発生し難くなる。
　また本開示はこのような固体撮像装置の製造方法でもあり、オンチップレンズとマイクロレンズとの間に挟持される透明材料層を、光電変換部およびオンチップレンズが形成された基板上、またはマイクロレンズが形成された基板上に形成する工程を含む。
　さらに本開示は、このような固体撮像装置を用いた電子機器でもあり、固体撮像装置のマイクロレンズに入射光を導く光学系と、固体撮像装置の光電変換部からの出力信号を処理する信号処理回路とを備えている。
　以上説明したように本開示によれば、オンチップレンズとこの上部のマイクロレンズとの間の熱膨張係数差による光軸ずれが発生し難くなるため、使用環境によらずに複眼系の固体撮像装置においての撮像画質の向上を図ることが可能になる。
本開示を適用して得られる固体撮像装置における要部の概略構成図である。 第１実施形態の固体撮像装置の要部断面図である。 オンチップレンズと第１中間層との屈折率差と焦点距離との関係を示すグラフである。 第１実施形態の固体撮像装置の製造工程図（その１）である。 第１実施形態の固体撮像装置の製造工程図（その２）である。 第２実施形態の固体撮像装置の要部断面図である。 第２実施形態の固体撮像装置の製造工程図（その１）である。 第２実施形態の固体撮像装置の製造工程図（その２）である。 第３実施形態の固体撮像装置の要部断面図である。 第３実施形態の固体撮像装置の製造工程図（その１）である。 第３実施形態の固体撮像装置の製造工程図（その２）である。 本開示の電子機器の構成図である。
　以下本開示の実施の形態を図面に基づいて、次に示す順に実施の形態を説明する。
１．本開示の固体撮像装置の概略構成例
２．第１実施形態（凸型のオンチップレンズ＋凸型のマイクロレンズを用いた例）
３．第２実施形態（凸型のオンチップレンズ＋凹型のマイクロレンズを用いた例）
４．第３実施形態（凹型のオンチップレンズ＋凹型のマイクロレンズを用いた例）
５．第４実施形態（電子機器の実施形態）
　尚、各実施形態および変形例において共通の構成要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
≪１．固体撮像装置の概略構成例≫
　図１に、本開示の各実施形態の製造方法を適用して作製される固体撮像装置の一例として、ＭＯＳ型の固体撮像装置の概略構成を示す。
　この図に示す固体撮像装置１は、基板２の一面上に光電変換部を含む複数の画素３が規則的に２次元的に配列された画素領域を有している。各画素３には、光電変換部と、電荷蓄積部と、複数のトランジスタ（いわゆるＭＯＳトランジスタ）および容量素子等で構成された画素回路とが設けられている。尚、複数の画素で画素回路の一部を共有している場合もある。
　以上のような画素領域の周辺部分には、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６、およびシステム制御回路７などの周辺回路が設けられている。
　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、画素駆動線８を選択し、選択された画素駆動線８に画素を駆動するためのパルスを供給し、画素領域に配列された画素３を行単位で駆動する。すなわち、垂直駆動回路４は、画素領域に配列された各画素３を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、画素駆動線８に対して垂直に配線された垂直信号線９を通して、各画素３において受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号をカラム信号処理回路５に供給する。
　カラム信号処理回路５は、画素３の例えば列ごとに配置されており、１行分の画素３から出力される信号を画素列ごとにノイズ除去などの信号処理を行う。すなわちカラム信号処理回路５は、画素固有の固定パターンノイズを除去するための相関二重サンプリング（ＣＤＳ：Correlated Double sampling）や、信号増幅、アナログ／デジタル変換（ＡＤ：Analog/Digital Conversion）等の信号処理を行う。
　水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路５の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路５の各々から画素信号を出力させる。
　システム制御回路７は、入力クロックと、動作モードなどを指令するデータを受け取り、また固体撮像装置１の内部情報などのデータを出力する。すなわち、システム制御回路７では、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、および水平駆動回路６などの動作の基準となるクロック信号や制御信号を生成する。そして、これらの信号を垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、および水平駆動回路６等に入力する。
　以上のような各周辺回路４～７と、各画素３に設けられた画素回路とで、各画素を駆動する駆動回路が構成されている。尚、周辺回路４～７は、画素領域に積層される位置に配置されていても良い。
　以上の構成において、画素３の上部には、複数の画素３毎に１つのマイクロレンズ１０を設けたことにより、複眼系の固体撮像装置１が構成されている。ここでは一例として、３×３で配列された９つの画素３毎に、１つのマイクロレンズ１０が設けられた例を図示している。
≪２．第１実施形態（凸型のオンチップレンズ＋凸型のマイクロレンズを用いた例）≫
［第１実施形態の固体撮像装置の構成］
　図２は、第１実施形態の固体撮像装置１ａの要部断面図である。この図に示す固体撮像装置は、いわゆる複眼系の固体撮像装置（Light Field Camera）であって、以下のように構成されている。
　複眼系の固体撮像装置１ａは、例えば単結晶シリコンからなる基板２の一主面側を受光面とし、受光面側の表面層には、不純物領域からなる光電変換部２１が二次元的に配列形成されている。この光電変換部２１は、画素３毎に設けられている。このような基板２の受光面上には、保護絶縁膜２３を介してカラーフィルタ層２５が設けられている。このカラーフィルタ層２５は、画素３毎にパターニングされた各色カラーフィルタによって構成されている。
　以上までの構成は、通常の固体撮像装置と同様であって良く、各画素３に配置される各部材の構成が限定されることはない。すなわち、光電変換部２１は、図示したように基板２における受光面側となる一主面側のみに設けられるか、または一主面側から他の主面側にかけて設けられていても良い。また基板２には、必要に応じてここでの図示を省略した素子分離やフローティングディフュージョンなどの他の不純物領域が配置されていることとする。また、光電変換部２１を含む不純物領域が設けられた基板２上には、ここでの図示を省略したゲート絶縁膜やゲート電極等が配置されていても良い。この場合、ゲート絶縁膜やゲート電極を覆う状態で、保護絶縁膜２３が配置されていることとする。また、ゲート絶縁膜やゲート電極を含む画素回路は、基板２における受光面とは反対側の面に配置されていても良い。
　このようなカラーフィルタ層２５上に、本開示に特徴的な各層が設けられている。すなわち、カラーフィルタ層２５上には、（Ａ）オンチップレンズ２７ａ、（Ｂ）第１中間層２９、（Ｃ）第２中間層３１、および（Ｄ）マイクロレンズ１０ａがこの順に設けられている。以下、基板２側から順に詳細な構成を説明する。
　（Ａ）オンチップレンズ２７ａは、各画素３および各光電変換部２１に対応して配置されており、ここでは例えば光入射方向に対して凸となる凸型のレンズであることとする。このようなオンチップレンズ２７ａは、光電変換部２１で光電変換する波長の光に対して透過性を有する材料（以下、透明材料と記す）で構成され、屈折率ｎ０の材料で構成されていることとする。尚、各光電変換部２１上には複数個のオンチップレンズが積層されている場合もあるが、ここでのオンチップレンズ２７ａは最上層のオンチップレンズであることとする。
　ここでオンチップレンズ２７ａを構成する材料は、次の第１中間層２９で説明するように、第１中間層２９との屈折率差が大きい材料が用いられることが好ましい。特にここではオンチップレンズ２７ａが凸型のレンズであるため、透明材料の中でも屈折率が大きな材料が用いられることとする。ここでは一例として、窒化シリコン（屈折率ｎ０＝１．９）を用いてオンチップレンズ２７ａが構成されていることとする。またこのような凸型のオンチップレンズ２７ａを構成する材料としては、窒化シリコンの他に、窒化酸化シリコン（屈折率ｎ０＝1.85）、酸化チタン分散ポリシロキサン樹脂（屈折率ｎ０＝1.8）、酸化チタン分散アクリル樹脂（屈折率ｎ０＝1.8）等が例示される。尚、屈折率ｎ０および以下で示す屈折率は、撮像波長である可視光の中心付近の波長λ＝５５０ｎｍに対する屈折率であることとする。
　（Ｂ）第１中間層２９は、透明材料層として設けられた層であって、オンチップレンズ２７ａのレンズ形状を埋め込んで表面平坦に形成されている。この第１中間層２９は、オンチップレンズ２７ａによる光電変換部２１への集光特性が維持できる程度に、オンチップレンズ２７ａの屈折率ｎ０との差が十分に大きい屈折率ｎ１の材料で構成されていることが重要である。ここでは、オンチップレンズ２７ａが凸型のレンズであるため、透明材料の中でも屈折率が小さい材料を用いて第１中間層２９が形成され、オンチップレンズ２７ａの屈折率ｎ０と第１中間層２９の屈折率ｎ１とはｎ１＜ｎ０である。また、第１中間層２９は、オンチップレンズ２７ａのレンズ形状が埋め込まれ、表面平坦に形成される程度の膜厚でれば良く、以降に説明するマイクロレンズ１０ａの焦点距離を考慮する必要はない。
　下記表１には、オンチップレンズ２７ａの屈折率ｎ０と第１中間層２９の屈折率ｎ１との屈折率差ａ（｜ｎ０－ｎ１｜）、およびオンチップレンズ２７ａの焦点距離ｂを示す。さらに第１中間層２９を大気（屈折率ｎ＝１．０）に置き換えた場合のオンチップレンズ２７ａの焦点距離を基準値＝０とした場合の焦点距離差ｃを示す。また図３は、上記屈折率差ａと焦点距離差ｃとの関係を示すグラフである。尚、オンチップレンズ２７ａは、窒化シリコン（屈折率ｎ０＝１．９）を用いて構成され、画素サイズ１．４μｍに適用して形成したものであり、第１中間層２９の屈折率ｎ１を変化させることによって得たグラフである。
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　上記表１およびグラフに示すように、各オンチップレンズ２７ａは、光の入射方向に隣接して配置される第１中間層２９との屈折率差が小さくなると、焦点距離が大きくなる。オンチップレンズ２７ａの焦点距離が長くなると、オンチップレンズ２７ａ－光電変換部２１間の距離を大きくする必要があるため斜め光入射感度の悪化などが想定される。このため、オンチップレンズ２７ａには、第１中間層２９を大気と置き換えた場合と同程度に小さい焦点距離が求められ、屈折率差｜ｎ０－ｎ１｜≧０．４となるように、第１中間層２９を構成する材料が選択される。より好ましくは、オンチップレンズ２７ａの焦点距離が画素３のサイズよりも小さくなることとする。
　以上のような第１中間層２９を構成する材料の選択に際しては、第１中間層２９の膜厚ｔ１の厚膜化を考慮する必要はない。具体的には、オンチップレンズ２７ａが窒化シリコン（屈折率ｎ０＝１．９）を用いて構成されている場合であれば、第１中間層２９は、屈折率ｎ１＝１．５以下の材料を用いることが好ましい。このような材料としては、フッ素含有ポリシロキサン樹脂（屈折率ｎ１＝１．４２）、フッ素含有アクリル樹脂（屈折率ｎ１＝1.42）、中空シリカ粒子含有ポリシロキサン樹脂（屈折率ｎ１＝1.35）が例示される。
　（Ｃ）第２中間層３１は、透明材料層として設けられた層であって、表面平坦に形成されている。この第２中間層３１は、マイクロレンズ１０ａによるオンチップレンズ２７ａへの集光特性が維持できる程度の膜厚ｔ２を有していることが重要である。このため、第２中間層３１の膜厚ｔ２と第１中間層２９の膜厚ｔ１とは、ｔ２＞ｔ１となる。
　例えば、１つのマイクロレンズ１０ａが３×３画素に対応して配置され、画素サイズが１．４μｍであり、最も焦点距離が短い半球のレンズ形状である場合、マイクロレンズ１０ａの焦点距離は［1.5×（1.4μm×3/2）／（1.5-1）］＝６．３μｍである。したがって、この場合の第２中間層３１の膜厚ｔ２は、マイクロレンズ１０ａの焦点距離６．３μｍから第１中間層２９の膜厚ｔ１を引いた値に設定されることになる。しかしながら、例えばメルト・フロー法を適用してマイクロレンズ１０ａを形成する場合であれば、オンチップレンズ２７ａと比較して体積が大きいマイクロレンズ１０ａを、半球に近い大きな曲率で形成することは困難である。このため、マイクロレンズ１０ａの焦点距離は、さらに大きくなる傾向にある。したがって、先の例では、半球と仮定したマイクロレンズ１０ａの焦点距離６．３μｍから第１中間層２９の膜厚ｔ１を引いた値よりも、第２中間層３１の膜厚ｔ２はさらに大きく設定されることになる。
　このような第２中間層３１を構成する材料の屈折率ｎ２は、オンチップレンズ２７ａの屈折率ｎ０、第１中間層２９の屈折率ｎ１に対して、｜ｎ０－ｎ１｜＞｜ｎ０－ｎ２｜であって良い。また、第１中間層２９と第２中間層３１との界面での光反射を防止する観点からは、屈折率ｎ１≒屈折率ｎ２であることが好ましい。
　以上のような第２中間層３１を構成する材料としては、アクリル樹脂（屈折率ｎ２＝１．５）、ポリシロキサン樹脂（屈折率ｎ２＝1.5）、ポリスチレン樹脂（屈折率ｎ２＝1.6）が例示される。これらの材料は、例えば乳酸エチルを溶剤として用いた場合、この溶剤中に多量に溶解可能である。このため、成膜時に高粘度の塗布溶液を形成可能であり、厚膜に塗布することができる。
　（Ｄ）マイクロレンズ１０ａは、複数のオンチップレンズ２７ａ毎に配置されており、ここでは例えば３×３で二次元配列された９画素のオンチップレンズ２７ａ毎に、１つのマイクロレンズ１０ａが配置されていることとする。このようなマイクロレンズ１０ａは、例えば光入射方向に対して凸となる凸型のレンズであり、大気の屈折率（ｎ＝１）との差が十分に大きい屈折率ｎ３を有する透明材料で構成されていることとする。ここではマイクロレンズ１０ａが凸型のレンズであるため、大気の屈折率（ｎ＝１）よりも大きな屈折率ｎ３を有する材料が用いられる。
　またこのようにオンチップレンズ２７ａと比較して大型のマイクロレンズ１０ａを構成する材料としては、加工性も考慮した材料が選択して用いられる。このような材料としては、例えばポリヒドロキシスチレン系レジスト材料（屈折率ｎ３＝1.5）、窒化シリコン（屈折率ｎ３＝１．９）、アクリル系レジスト材料（屈折率ｎ３＝1.5）等の無機ガラス系または有機透明樹脂材料系材料が例示される。マイクロレンズ１０ａとして、屈折率ｎ３が大きい材料を用いるほど、第２中間層３１の膜厚ｔ２が薄膜化される。
［第１実施形態の固体撮像装置の製造方法］
　図４および図５は、第１実施形態の固体撮像装置の製造手順を示す断面工程図である。以下、これらの図に従って、図２に示した第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する。
［図４のＡ］
　先ず図４のＡに示すように、例えば単結晶シリコンからなる基板２の一主面側の各画素３に、マスク上からのイオン注入とその後の熱処理によって不純物領域からなる光電変換部２１を形成する。また必要に応じて基板２の内部に他の不純物領域を形成し、さらに基板２上にゲート絶縁膜およびゲート電極を形成する。その後、基板２上に保護絶縁膜２３を成膜する。この際、保護絶縁膜２３は、以降に形成するオンチップレンズの焦点距離を考慮し、オンチップレンズの焦点が光電変換部２１内に位置するように調整された膜厚で形成される。その後、保護絶縁膜２３上部における各画素３に、各色のカラーフィルタをパターン形成する。これにより、保護絶縁膜２３上にカラーフィルタ層２５を形成する。
［図４のＢ］
　次に図４のＢに示すように、カラーフィルタ層２５上に、オンチップレンズ２７ａを形成する。ここでは、先に説明したように、窒化シリコン（屈折率ｎ０＝１．９）からなるオンチップレンズ２７ａを形成する。この際、先ずカラーフィルタ層２５上に窒化シリコン膜を成膜し、この上部の各画素部分に対応させて独立した島状のレジストパターンを形成する。次に、メルト・フロー法を適用し、熱処理を行うことによりレジストパターンを流動させ、表面張力によって凸型のレンズ形状に整形する。その後、凸型のレンズ形状を有するレジストパターンの上部から、レジストパターンと共に窒化シリコン膜をエッチングし、レジストパターンの曲面形状を窒化シリコン膜に転写する。これにより、窒化シリコンからなる凸型のオンチップレンズ２７ａを、各光電変換部２１上に形成する。
［図４のＣ］
　次いで図４のＣに示すように、オンチップレンズ２７ａのレンズ形状を埋め込む状態で、第１中間層２９を成膜する。ここでは、オンチップレンズ２７ａを構成する窒化シリコンに対して、十分な屈折率差を有する透明材料を用いる。このような材料として、ここではフッ素含有ポリシロキサン樹脂（屈折率ｎ１＝１．４２）を用い、スピンコート法を適用して第１中間層２９を成膜する。この際、先ず溶媒としてプロプレングリコールモノメチルエーテルアセテ－ト（ＰＥＧＭＥＡ）にフッ素含有ポリシロキサン樹脂を溶解させた溶液を、オンチップレンズ２７ａ上にスピンコートする。この際、ＰＥＧＭＥＡに対するフッ素含有ポリシロキサン樹脂の飽和溶解量は小さく、溶液は極めて低粘度である。このため、オンチップレンズ２７ａ上へのスピンコートによる溶液の塗布膜厚には限界がある。しかしながら、ここではオンチップレンズ２７ａのレンズ形状が埋め込まれて表面平坦に溶液が塗布されれば良く、塗布膜厚の厚膜化が要求されることはなく、例えばオンチップレンズ２７ａの頂部から１μｍ程度の塗布膜厚で溶液を塗布する。尚、このような飽和溶解量が小さい溶液用いたスピンコート法においては、溶液が極めて低粘度であるため、オンチップレンズ２７ａの埋め込み性が良好となり、ボイド起因による画質欠陥が少ない良好な画質を提供することができる。
　その後、例えば１２０℃、１分の熱処理を行うことによって、オンチップレンズ２７ａ上に塗布した溶液中の溶媒を乾燥除去し、引き続き２３０℃、５分の熱処理を行うことによってフッ素含有ポリシロキサン樹脂を十分に硬化させる。これにより、オンチップレンズ２７ａのレンズ形状が埋め込まれ、表面平坦に整形されたフッ素含有ポリシロキサン樹脂からなる第１中間層２９を成膜する。この第１中間層２９は、オンチップレンズ２７ａの頂部から１μｍ以下の膜厚ｔ１となる。
［図４のＤ］
　次に、図４のＤに示すように、第１中間層２９上に第２中間層３１を成膜する。ここでは、ある程度の厚膜で成膜可能な透明材料を用いて第２中間層３１を成膜する。このような材料として、ここではアクリル樹脂（屈折率ｎ２＝１．５０）を用い、スピンコート法を適用して第２中間層３１を成膜する。この際、先ず溶媒としてＰＥＧＭＥＡにアクリル樹脂を溶解させた溶液を、第１中間層２９上にスピンコートする。この際、ＰＥＧＭＥＡに対するアクリル樹脂の飽和溶解量は、フッ素含有ポリシロキサン樹脂よりも大きく、溶液は高粘度である。したがって、スピンコートによる溶液の塗布膜厚は、厚膜化が可能である。ここでは、第２中間層３１の必要膜厚に応じて、例えば塗布膜厚６．０μｍ程度に溶液を塗布する。
　その後、例えば１２０℃、１分の熱処理を行うことによって溶液中の溶媒を乾燥除去し、引き続き２３０℃、５分の熱処理を行うことによってアクリル樹脂を十分に硬化させる。これにより、第１中間層２９上に、膜厚ｔ２＝６μｍ程度に厚膜化された第２中間層３１を成膜する。
　尚、第２中間層３１の形成は、スピンコート法の適用に限定されることはなく、印刷のような他の塗布法や、次の第２実施形態で説明する樹脂シートの貼り合わせを適用しても良い。
［図５のＡ］
　次に図５のＡに示すように、リソグラフィー法を適用して第２中間層３１上にレジストパターン３５を形成する。このレジストパターン３５は、先に説明したマイクロレンズの形成位置に対応して形成され、例えば３×３で二次元配列された９個のオンチップレンズ２７ａ毎に対応して独立した島状に形成される。レジスト材料としては、ノボラック樹脂系レジスト材料（屈折率ｎ３＝1.6）を用い、先ずスピンコート法によって、第２中間層３１上に未硬化のレジスト材料を膜厚１．５μｍ程度で塗布成膜する。次いで１２０℃、１分の熱処理を行うことで塗布成膜したレジスト膜中の溶媒を乾燥除去する。次に、レジスト膜に対してi線露光装置を用いたパターン露光を行う。その後、パターン露光されたレジスト膜に対して、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドライド（ＴＭＡＨ）の水溶液を用いた現像処理を行うことにより、第２中間層３１上にレジストパターン３５を形成する。
［図５のＢ］
　次に、図５のＢに示すように、メルト・フローおよび硬化のためのポストエクスポージャベイク処理を行う。ここでは、例えば２００℃、５分の熱処理を行うことにより、レジストパターン３５を流動させ、表面張力によって凸状の曲面形状に整形すると共に、整形されたレジストパターン３５を硬化させる。これによって、レジストパターン３５をレンズ形状に整形してなるマイクロレンズ１０ａを形成する。
　以上により、図２を用いて説明した第１実施形態の固体撮像装置１ａが得られる。尚、マイクロレンズ１０ａを、窒化シリコンのような無機材料で形成する場合には、次の第２実施形態で説明するマイクロレンズの形成方法を適用することができる。
［第１実施形態の効果］
　以上説明した第１実施形態によれば、オンチップレンズ２７ａと、この上部において複数のオンチップレンズ２７ａ毎に対応して配置されたマイクロレンズ１０ａとの間に、第１中間層２９および第２中間層３１からなる透明材料層を挟持させた。これにより、オンチップレンズ２７ａ下の光電変換部２１からマイクロレンズ１０ａまでが、空間部を介することなく一体化された構成となる。このため、高温高湿の使用環境下においても、オンチップレンズ２７ａとマイクロレンズ１０ａとの間に、熱膨張係数差による光軸ずれが発生し難くなる。この結果、使用環境によらずに、複眼系の固体撮像装置においての撮像画質の向上を図ることが可能になる。またこの固体撮像装置１ａは、空間部を介することなく一体化された構造であるため、感度特性に優れ、かつフレアゴーストが低減された良好な画質を提供することが可能である。
　また特に本第１実施形態では、オンチップレンズ２７ａとマイクロレンズ１０ａとの間に挟持させた透明材料層を、オンチップレンズ２７ａ側の第１中間層２９と、マイクロレンズ１０ａ側の第２中間層３１との積層構造とした。これにより、径が大きいマイクロレンズ１０ａの焦点距離に合わせた厚膜化が可能な材料を用いて第２中間層３１を構成する一方、オンチップレンズ２７ａの集光性能のみを考慮した屈折率を有する材料を用いて第１中間層２９を構成することが可能である。
　この結果、複眼系の固体撮像装置１ａにおいて、径の大きいマイクロレンズ１０ａの焦点距離を確保しつつも、オンチップレンズ２７ａ－光電変換部２１間の距離を小さくして、隣接する画素３からの斜め入射光の侵入による感度の低下を防止することが可能になる。
≪３．第２実施形態（凸型のオンチップレンズ＋凹型のマイクロレンズを用いた例）≫
［第２実施形態の固体撮像装置の構成］
　図６は、第２実施形態の固体撮像装置１ｂの要部断面図である。この図に示す複眼系の固体撮像装置が第１実施形態の固体撮像装置と異なるところは、マイクロレンズ１０ｂが凹型で構成されているところにあり、他の構成は同様であることとする。
　すなわち複眼系の固体撮像装置１ｂは、光電変換部２１上に保護絶縁膜２３およびカラーフィルタ層２５を介して（Ａ）オンチップレンズ２７ａ、（Ｂ）第１中間層２９、（Ｃ）第２中間層３１、および（Ｄ）マイクロレンズ１０ｂがこの順に設けられている。このうち、（Ａ）オンチップレンズ２７ａ、（Ｂ）第１中間層２９、および（Ｃ）第２中間層３１は、第１実施形態と同様の構成である。（Ｄ）マイクロレンズ１０ｂの構成は以下の様である。
　（Ｄ）マイクロレンズ１０ｂは、光入射方向に対して凹となる凹型のレンズであって、第２中間層３１側に凸となっている。このようなマイクロレンズ１０ｂは、第２中間層３１の屈折率ｎ２との差が十分に大きい屈折率ｎ３を有する透明材料で構成されていることとする。特にここではマイクロレンズ１０ｂが凹型のレンズであるため、第２中間層３１の屈折率ｎ２よりも大きな屈折率ｎ３を有する材料が用いられることとする。このため、第２中間層３１の屈折率ｎ２とマイクロレンズ１０ｂの屈折率ｎ３とはｎ２＜ｎ３である。
　さらにマイクロレンズ１０ｂは、複数のオンチップレンズ２７ａ毎に配置されていることは、第１実施形態と同様であり、ここでは例えば３×３で二次元配列された９画素のオンチップレンズ２７ａ毎に、１つのマイクロレンズ１０ｂが配置されていることとする。
　以上のように、第２中間層３１との屈折率差が大きく、かつオンチップレンズ２７ａと比較して大型のマイクロレンズ１０ｂを構成する材料としては、加工性も考慮した材料が選択して用いられる。ここで、第２中間層３１は、アクリル樹脂（屈折率ｎ２＝１．５）、ポリシロキサン樹脂（屈折率ｎ２＝1.5）、ポリスチレン樹脂（屈折率ｎ２＝1.6）等で構成される。この場合、マイクロレンズ１０ｂを構成する材料としては、例えば窒化シリコン（屈折率ｎ３＝１．９）、窒化酸化シリコン（屈折率ｎ３＝１．８５）等が例示される。
　したがって、第２中間層３１を構成する材料の屈折率ｎ２は、オンチップレンズ２７ａの屈折率ｎ０、第１中間層２９に対して、｜ｎ０－ｎ１｜＞｜ｎ０－ｎ２｜であって良い。また、第１中間層２９と第２中間層３１との界面での光反射を防止する観点からは、屈折率ｎ１≒屈折率ｎ２であることが好ましいことは、第１実施形態と同様である。さらに、第２中間層３１の膜厚ｔ２と第１中間層２９の膜厚ｔ１とは、ｔ２＞ｔ１となる。
　尚、マイクロレンズ１０ｂの上部には、以降に説明する製造工程において用いた透明基板４１が設けられていても良い。
［第２実施形態の固体撮像装置の製造方法］
　図７および図８は、第２実施形態の固体撮像装置の製造手順を示す断面工程図である。以下、これらの図に従って、図６に示した第２実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する。
［図７のＡ］
　先ず図７のＡに示すように、ガラスやプラスチック材料からなる透明基板４１上に、マイクロレンズを形成するためのレンズ材料膜４３を成膜する。ここでは、例えばプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法によって、窒化シリコンからなるレンズ材料膜４３を成膜する。この際、一例として、成膜ガスとしてシラン（ＳｉＨ４）、アンモニア（ＮＨ３）、窒素（Ｎ２）の混合ガス種を用い、雰囲気温度４００℃、ＲＦ電力８００Ｗの条件で窒化シリコンからなるレンズ材料膜４３を成膜する。
　次に、リソグラフィー法を適用してレンズ材料膜４３上にレジストパターン４５を形成する。このレジストパターン４５は、先に説明したマイクロレンズの形成位置に対応して形成され、例えば３×３で二次元配列された９個のオンチップレンズ２７ａ毎に対応して独立した島状に形成される。このようなレジストパターン４５の形成方法は、第１実施形態で説明したレジストパターンの形成方法と同様であり、以下のように行う。
　レジスト材料としては、例えばノボラック樹脂系レジスト材料を用い、先ずスピンコート法によって、レンズ材料膜４３上に未硬化のレジスト材料を膜厚０．５μｍ程度で塗布成膜する。次いで１２０℃、１分の熱処理を行うことで塗布成膜したレジスト膜中の溶媒を乾燥除去する。次に、レジスト膜に対してi線露光装置を用いたパターン露光を行う。その後、パターン露光されたレジスト膜に対して、２．３８ｗｔ％のテトラメチルアンモニウムハイドライド（ＴＭＡＨ）の水溶液を用いた現像処理を行うことにより、レンズ材料膜４３上にレジストパターン４５を形成する。
［図７のＢ］
　次いで図７のＢに示すように、メルト・フロー法を適用し、レジストパターン４５をレンズ形状に整形する。この際、例えば２００℃、５分の熱処理を行うことにより、レジストパターン４５を流動させ、表面張力によって凸状の曲面形状に整形すると共に、整形されたレジストパターン４５を硬化させる。これによって、レジストパターン４５をレンズ形状に整形する。
［図７のＣ］
　次に図７のＣに示すように、レンズ形状に整形されたレジストパターン４５の上部から、レジストパターン４５と共に窒化シリコンからなるレンズ材料膜４３をエッチングする。この際、エッチングガスとして四フッ化炭素（ＣＦ４）／酸素（Ｏ２）の混合ガスを用い、バイアス電力１５０Ｗ、ソース電力１０００Ｗに設定したドライエッチングを行う。これにより、レジストパターン４５の曲面形状をレンズ材料膜４３に転写し、レンズ材料膜４３からなるマイクロレンズ１０ｂを形成する。
［図７のＤ］
　次いで図７のＤに示すように、マイクロレンズ１０ｂが形成された透明基板４１上に、第２中間層３１を形成する。この第２中間層３１は、次に形成する第１中間層と合わせてマイクロレンズ１０ｂの焦点距離を考慮した膜厚ｔ２で形成されることとする。ここでは、例えば樹脂シートを用いた真空ラミネートにより、マイクロレンズ１０ｂの上部に第２中間層３１を貼り合わせる。この際、貼り合わせ後には、窒素（Ｎ２）雰囲気中において、１３０℃、５分の熱処理を行う。これにより、アクリル樹脂（屈折率ｎ２＝１．５）からなる第２中間層３１の貼り合わせ面におけるボイドの除去と、表面平坦化を行う。
　尚、第２中間層３１の形成は、樹脂シートの貼り合わせに限定されることはなく、例えば第１実施形態で説明した樹脂材料のスピンコート、さらには印刷など塗布法を適用しても良い。
［図８のＡ］
　また図８のＡに示すように、例えば単結晶シリコンからなる基板２の一主面側に光電変換部２１、保護絶縁膜２３、カラーフィルタ層２５、オンチップレンズ２７ａ、および第１中間層２９を形成しておく。これらの形成方法は、第１実施形態において図４のＡ～図４のＣを用いて説明した手順と同様に行う。
　このように第１中間層２９までが形成された基板２と、第２中間層３１までが形成された透明基板４１とを、第１中間層２９と第２中間層３１とを対向させて配置する。この際、３×３画素に配置された９個のオンチップレンズ２７ａ毎に、１つのマイクロレンズ１０ｂが対向配置されるように位置合わせを行う。
［図８のＢ］
　次いで図８のＢに示すように、基板２と透明基板４１とを、第１中間層２９－第２中間層３１間で貼り合わせる。この際、１１０℃の加熱条件下での熱接着を行う。その後、窒素（Ｎ２）雰囲気中において、１３０℃、５分の熱処理を行う。これによりアクリル樹脂シートからなる第２中間層３１を硬化させると共に、例えばフッ素含有ポリシロキサン樹脂（屈折率ｎ１＝１．４２）からなる第１中間層２９との接着を確実にする。
　以上により、図６を用いて説明した第２実施形態の固体撮像装置１ｂが得られる。
［第２実施形態の効果］
　以上説明した第２実施形態では、オンチップレンズ２７ａと、この上部において複数のオンチップレンズ２７ａ毎に対応して配置されたマイクロレンズ１０ｂとの間に、第１中間層２９および第２中間層３１からなる透明材料層を挟持させた。これにより第１実施形態と同様に、オンチップレンズ２７ａ下の光電変換部２１からマイクロレンズ１０ｂまでが、空間部を介することなく一体化された構成となる。このため、第１実施形態と同様に、高温高湿の使用環境下においても、オンチップレンズ２７ａとマイクロレンズ１０ｂとの間に、熱膨張係数差による光軸ずれが発生し難くなる。この結果、使用環境によらずに、複眼系の固体撮像装置においての撮像画質の向上を図ることが可能になる。またこの固体撮像装置１ｂは、空間部を介することなく一体化された構造であるため、感度特性に優れ、かつフレアゴーストが低減された良好な画質を提供することが可能である。
　また本第２実施形態でも、オンチップレンズ２７ａとマイクロレンズ１０ｂとの間に挟持させた透明材料層を、オンチップレンズ２７ａ側の第１中間層２９と、マイクロレンズ１０ｂ側の第２中間層３１との積層構造とした。これにより、径が大きいマイクロレンズ１０ｂの焦点距離に合わせた厚膜化が可能な材料を用いて第２中間層３１を構成する一方、オンチップレンズ２７ａの集光性能のみを考慮した屈折率ｎ１の材料を用いて第１中間層２９を構成することが可能である。
　この結果、複眼系の固体撮像装置１ｂにおいて、径の大きいマイクロレンズ１０ｂの焦点距離を確保しつつも、オンチップレンズ２７ａ－光電変換部２１間の距離を小さくして、隣接する画素３からの斜め入射光の侵入による感度の低下を防止することが可能になる。
≪４．第３実施形態（凹型のオンチップレンズ＋凹型のマイクロレンズを用いた例）≫
［第３実施形態の固体撮像装置の構成］
　図９は、第３実施形態の固体撮像装置１ｃの要部断面図である。この図に示す複眼系の固体撮像装置が他の固体撮像装置と異なるところは、オンチップレンズ２７ｂが凹型で構成されているところにある。ここでは、オンチップレンズ２７ｂ以外の他の構成は、第２実施形態と同様であることとする。
　すなわち複眼系の固体撮像装置１ｃは、光電変換部２１上に保護絶縁膜２３およびカラーフィルタ層２５を介して（Ａ）オンチップレンズ２７ｂ、（Ｂ）第１中間層２９、（Ｃ）第２中間層３１、および（Ｄ）マイクロレンズ１０ｂがこの順に設けられている。このうち、（Ｂ）第１中間層２９、（Ｃ）第２中間層３１、および（Ｄ）マイクロレンズ１０ｂは、第２実施形態と同様の構成である。（Ａ）オンチップレンズ２７ｂの構成は以下の様である。
　（Ａ）オンチップレンズ２７ｂは、光入射方向に対して凹となる凹型のレンズであって、カラーフィルタ層２５側に凸となっている。このようなオンチップレンズ２７ｂは、第１中間層２９の屈折率ｎ１との差が十分に大きい屈折率ｎ０を有する透明材料で構成されていることとする。特にここではオンチップレンズ２７ｂが凹型のレンズであるため、オンチップレンズ２７ｂの屈折率ｎ０と第１中間層２９の屈折率ｎ１とは、ｎ０＜ｎ１である。
　ここで第１中間層２９は、第２中間層３１と屈折率が近い材料を用いることが好ましく、第１中間層２９の屈折率ｎ１と第２中間層３１の屈折率ｎ２とがｎ１≒ｎ２であることは他の実施形態と同様である。例えば、第１中間層２９として、屈折率ｎ１＝１．５程度の材料を用いた場合、オンチップレンズ２７ｂは、屈折率ｎ０＜１．５で、かつ｜ｎ０－ｎ１｜＞｜ｎ０－ｎ２｜となる材料が用いられる。また、第２中間層３１の膜厚ｔ２と第１中間層２９の膜厚ｔ１とは、ｔ２＞ｔ１となる。
［第３実施形態の固体撮像装置の製造方法］
　図１０および図１１は、第３実施形態の固体撮像装置の製造手順を示す断面工程図である。以下、これらの図に従って、図９に示した第３実施形態の固体撮像装置の製造方法を説明する。
［図１０のＡ］
　先ず図１０のＡに示すように、ガラスやプラスチック材料からなる透明基板４１上に、マイクロレンズ１０ｂを形成する。マイクロレンズ１０ｂの形成は、一例として第２実施形態において図７のＡ～図７のＣを用いて説明した手順と同様に行う。
［図１０のＢ］
　先ず図１０のＢに示すように、マイクロレンズ１０ｂが形成された透明基板４１上に、第２中間層３１を形成する。この第２中間層３１は、次に形成する第１中間層と合わせてマイクロレンズ１０ｂの焦点距離を考慮した膜厚ｔ２で形成されることとする。このような第２中間層３１の形成は、第１実施形態において図４のＤを用いて説明したスピンコート法、または印刷法のような塗布法、さらには第２実施形態において図７のＤを用いて説明した樹脂シートの貼り合わせによって行う。
［図１０のＣ］
　先ず図１０のＣに示すように、第２中間層３１上に、表面に凸レンズ形状を有する第１中間層２９を形成する。ここでは例えば、例えばメルト・フロー法を適用することにより、レジストパターンを凸レンズ形状に形成し、各凸レンズ形状を底部で連続させた第１中間層２９を形成する。この際、各マイクロレンズ１０ｂに対して３×３個分の凸レンズ形状を形成する。
［図１０のＤ］
　その後、図１０のＤに示すように、第２中間層３１上に、当該第２中間層３１の表面に形成した凸レンズ形状を埋め込むと共に表面平坦にレンズ材料膜を成膜することにより、各凸レンズ形状に倣った凹レンズ形状を有するオンチップレンズ２７ｂを形成する。
［図１１のＡ］
　また図１１のＡに示すように、例えば単結晶シリコンからなる基板２の一主面側に光電変換部２１、保護絶縁膜２３、およびカラーフィルタ層２５を形成しておく。これらの形成方法は、第１実施形態において図４のＡを用いて説明した手順と同様に行う。
　このようにカラーフィルタ層２５までが形成された基板２と、オンチップレンズ２７ｂまでが形成された透明基板４１とを、カラーフィルタ層２５とオンチップレンズ２７ｂとを対向させて配置する。この際、各オンチップレンズ２７ｂと各光電変換部２１とが対向配置されるように位置合わせを行う。
［図１１のＢ］
　その後、図１１のＢに示すように、基板２と透明基板４１とを、カラーフィルタ層２５－オンチップレンズ２７ｂ間で貼り合わせる。この際、加熱条件下での熱接着を行う。その後、必要に応じて窒素（Ｎ２）雰囲気中において熱処理を行い、オンチップレンズ２７ｂとカラーフィルタ層２５との接着を確実にする。
　以上により、図９を用いて説明した第３実施形態の固体撮像装置１ｃが得られる。
［第３実施形態の効果］
　以上説明した第３実施形態であっても、オンチップレンズ２７ｂと、この上部において複数のオンチップレンズ２７ｂ毎に対応して配置されたマイクロレンズ１０ｂとの間に、第１中間層２９および第２中間層３１からなる透明材料層を挟持させた。これにより他の実施形態と同様に、オンチップレンズ２７ｂ下の光電変換部２１からマイクロレンズ１０ｂまでが、空間部を介することなく一体化された構成となる。このため、他の実施形態と同様に、高温高湿の使用環境下においても、オンチップレンズ２７ｂとマイクロレンズ１０ｂとの間に、熱膨張係数差による光軸ずれが発生し難くなる。この結果、使用環境によらずに、複眼系の固体撮像装置においての撮像画質の向上を図ることが可能になる。またこの固体撮像装置１ｃは、空間部を介することなく一体化された構造であるため、感度特性に優れ、かつフレアゴーストが低減された良好な画質を提供することが可能である。
　また本第３実施形態でも、オンチップレンズ２７ｂとマイクロレンズ１０ｂとの間に挟持させた透明材料層を、オンチップレンズ２７ｂ側の第１中間層２９と、マイクロレンズ１０ｂ側の第２中間層３１との積層構造とした。これにより、径が大きいマイクロレンズ１０ｂの焦点距離に合わせた厚膜化が可能な材料を用いて第２中間層３１を構成する一方、オンチップレンズ２７ｂの集光性能のみを考慮した屈折率ｎ１を有する材料を用いて第１中間層２９を構成することが可能である。
　この結果、複眼系の固体撮像装置１ｃにおいて、径の大きいマイクロレンズ１０ｂの焦点距離を確保しつつも、オンチップレンズ２７ｂ－光電変換部２１間の距離を小さくして、隣接する画素３からの斜め入射光の侵入による感度の低下を防止することが可能になる。
≪５．第４実施形態（電子機器の実施形態）≫
　上述の各実施形態で説明した本開示に係る固体撮像装置は、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、撮像機能付の小型携帯端末やコンピュータ、さらには撮像機能を備えたロボットビジョンなどの電子機器に適用することができる。
　図１２は、本開示に係る電子機器の一例として、固体撮像装置を用いたカメラの構成図を示す。本実施形態例に係るカメラは、静止画像又は動画撮影可能なビデオカメラを例としたものである。本実施形態例のカメラ９１は、固体撮像装置１と、固体撮像装置１の受光センサ部に入射光を導く光学系９３と、シャッタ装置９４と、固体撮像装置１を駆動する駆動回路９５と、固体撮像装置１の出力信号を処理する信号処理回路９６とを有する。
固体撮像装置１には、上述した各実施形態で説明した固体撮像装置（１ａ～１ｃ）が適用される。光学系（光学レンズ）９３は、被写体からの像光（入射光）を固体撮像装置１の撮像面上に結像させる。これにより、固体撮像装置１内に、一定期間信号電荷が蓄積される。光学系９３は、複数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。シャッタ装置９４は、固体撮像装置１への光照射期間及び遮光期間を制御する。駆動回路９５は、固体撮像装置１の転送動作及びシャッタ装置９４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９５から供給される駆動信号（タイミング信号）により、固体撮像装置１の信号転送を行う。信号処理回路９６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、メモリなどの記憶媒体に記憶され、或いは、モニタに出力される。
　以上説明した本実施形態に係る電子機器によれば、使用環境によらずに撮像画質の向上が図られた複眼系の固体撮像装置１を用いたことにより、複眼系の固体撮像装置を備えた電子機器の信頼性の向上を図ることが可能になる。
　尚、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　二次元配列された光電変換部と、
　前記各光電変換部に対応して当該光電変換部の上方に二次元配列されたオンチップレンズと、
　前記オンチップレンズのうちの複数毎に対向配置されたマイクロレンズと、
　前記オンチップレンズと前記マイクロレンズとの間に挟持された透明材料層とを備えた
　固体撮像装置。
（２）
　前記透明材料層は、
　前記オンチップレンズを覆って表面平坦化された第１中間層と、
　前記第１中間層と前記マイクロレンズとの間に配置された第２中間層とを備えた
　（１）に記載の固体撮像装置。
（３）
　前記オンチップレンズの屈折率ｎ０、前記第１中間層の屈折率ｎ１、前記第２中間層の屈折率ｎ２とした場合、｜ｎ０－ｎ１｜＞｜ｎ０－ｎ２｜である
　（２）に記載の固体撮像装置。
（４）
　前記第２中間層の膜厚は、前記第１中間層の膜厚よりも厚い
　（２）または（３）に記載の固体撮像装置。
（５）
　前記オンチップレンズの焦点距離は、前記光電変換部が配置された各画素のサイズよりも小さい
　（１）～（４）の何れかに記載の固体撮像装置。
（６）
　二次元配列された光電変換部の上部に当該各光電変換部に対応して配置されたオンチップレンズと、当該オンチップレンズのうちの複数毎に対向配置されるマイクロレンズとの間に挟持される透明材料層を、前記光電変換部および前記オンチップレンズが形成された基板上、または前記マイクロレンズが形成された基板上に形成する工程を含む
　固体撮像装置の製造方法。
（７）
　前記透明材料層を形成する工程は、
　前記オンチップレンズを覆った状態で表面平坦化された第１中間層を形成する工程と、　前記第１中間層と前記マイクロレンズとの間に配置される第２中間層を形成する工程とを含む
　（６）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（８）
　前記オンチップレンズの屈折率ｎ０、前記第１中間層の屈折率ｎ１、前記第２中間層の屈折率ｎ２とした場合、｜ｎ０－ｎ１｜＞｜ｎ０－ｎ２｜である
　（７）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（９）
　前記光電変換部とこの上部の前記オンチップレンズが形成された基板上に、前記第１中間層および前記第２中間層をこの順に形成する工程と、
　前記第２中間層の上部に前記マイクロレンズを形成する工程とを含む
　（７）または（８）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（１０）
　前記オンチップレンズが形成された基板上に、前記第１中間層を形成する工程と、
　前記マイクロレンズが形成された基板上に、前記第２中間層を形成する工程と、
　前記第１中間層と前記第２中間層とを対向させて前記２つの基板を張り合わせる工程とを含む
　（７）または（８）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（１１）
　前記マイクロレンズが形成された基板上に、当該マイクロレンズを覆って表面平坦化された前記第２中間層を形成する工程と、
　前記第２中間層上に前記オンチップレンズを反転させたレンズ形状を表面に有する前記第１中間層を形成する工程と、
　前記第１中間層上に、当該第１中間層のレンズ形状を埋め込んで表面平坦化された前記オンチップレンズを形成する工程と、
　前記光電変換部が形成された基板と、前記オンチップレンズが形成された基板とを、当該光電変換部と当該オンチップレンズとを対向させて張り合わせる工程とを含む
　（７）または（８）に記載の固体撮像装置の製造方法。
（１２）
　二次元配列された光電変換部と、
　前記各光電変換部に対応して当該光電変換部の上方に二次元配列されたオンチップレンズと、
　前記オンチップレンズのうちの複数毎に対向配置されたマイクロレンズと、
　前記オンチップレンズと前記マイクロレンズとの間に挟持された透明材料層と、
　前記マイクロレンズに入射光を導く光学系と、
　前記光電変換部からの出力信号を処理する信号処理回路とを備えた
　電子機器。
　１，１ａ，１ｂ，１ｃ…固体撮像装置、２…基板、１０，１０ａ，１０ｂｃ…マイクロレンズ、２１…光電変換部、２７，２７ｃ…オンチップレンズ、２９…第１中間層（透明材料層）、３１…第２中間層（透明材料層）、４１…透明基板、９１…電子機器、９３…光学系、９６…信号処理回路、ｎ０…オンチップレンズの屈折率、ｎ１…第１中間層の屈折率、ｎ２…第２中間層の屈折率、ｔ２…第２中間層の膜厚

Claims (12)

  1. 　二次元配列された光電変換部と、
    　前記各光電変換部に対応して当該光電変換部の上方に二次元配列されたオンチップレンズと、
    　前記オンチップレンズのうちの複数毎に対向配置されたマイクロレンズと、
    　前記オンチップレンズと前記マイクロレンズとの間に挟持された透明材料層とを備えた
    　固体撮像装置。
  2. 　前記透明材料層は、
    　前記オンチップレンズを覆って表面平坦化された第１中間層と、
    　前記第１中間層と前記マイクロレンズとの間に配置された第２中間層とを備えた
    　請求項１記載の固体撮像装置。
  3. 　前記オンチップレンズの屈折率ｎ０、前記第１中間層の屈折率ｎ１、前記第２中間層の屈折率ｎ２とした場合、｜ｎ０－ｎ１｜＞｜ｎ０－ｎ２｜である
    　請求項２記載の固体撮像装置。
  4. 　前記第２中間層の膜厚は、前記第１中間層の膜厚よりも厚い
    　請求項２記載の固体撮像装置。
  5. 　前記オンチップレンズの焦点距離は、前記光電変換部が配置された各画素のサイズよりも小さい
    　請求項１記載の固体撮像装置。
  6. 　二次元配列された光電変換部の上方に当該各光電変換部に対応して配置されたオンチップレンズと、当該オンチップレンズのうちの複数毎に対向配置されるマイクロレンズとの間に挟持される透明材料層を、前記光電変換部および前記オンチップレンズが形成された基板上、または前記マイクロレンズが形成された基板上に形成する工程を含む
    　固体撮像装置の製造方法。
  7. 　前記透明材料層を形成する工程は、
    　前記オンチップレンズを覆った状態で表面平坦化された第１中間層を形成する工程と、　前記第１中間層と前記マイクロレンズとの間に配置される第２中間層を形成する工程とを含む
    　請求項６記載の固体撮像装置の製造方法。
  8. 　前記オンチップレンズの屈折率ｎ０、前記第１中間層の屈折率ｎ１、前記第２中間層の屈折率ｎ２とした場合、｜ｎ０－ｎ１｜＞｜ｎ０－ｎ２｜である
    　請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
  9. 　前記光電変換部とこの上部の前記オンチップレンズが形成された基板上に、前記第１中間層および前記第２中間層をこの順に形成する工程と、
    　前記第２中間層の上部に前記マイクロレンズを形成する工程とを含む
    　請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
  10. 　前記オンチップレンズが形成された基板上に、前記第１中間層を形成する工程と、
    　前記マイクロレンズが形成された基板上に、前記第２中間層を形成する工程と、
    　前記第１中間層と前記第２中間層とを対向させて前記２つの基板を張り合わせる工程とを含む
    　請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
  11. 　前記マイクロレンズが形成された基板上に、当該マイクロレンズを覆って表面平坦化された前記第２中間層を形成する工程と、
    　前記第２中間層上に前記オンチップレンズを反転させたレンズ形状を表面に有する前記第１中間層を形成する工程と、
    　前記第１中間層上に、当該第１中間層のレンズ形状を埋め込んで表面平坦化された前記オンチップレンズを形成する工程と、
    　前記光電変換部が形成された基板と、前記オンチップレンズが形成された基板とを、当該光電変換部と当該オンチップレンズとを対向させて張り合わせる工程とを含む
    　請求項７記載の固体撮像装置の製造方法。
  12. 　二次元配列された光電変換部と、
    　前記各光電変換部に対応して当該光電変換部の上方に二次元配列されたオンチップレンズと、
    　前記オンチップレンズのうちの複数毎に対向配置されたマイクロレンズと、
    　前記オンチップレンズと前記マイクロレンズとの間に挟持された透明材料層と、
    　前記マイクロレンズに入射光を導く光学系と、
    　前記光電変換部からの出力信号を処理する信号処理回路とを備えた
    　電子機器。
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