WO2021124694A1 - 固体撮像装置およびその製造方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to a solid-state image sensor and a method for manufacturing the same.
  • the present disclosure provides a solid-state image sensor capable of suppressing deterioration of image quality due to grooves between lenses, and a method for manufacturing the same.
  • the solid-state image sensor on the first side of the present disclosure includes a plurality of photoelectric conversion units and a plurality of lenses provided above the plurality of photoelectric conversion units, and the plurality of lenses are provided between the lenses.
  • the groove has a downwardly convex bottom surface. As a result, deterioration of image quality due to the groove between the lenses can be suppressed by the downwardly convex bottom surface.
  • the groove includes a first portion sandwiched between two lenses adjacent to each other and a second portion sandwiched between four lenses adjacent to each other, and the second portion.
  • the lower end of the portion may be lower than the lower end of the first portion.
  • the solid-state image sensor on the first side surface may further include a light-shielding film provided below the first portion and the second portion.
  • a light-shielding film provided below the first portion and the second portion.
  • the upper end of the groove may be an inflection point of the curvature of the surface of the lens. This makes it possible, for example, to form a groove by etching.
  • the shape of the vertical cross section of the bottom surface of the groove may be a semicircle, a triangle, or a trapezium. This makes it possible to make the shape of the bottom surface of the groove convex downward.
  • the shape of the vertical end surface of the bottom surface of the groove may be symmetrical with respect to the center line of the vertical cross section of the groove. This allows, for example, to direct light evenly to a plurality of color filters around the groove at the bottom of the groove.
  • the width of the groove at a certain height may become narrower as the height becomes lower. This makes it possible, for example, to direct the light at the groove to the color filter instead of the light-shielding film.
  • the surface of the groove may have an inflection point of curvature at a position lower than the upper end of the groove and higher than the lower end of the groove. This makes it possible to increase the degree of freedom in the shape of the groove, for example.
  • the slope angle of the surface of the groove may be such that the angle between the upper end and the inflection point is smaller than the angle between the inflection point and the lower end. This makes it possible, for example, to make the vertical cross-sectional shape of the groove elongated.
  • the gradient angle of the surface of the groove may be smaller than 30 degrees between the upper end and the inflection point. As a result, the ratio of the surface of the groove to the surface of the lens can be reduced, and the groove can suppress a decrease in the focusing rate of the lens.
  • the gradient angle on the surface of the groove may be smaller than 90 degrees between the inflection point and the lower end. This makes it possible to improve the light condensing rate near the lower end of the groove and suppress the color mixing caused by the light near the lower end of the groove.
  • the solid-state image sensor on the first side surface further includes a plurality of color filters provided between the plurality of photoelectric conversion units and the plurality of lenses, and the width of the second portion is the color filter.
  • the height of the lower end of the second portion may be higher than the height of the upper surface of the color filter. This makes it possible to prevent the color filter from being damaged when the groove is formed.
  • the solid-state image sensor on the first side surface may further include an antireflection film provided on the upper surface of the lens. This makes it possible to suppress the reflection of the light incident on the lens.
  • the antireflection film may be further provided on the surface of the groove. This makes it possible to suppress the reflection of the light incident on the groove.
  • the solid-state image sensor on the first side surface may further include a first film provided in the groove and having a refractive index lower than that of the lens. This makes it possible to prevent light from escaping from the lens into the groove.
  • the first film may be further provided on the upper surface of the lens. This makes it possible to use, for example, a film provided on the upper surface of the lens as the first film.
  • the solid-state image sensor on the first side surface includes a first film provided on the upper surface of the lens and a second film provided in the groove and having a refractive index lower than that of the lens. May be provided. This makes it possible to prevent light from escaping from the lens into the groove.
  • the second film may have a refractive index lower than that of the first film. This makes it possible to prevent light from escaping from the first film to the second film, for example.
  • the second film may be a glass sealing resin for providing glass above the first film. This makes it possible to use the glass sheet resin as the second film.
  • the solid-state image sensor on the first side surface may be packaged by WLCSP (Wafer Level Chip Size / Scale Package). This makes it possible, for example, to use the resin covering the lens as the first film or the second film.
  • WLCSP Wafer Level Chip Size / Scale Package
  • a plurality of photoelectric conversion units are formed, a plurality of lenses are formed above the plurality of photoelectric conversion units, and the lenses are convex downward. Includes forming a groove with a bottom surface of the shape. As a result, deterioration of image quality due to the groove between the lenses can be suppressed by the downwardly convex bottom surface.
  • the groove is formed so as to include a first portion sandwiched between two lenses adjacent to each other and a second portion sandwiched between four lenses adjacent to each other.
  • the lower end of the second portion may be formed at a position lower than the lower end of the first portion.
  • the method for manufacturing the solid-state image sensor on the second side surface further includes forming an antireflection film on the upper surface of the lens and the surface of the groove after forming the groove between the lenses. May be good. This makes it possible to suppress the reflection of the light incident on the lens and the light in the groove.
  • the method for manufacturing the solid-state image sensor on the second side surface further includes forming an antireflection film on the upper surface of the lens before forming the groove between the lenses, and the groove is formed by the reflection. It may be formed between the lenses so that the hole penetrates the prevention film. This makes it possible to suppress the reflection of light incident on the lens and to fill the groove with a film other than air or an antireflection film.
  • the method for manufacturing the solid-state image sensor on the second side surface may further include forming a first film having a refractive index lower than that of the lens in the groove. This makes it possible to prevent light from escaping from the lens into the groove.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a solid-state image sensor according to the first embodiment.
  • the solid-state image sensor of FIG. 1 is a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) type solid-state image sensor, and has a pixel array region 2 having a plurality of pixels 1, a control circuit 3, a vertical drive circuit 4, and a plurality of column signals. It includes a processing circuit 5, a horizontal drive circuit 6, an output circuit 7, a plurality of vertical signal lines 8, and a horizontal signal line 9.
  • CMOS Complementary Metal Oxide Semiconductor
  • Each pixel 1 includes a photodiode that functions as a photoelectric conversion unit and a plurality of pixel transistors.
  • Examples of pixel transistors are four MOS transistors: a transfer transistor, a reset transistor, an amplification transistor, and a selection transistor.
  • the pixel transistor may be three MOS transistors excluding the selection transistor.
  • the pixel array area 2 has a plurality of pixels 1 arranged in a two-dimensional array.
  • the pixel array region 2 is an effective pixel region that receives light and performs photoelectric conversion, amplifies and outputs the signal charge generated by the photoelectric conversion, and black for outputting optical black that serves as a reference for the black level. It includes a reference pixel area (not shown). Generally, the black reference pixel region is arranged on the outer peripheral portion of the effective pixel region.
  • the control circuit 3 generates various signals that serve as reference for the operation of the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, etc., based on the vertical synchronization signal, the horizontal synchronization signal, and the master clock.
  • the signal generated by the control circuit 3 is, for example, a clock signal or a control signal, and is input to the vertical drive circuit 4, the column signal processing circuit 5, the horizontal drive circuit 6, and the like.
  • the vertical drive circuit 4 includes, for example, a shift register, and sequentially selects and scans each pixel 1 in the pixel array area 2 in the vertical direction in row units.
  • the vertical drive circuit 4 further supplies a pixel signal based on the signal charge generated by each pixel 1 according to the amount of light received to the column signal processing circuit 5 through the vertical signal line 8.
  • the column signal processing circuit 5 is arranged for each column of the pixel 1 in the pixel array area 2, for example, and performs signal processing of the signal output from the pixel 1 for one row based on the signal from the black reference pixel area. Do it for each row. Examples of this signal processing are noise removal and signal amplification.
  • a horizontal selection switch (not shown) is provided between the output stage of the column signal processing circuit 5 and the horizontal signal line 9.
  • the horizontal drive circuit 6 includes, for example, a shift register, sequentially outputs each of the column signal processing circuits 5 by sequentially outputting horizontal scanning pulses, and selects pixel signals from each of the column signal processing circuits 5 in order. Output to 9.
  • the output circuit 7 performs signal processing on the signals sequentially supplied from each of the column signal processing circuits 5 through the horizontal signal line 9, and outputs the processed signal.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-state image sensor of the first embodiment.
  • FIG. 2 shows a vertical cross section of the pixel array region 2 of FIG.
  • the solid-state image sensor of the present embodiment includes a support substrate 11, a plurality of wiring layers 12, 13, 14 and an interlayer insulating film 15, and a gate electrode 16 and a gate insulating film 17 included in each transfer transistor Tr1. There is.
  • the solid-state image sensor of the present embodiment further includes a substrate 21, a plurality of photoelectric conversion units 22 in the substrate 21, and a p-type semiconductor region 23, an n-type semiconductor region 24, and a p-type semiconductor included in each photoelectric conversion unit 22.
  • a region 25, a pixel separation layer 26 in the substrate 21, a p-well layer 27, and a plurality of floating diffusion portions 28 are provided.
  • the solid-state imaging device of the present embodiment further includes a groove 31, an element separation unit 32 provided in the groove 31, a fixed charge film (a film having a negative fixed charge) 33 and an insulating film included in the element separation unit 32. It includes 34, a light-shielding film 35, a plurality of color filters 36, a plurality of on-chip lenses 37, and a groove 38 between the on-chip lenses 37.
  • FIG. 2 shows the X-axis, Y-axis, and Z-axis that are perpendicular to each other.
  • the X and Y directions correspond to the horizontal direction (horizontal direction), and the Z direction corresponds to the vertical direction (vertical direction). Further, the + Z direction corresponds to the upward direction, and the ⁇ Z direction corresponds to the downward direction.
  • the ⁇ Z direction may or may not exactly coincide with the direction of gravity.
  • the substrate 21 is, for example, a semiconductor substrate such as a silicon (Si) substrate.
  • the surface of the substrate 21 in the ⁇ Z direction is the front surface of the substrate 21, and the surface of the substrate 21 in the Z direction is the back surface (back surface) of the substrate 21.
  • the color filter 36 and the on-chip lens 37 are provided on the back side of the substrate 21, and are located above the substrate 21 in FIG.
  • the back surface of the substrate 21 is the light incident surface of the substrate 21.
  • the wiring layers 12 to 14 are provided on the front side of the substrate 21, and are located below the substrate 21 in FIG.
  • the thickness of the substrate 21 is, for example, 1 ⁇ m to 6 ⁇ m.
  • the photoelectric conversion unit 22 is provided in the substrate 21 for each pixel 1.
  • FIG. 2 illustrates three photoelectric conversion units 22 for three pixels 1.
  • Each photoelectric conversion unit 22 includes a p-type semiconductor region 23, an n-type semiconductor region 24, and a p-type semiconductor region 25, which are sequentially formed in the substrate 21 from the front side to the back side of the substrate 21.
  • a main photodiode is formed by a pn junction between the p-type semiconductor region 23 and the n-type semiconductor region 24 and a pn junction between the n-type semiconductor region 24 and the p-type semiconductor region 25. It has been realized and a photodiode converts light into a charge.
  • the photoelectric conversion unit 22 receives the light incident on the on-chip lens 37 through the color filter 36, generates a signal charge according to the amount of the received light, and stores the generated signal charge in the n-type semiconductor region 24. To do.
  • the pixel separation layer 26 is a p-type semiconductor region provided between photoelectric conversion units 22 adjacent to each other.
  • the p-well layer 27 is a p-type semiconductor region provided on the front side of the substrate 21 with respect to the pixel separation layer 26.
  • the floating diffusion portion 28 is an n + type semiconductor region provided on the front side of the substrate 21 with respect to the p-well layer 27.
  • the floating diffusion portion 28 is formed by injecting a high concentration of n-type impurities into the p-well layer 27.
  • the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region in the substrate 21 of the present embodiment may be interchanged with each other. That is, the p-type semiconductor region 23, the p-type semiconductor region 25, the pixel separation layer 26, and the p-well layer 27 are changed to the n-type semiconductor region, and the n-type semiconductor region 24 and the floating diffusion portion 28 are changed to the p-type semiconductor region. You may.
  • the groove 31 has a shape extending from the back surface of the substrate 21 in the depth direction ( ⁇ Z direction), and is provided between the photoelectric conversion units 22 adjacent to each other, similarly to the pixel separation layer 26.
  • the groove 31 is formed by forming a recess in the pixel separation layer 26 by etching.
  • the groove 31 of the present embodiment reaches the p-well layer 27, but does not reach the floating diffusion portion 28.
  • the element separation unit 32 includes a fixed charge film 33 and an insulating film 34, which are sequentially formed in the groove 31.
  • the fixed charge film 33 is formed on the side surface and the bottom surface of the groove 31.
  • the insulating film 34 is embedded in the groove 31 via the fixed charge film 33.
  • the fixed charge film 33 is a film having a negative fixed charge and is a material for the element separation unit 32.
  • electric charges may be generated from minute defects existing at the interface of the substrate 21 even in a state where there is no incident light and no signal charges. This charge causes noise called dark current.
  • a film having a negative fixed charge has an effect of suppressing the generation of such a dark current. Therefore, according to the present embodiment, the dark current can be reduced by the fixed charge film 33.
  • the fixed charge film 33 of the present embodiment is formed on the entire back surface of the substrate 21, and is arranged not only in the element separation unit 32 but also above the photoelectric conversion unit 22.
  • the fixed charge film 33 is preferably formed of a material capable of generating a fixed charge and strengthening pinning by forming it on a substrate 21 such as a silicon substrate.
  • a fixed charge film 33 is an insulating film such as a high refractive index material film or a high dielectric film.
  • the fixed charge film 33 is, for example, an oxide film or a nitride film containing at least one metal element of hafnium (Hf), aluminum (Al), zirconium (Zr), tantalum (Ta), and titanium (Ti).
  • the method for forming the fixed charge film 33 is, for example, CVD (Chemical Vapor Deposition), sputtering, ALD (Atomic Layer Deposition), or the like.
  • ALD Atomic Layer Deposition
  • a silicon oxide film which is a film for reducing the interface state can also be formed with a film thickness of about 1 nm.
  • the fixed charge film 33 examples include lanthanum (La), placeodim (Pr), cerium (Ce), neodymium (Nd), promethium (Pm), samarium (Sm), ytterbium (Eu), gadolinium (Gd), An oxide or nitride containing at least one metal element of terbium (Tb), dysprosium (Dy), formium (Ho), turium (Tm), ytterbium (Yb), lutetium (Lu), and yttrium (Y). is there. Further, the fixed charge film 33 may be a hafnium oxynitride film or an aluminum oxynitride film.
  • Silicon (Si) or nitrogen (N) may be added to the fixed charge film 33 as long as its insulating property is not impaired. This makes it possible to improve the heat resistance of the fixed charge film 33 and the ability to prevent ion implantation.
  • the element separation portion 32 is realized by a fixed charge film 33 or the like, and an inversion layer is formed on a surface in contact with the fixed charge film 33. Therefore, since the interface of the substrate 21 is pinned by the inversion layer, the generation of dark current is suppressed.
  • the groove 31 is formed on the substrate 21, physical damage may occur on the side surface and the bottom surface of the groove 31, and pinning detachment may occur in the peripheral portion of the groove 31.
  • the pinning detachment can be prevented by forming the fixed charge film 33 on the side surface and the bottom surface of the groove 31.
  • the insulating film 34 is used as a material for the element separating portion 32 together with the fixed charge film 33.
  • the insulating film 34 is preferably formed of a material having a refractive index different from that of the fixed charge film 33. Examples of such an insulating film 34 are a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film, a resin film, and the like. Further, the insulating film 34 may be a film having no positive fixed charge or a film having a small positive fixed charge.
  • the insulating film 34 of the present embodiment is formed on the entire back surface of the substrate 21, and is arranged not only in the element separation unit 32 but also above the photoelectric conversion unit 22.
  • the groove 31 is embedded by the insulating film 34 or the like, so that the photoelectric conversion portions 22 are separated from each other by the insulating film 34 or the like. Therefore, it becomes difficult for the signal charge to leak from each pixel 1 to the adjacent pixel 1, and when a signal charge exceeding the saturated charge amount is generated, the photoelectric conversion unit 22 overflowing with the signal charge is transferred to the adjacent photoelectric conversion unit 22. It is possible to reduce the leakage of signal charges. As a result, color mixing between the pixels 1 can be suppressed.
  • the light-shielding film 35 is formed in a predetermined region on the insulating film 34 formed on the back surface of the substrate 21, and has an effect of blocking light from the on-chip lens 37.
  • the light-shielding film 35 is formed in a mesh shape so that the photoelectric conversion unit 22 opens with respect to the on-chip lens 37, and specifically, is formed above the element separation unit 32. There is.
  • the light-shielding film 35 is a film formed of a material that blocks light, and is a film containing an element such as tungsten (W), aluminum (Al), or copper (Cu).
  • the color filter 36 is formed on the insulating film 34 and the light-shielding film 35 for each pixel 1.
  • the color filters 36 for red (R), green (G), and blue (B) are arranged above the photoelectric conversion unit 22 of the red, green, and blue pixels 1, respectively.
  • these color filters 36 may include a color filter 36 for infrared light above the photoelectric conversion unit 22 of the infrared light pixel 1.
  • Each color filter 36 has a property of being able to transmit light having a predetermined wavelength, and the light transmitted through each color filter 36 is incident on the photoelectric conversion unit 22 via the insulating film 34 and the fixed charge film 33.
  • the on-chip lens 37 is formed on the color filter 36 for each pixel 1.
  • Each on-chip lens 37 has a property of condensing incident light, and the light collected by each on-chip lens 37 passes through a color filter 36, an insulating film 34, and a fixed charge film 33. It is incident on the photoelectric conversion unit 22.
  • the on-chip lens 37 is made of a material that transmits light, and the on-chip lenses 37 of the present embodiment are connected to each other via this material. Further details of the on-chip lens 37 will be described later.
  • the groove 38 is provided between the on-chip lenses 37 adjacent to each other and extends in the ⁇ Z direction.
  • the groove 38 of the present embodiment is formed by forming a recess by etching in the material forming the on-chip lens 37.
  • the groove 38 of the present embodiment is formed so as not to separate the on-chip lenses 37 from each other.
  • the groove 38 of the present embodiment is arranged above the element separating portion 32 and the light-shielding film 35, and is arranged above the gap between the color filters 36. Further details of the groove 38 will be described later.
  • the support substrate 11 is provided on the front side of the substrate 21 via an interlayer insulating film 15 to ensure the strength of the substrate 21.
  • the support substrate 11 is, for example, a semiconductor substrate such as a silicon (Si) substrate.
  • the wiring layers 12 to 14 are provided in the interlayer insulating film 15 provided on the front side of the substrate 21 to form a multilayer wiring structure.
  • the multi-layer wiring structure of the present embodiment includes three wiring layers 12 to 14, but may include four or more wiring layers.
  • Each of the wiring layers 12 to 14 includes various wirings, and a pixel transistor such as the transfer transistor Tr1 is driven by using these wirings.
  • the wiring layers 12 to 14 are metal layers containing elements such as tungsten, aluminum, and copper.
  • the interlayer insulating film 15 is, for example, an insulating film containing a silicon oxide film or the like.
  • each transfer transistor Tr1 is provided under the p-well layer 27 between the p-type semiconductor region 23 and the floating diffusion portion 28 via a gate insulating film 17.
  • Each transfer transistor Tr1 can transfer the signal charge in the photoelectric conversion unit 22 to the floating diffusion unit 28.
  • the gate electrode 16 and the gate insulating film 17 are provided in the interlayer insulating film 15.
  • the solid-state image sensor of the present embodiment light is irradiated from the back side of the substrate 21, and the light is incident on the on-chip lens 37.
  • the light incident on the on-chip lens 37 is collected by the on-chip lens 37 and incident on the photoelectric conversion unit 22 via the color filter 36 and the like.
  • the photoelectric conversion unit 22 converts this light into an electric charge by photoelectric conversion to generate a signal charge.
  • the signal charge is output as a pixel signal via the vertical signal line 8 in the wiring layers 12 to 14 provided on the front side of the substrate 21.
  • FIG. 3 is a plan view showing the structure of the solid-state image sensor of the first embodiment.
  • FIG. 3 shows a state in which the planar structure of the pixel array region 2 of FIG. 1 is viewed from the ⁇ Z direction.
  • FIG. 3 shows four transfer transistors Tr1, two reset transistors Tr2, two amplifier transistors Tr3, and two selection transistors Tr4 shared by these pixels 1.
  • the transfer transistor Tr1 includes a gate electrode 16 provided on the front side of the substrate 21 via a gate insulating film 17 (FIG. 2).
  • the reset transistor Tr2, the amplifier transistor Tr3, and the selection transistor Tr4 each include gate electrodes 41, 42, and 43 provided on the front side of the substrate 21 via a gate insulating film (not shown).
  • the solid-state image sensor of the present embodiment further includes source / drain regions 44, 45, 46, 47 for the reset transistor Tr2, the amplifier transistor Tr3, and the selection transistor Tr4 in the substrate 21. These four types of transistors function as pixel transistors of the solid-state image sensor of the present embodiment.
  • FIG. 3 shows a p-type semiconductor region 23 provided in each of the four pixels 1, a p-well layer 27 interposed between the p-type semiconductor regions 23, and a floating diffusion portion 28 shared by the four pixels 1. It shows that. FIG. 3 further shows the position of the element separating portion 32 with a dotted line.
  • the gate electrodes 16 of the four transfer transistors Tr1 are arranged so as to straddle the corresponding p-type semiconductor region 23 and the floating diffusion portion 28, respectively. These transfer transistors Tr1 can transfer the signal charge in the corresponding photoelectric conversion unit 22 to the floating diffusion unit 28.
  • the on-chip lens 37 is simply abbreviated as "lens 37".
  • FIG. 4 is a plan view and a cross-sectional view showing the structure of the solid-state image sensor of the first embodiment.
  • FIG. 4A is a plan view showing four lenses 37 adjacent to each other among the plurality of lenses 37 of the solid-state image sensor of the present embodiment.
  • the lens 37 of the present embodiment is arranged at the intersection of a plurality of straight lines extending in the X direction and a plurality of straight lines extending in the Y direction, that is, arranged in a square grid pattern.
  • Each lens 37 is adjacent to two lenses 37 in the ⁇ X direction, adjacent to two lenses 37 in the ⁇ Y direction, and two lenses 37 in the ⁇ X'direction, except for the lens 37 arranged at the end. Adjacent and adjacent to the two lenses 37 in the ⁇ Y'direction.
  • the X'direction represents a direction inclined by 45 degrees with respect to the X direction
  • the Y'direction represents a direction inclined by 45 degrees with respect to the Y direction.
  • a in FIG. 4 further shows a groove 38 provided between these lenses 37.
  • the groove 38 of the present embodiment includes a first portion 38a sandwiched between two lenses 37 adjacent to each other and a second portion 38b sandwiched between four lenses 37 adjacent to each other.
  • Each lens 37 of the present embodiment is surrounded by four first portions 37a and four second portions 37b, except for the lens 37 arranged at the end.
  • the first portion 38a has a substantially linear planar shape
  • the second portion 38b has a substantially dot-shaped planar shape.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view taken along the I-I'line parallel to the X direction, and shows the XZ cross section of two lenses 37 adjacent to each other in the ⁇ X direction.
  • FIG. 4B shows the vertical cross-sectional shape of the first portion 38a of the groove 38.
  • the first portion 38a of the present embodiment is arranged above the element separating portion 32 and the light-shielding film 35, and is arranged above the gap between the color filters 36.
  • the illustration of the photoelectric conversion unit 22 and the like shown in FIG. 2 is omitted (the same applies to the following figures).
  • FIG. 4 is a cross-sectional view along the JJ'line parallel to the X'direction, and shows the X'Z cross section of two lenses 37 adjacent to each other in the ⁇ X'direction.
  • FIG. 4C shows the vertical cross-sectional shape of the second portion 38b of the groove 38. Similar to the first portion 38a, the second portion 38b of the present embodiment is arranged above the element separating portion 32 and the light-shielding film 35, and is arranged above the gap between the color filters 36.
  • the groove 38 of this embodiment is exposed in the air. Therefore, the refractive index of the material forming the lens 37 is higher than the refractive index of the substance (that is, air) in the groove 38, and it is difficult for light to escape from the lens 37 to the groove 38. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent the light incident on the lens 37 of one pixel 1 from invading the lens 37 of another pixel 1 and causing color mixing. On the other hand, light can easily enter the lens 37 from the groove 38. As will be described later, the groove 38 may be embedded with a material having a refractive index lower than that of the material forming the lens 37.
  • the groove 38 of the present embodiment has a bottom surface having a downwardly convex shape. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to direct the light incident on the bottom surface of the groove 38 to the color filter 36 instead of the light-shielding film 35, and it is possible to suppress the deterioration of the image quality due to the groove 38. Become. Details of this action will be described later.
  • the shape of the vertical cross section of the bottom surface of the groove 38 of the present embodiment is a semicircle. As a result, the shape of the bottom surface of the groove 38 is convex downward.
  • the lower end P of the groove 38 is a point where the height of the surface of the groove 38 is minimized.
  • the lower end P of the groove 38 of the present embodiment is located at the lower end of the bottom surface having a downwardly convex shape.
  • the upper end Q of the groove 38 of the present embodiment is an inflection point (inflection point) of the curvature of the surface of the lens 37, and more specifically, among one or more inflection points of the curvature of the surface of the lens 37. This is the inflection point closest to the apex of the lens 37.
  • the groove 38 of the present embodiment is a space provided between the upper end Q and the lower end P between the lenses 37.
  • B and C in FIG. 4 further indicate the upper end R of the bottom surface having a downwardly convex shape.
  • the groove 38 of the present embodiment has a bottom surface having a downwardly convex shape between the upper end R and the lower end P between the lenses 37.
  • the upper end R is not an inflection point in B and C of FIG. 4, but may be an inflection point like the upper end Q.
  • the groove 38 of the present embodiment has a downwardly convex bottom surface in both the first portion 38a and the second portion 38b.
  • the groove 38 of the present embodiment is formed so that the lower end Pb of the second portion 38b is lower than the lower end Pa of the first portion 38a. Therefore, the depth Db of the second portion 38b is deeper than the depth Da of the first portion 38a. This is because when the first portion 38a and the second portion 38b of the groove 38 are formed at the same time by etching, the second portion 38b is naturally deeper than the first portion 38a due to the etching characteristics.
  • the depth Db of the second portion 38b may be deeper than the depth Db of the first portion 38a due to other reasons, or may be the same as the depth Da of the first portion 38b.
  • the depth Da of the first portion 38a is the distance in the Z direction between the lower end Pa of the first portion 38a and the upper end Qa of the first portion 38a, and the depth Db of the second portion 38b is the second. It is the distance in the Z direction between the lower end Pb of the portion 38b and the upper end Qb of the second portion 38b.
  • the upper end Qa of the first portion 38a and the upper end Qb of the second portion 38b have the same height (Z coordinate) in B and C of FIG. 4, but may have different heights.
  • the upper end Qa of the first portion 38a and the upper end Qb of the second portion 38b are inflection points here because the grooves 38 are formed by etching, but they do not have to be inflection points. ..
  • B and C in FIG. 4 show the upper end Ra of the bottom surface of the first portion 38a and the upper end Rb of the bottom surface of the second portion 38b as the upper end R of the bottom surface having a downwardly convex shape.
  • the upper end Ra of the bottom surface of the first portion 38a and the upper end Rb of the bottom surface of the second portion 38b have the same height (Z coordinate) in B and C of FIG. 4, but may have different heights.
  • the shape of the vertical cross section of the bottom surface of the groove 38 of the present embodiment is semicircular in both the first portion 38a and the second portion 38b.
  • the shape of the bottom surface of the first portion 38a of the present embodiment is a semi-cylindrical shape
  • the shape of the bottom surface of the second portion 38b of the present embodiment is a hemispherical shape.
  • the shape of the vertical cross section of the bottom surface of the groove 38 of the present embodiment may be a shape other than a semicircle, as will be described later.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view for comparing the solid-state image sensor of the first embodiment with the solid-state image sensor of the comparative example.
  • a in FIG. 5 shows a vertical cross section of the solid-state image sensor of the present embodiment, and specifically, X'Z cross section is shown in the same manner as in C in FIG.
  • the groove 38 of the present embodiment has a bottom surface having a downwardly convex shape.
  • FIG. 5 shows a vertical cross section of the solid-state image sensor of the comparative example, and specifically, shows an X'Z cross section.
  • the solid-state image sensor of the comparative example has the same structure as the solid-state image sensor of the present embodiment, but the groove 38 of the comparative example has a flat bottom surface.
  • the groove 38 (A in FIG. 5) of the present embodiment is exposed in the air. Therefore, the refractive index of the material forming the lens 37 is higher than the refractive index of the substance (that is, air) in the groove 38, and it is difficult for light to escape from the lens 37 to the groove 38. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent the light incident on the lens 37 of one pixel 1 from invading the lens 37 of another pixel 1 and causing color mixing. In A of FIG. 5, the light from the lens 37 toward the groove 38 is reflected on the side surface of the groove 38 by the total reflection mode.
  • the groove 38 (B in FIG. 5) of the comparative example has a flat bottom surface. Therefore, as shown in FIG. 5B, the light incident on the bottom surface of the groove 38 is incident on the upper surface of the light-shielding film 35 provided below the groove 38. As a result, light is absorbed by the light-shielding film 35, which may reduce the sensitivity of the solid-state image sensor. Furthermore, light is reflected by the light-shielding film 35, which may cause stray light and flare.
  • the grooves 38 are provided between the lenses 37 adjacent to each other in this way, light is incident on the light-shielding film 35 from the grooves 38, and this light may deteriorate the image quality of the solid-state image sensor.
  • This problem is considered to become more serious when the size of the pixel 1 is reduced and the size of the groove 38 is relatively large with respect to the size of the lens 37. It should be noted that this problem may occur even when light is absorbed or reflected by a film other than the light-shielding film 35.
  • the groove 38 (A in FIG. 5) of the present embodiment has a downwardly convex bottom surface. Therefore, according to the present embodiment, as shown in A of FIG. 5, the light incident on the bottom surface of the groove 38 can be directed to the color filter 36 instead of the light-shielding film 35 by the reverse lens effect, and the groove 38 can be directed. It is possible to suppress the deterioration of the image quality due to the above. This effect can be obtained not only in the second portion 38b of the groove 38 but also in the first portion 38a of the groove 38.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-state image sensor of the modified example of the first embodiment.
  • the shape of the bottom surface of the groove 38 is convex downward as in C of FIG.
  • the shape of the vertical cross section of the bottom surface of the groove 38 of this modified example is a triangle as shown in A of FIG.
  • the light incident on the bottom surface of the groove 38 can be directed to the color filter 36 instead of the light-shielding film 35.
  • the shape of the bottom surface of the groove 38 is convex downward as in C of FIG.
  • the shape of the vertical cross section of the bottom surface of the groove 38 of this modification is trapezium as shown in B of FIG.
  • the light incident on the bottom surface of the groove 38 can be directed to the color filter 36 instead of the light-shielding film 35.
  • the light incident on the upper bottom of the trapezium flat surface of the groove 38
  • the flat surface of the groove 38 of the present modification can be made narrower than the flat surface of the groove 38 of the comparative example, according to this modification, the image quality caused by the groove 38 is higher than that of the comparative example. It becomes possible to suppress the decrease of.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing the structure of a solid-state image sensor according to another modification of the first embodiment.
  • each first portion 38a can direct light evenly to two color filters 36 around the first portion 38a, and each second portion 38b directs light to 4 around the second portion 38b. It is possible to evenly direct one color filter 36. This makes it possible to reduce the difference in sensitivity between the pixels 1.
  • each first portion 38 of this modified example is mirror-symmetrical with respect to the central surface.
  • the above-mentioned center line C is located on this center surface.
  • the shape of the bottom surface of each second portion 38 of this modification is rotationally symmetric with respect to the center line C.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view showing the structure of a solid-state image sensor according to another modification of the first embodiment.
  • the entire surface of the groove 38 is the bottom surface of the groove 38, and the shape of the vertical cross section of the bottom surface is a triangle. That is, the surface of the groove 38 of this modification has an inverted tapered shape. As a result, the light incident on the groove 38 can be directed to the color filter 36 instead of the light-shielding film 35.
  • the entire surface of the groove 38 is the bottom surface of the groove 38, and the shape of the vertical cross section of the bottom surface is similar to a triangle. Specifically, the shape of the vertical cross section of the bottom surface is a shape in which one corner of a triangle is rounded.
  • the surface of the groove 38 of this modification also has an inverted tapered shape. As a result, the light incident on the groove 38 can be directed to the color filter 36 instead of the light-shielding film 35.
  • FIG. 8 shows the width w of the groove 38 at a certain height (depth) d.
  • the width w of the groove 38 at a certain height d becomes narrower as the height d becomes lower.
  • the surface of the groove 38 has a tapered shape.
  • Such a relationship between the height d and the width w is also established in A in FIG.
  • the width w is a “monotonic decrease function of the depth d” that decreases with the increase of the depth d, but as shown in C of FIG. 4, the depth d It may be a "decrease function of height d" that decreases or becomes constant with respect to the increase of. That is, the surface of the groove 38 may be formed only by an inclined surface, or may be formed by an inclined surface and a vertical surface.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing the structure of a solid-state image sensor according to another modification of the first embodiment.
  • the entire surface of the groove 38 is the bottom surface of the groove 38, and the shape of the vertical cross section of the bottom surface is similar to a triangle.
  • the shape of the vertical cross section of the bottom surface is a shape obtained by changing a triangle into a pentagon.
  • the surface of the groove 38 of this modification also has an inverted tapered shape.
  • the groove 38 of this modification has an inflection point corresponding to the upper end Q of the groove 38 and an inflection point S lower than the upper end Q and higher than the lower end P.
  • FIG. 9A shows a gradient angle ⁇ 1 between the upper end Q and the inflection point S and a gradient angle ⁇ 2 between the inflection point S and the lower end P as the gradient angles on the surface of the groove 38. ..
  • These gradient angles ⁇ 1 and ⁇ 2 have a relationship of 0 ° ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 90 °. This makes it possible, for example, to make the vertical cross-sectional shape of the groove 38 elongated.
  • the gradient angle ⁇ 1 is not too large, for example, it is more than 0 ° and 30 ° or less (0 ° ⁇ 1 ⁇ 30 °). This is because when the gradient angle ⁇ 1 is larger than 30 °, the ratio of the surface of the groove 38 to the surface of the lens 37 increases, and the lens 37 approaches the triangular lens. When the lens 37 approaches the triangular lens, the focusing rate of the lens 37 decreases, and the sensitivity of the solid-state image sensor may decrease.
  • the gradient angle ⁇ 2 may be any angle from 0 ° to 90 ° as long as it is larger than the gradient angle ⁇ 1 (0 ° ⁇ 2 ⁇ 90 °). If the gradient angle ⁇ 2 is 90 °, the light collecting effect on the bottom surface near the lower end P cannot be obtained. Therefore, it is desirable that the gradient angle ⁇ 2 is smaller than 90 ° instead of 90 °. Further, if the gradient angle ⁇ 2 is larger than 90 °, the shape of the bottom surface near the lower end P becomes an upwardly convex shape, so that the incident light to a certain pixel 1 is not the pixel 1 but another near the lower end P. It will be focused on pixel 1. Therefore, since color mixing occurs between these pixels 1, it is desirable that the gradient angle ⁇ 2 is not an angle larger than 90 ° but an angle smaller than 90 °.
  • the condition of "0 ° ⁇ 1 ⁇ 30 °" of the gradient angle ⁇ 1 can be applied to the bottom surface of the triangle A in FIG. 8 and the bottom surface of the triangular portion B in FIG.
  • the width W1 of the groove 38 (second portion 38b) is equal to or greater than the distance W2 between the color filters 36 adjacent to each other (W1 ⁇ W2). In this case, if the groove 38 is too deep, the groove 38 may reach the color filter 36 and the color filter 36 may be damaged when the groove 38 is formed by etching.
  • the height H1 of the lower end P of the groove 38 (second portion 38b) is higher than the height H2 of the upper surface of the color filter 36 (H1> H2). That is, the etching of the groove 38 is completed before the groove 38 reaches the color filter 36. This makes it possible to prevent the color filter 36 from being damaged when the groove 38 is formed.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing the structure of a solid-state image sensor according to another modification of the first embodiment.
  • the solid-state image sensor of the modified example shown in FIG. 10A includes an antireflection film 51 formed on the upper surface of the lens 37. This makes it possible to suppress the reflection of the light incident on the lens 37.
  • the antireflection film 51 of this modification is formed on the upper surface of the lens 37, but is not formed on the surface of the groove 38.
  • Such an antireflection film 51 can be formed, for example, by forming an antireflection film 51 on the lens 37 and then forming a groove 38 between the lenses 37 so that a hole penetrates the antireflection film 51. ..
  • the solid-state image sensor of the modified example shown in FIG. 10B includes an antireflection film 52 formed on the upper surface of the lens 37 and the surface of the groove 38. This makes it possible to suppress the reflection of the light incident on the lens 37 and the groove 38.
  • Such an antireflection film 52 can be formed, for example, by forming a groove 38 between the lenses 37 and then forming an antireflection film 52 on the upper surface of the lens 37 and the surface of the groove 38.
  • antireflection films 51 and 52 are silicon oxide films and silicon nitride films.
  • the solid-state image sensor of the present embodiment may include the antireflection film 51 shown in FIG. 10A, or may include the antireflection film 52 shown in FIG. 10B.
  • 11 to 14 are cross-sectional views showing a method of manufacturing the solid-state image sensor of the first embodiment.
  • 11A to 12B show the XZ cross section of the solid-state image sensor of the present embodiment
  • a to 14B of FIG. 13 show the X'Z cross section of the solid-state image sensor of the present embodiment.
  • the p-type semiconductor region 23, the n-type semiconductor region 24, the p-type semiconductor region 25, the pixel separation layer 26, the p-well layer 27, and the floating diffusion are formed in the substrate 21 or on the substrate 21.
  • a portion 28, a gate insulating film 17, a gate electrode 16, and the like are formed.
  • the reset transistor Tr2, the amplifier transistor Tr3, the gate insulating film for the selection transistor Tr4, the gate electrodes 41 to 43, and the source / drain regions 44 to 47 are also formed. In this way, the photoelectric conversion unit 22 and the pixel transistor are formed.
  • the interlayer insulating film 15 and the wiring layers 12 to 14 are alternately formed on the front side of the substrate 21.
  • the step A in FIG. 11 is executed with the front side of the substrate 21 facing up and the back side of the substrate 21 facing down.
  • FIG. 11B shows a state in which the front side of the substrate 21 faces downward and the back side of the substrate 21 faces upward.
  • a groove 31 having a predetermined depth is formed in the substrate 21 by etching.
  • the groove 31 is formed in the pixel separation layer 26 from the back surface of the substrate 21.
  • the depth of the groove 31 is preferably 0.2 ⁇ m or more, and more preferably 1.0 ⁇ m or more from the back surface of the substrate 21 in consideration of spectral characteristics.
  • the width of the groove 31 is preferably 0.02 ⁇ m or more in consideration of the spectral characteristics.
  • the groove 31 of the present embodiment is formed to a depth that reaches the p-well layer 27 and does not reach the floating diffusion portion 28 or the source / drain regions 44 to 47.
  • the fixed charge film 33 and the insulating film 34 are formed in order on the back surface of the substrate 21.
  • the fixed charge film 33 is formed on the side surface and the bottom surface of the groove 31 and on the photoelectric conversion unit 22.
  • the insulating film 34 is embedded in the groove 31 via the fixed charge film 33, and is formed on the photoelectric conversion unit 22 via the fixed charge film 33.
  • the element separating portion 32 is formed in the groove 31.
  • the fixed charge film 33 is formed by, for example, CVD, sputtering, or ALD.
  • the insulating film 34 is formed by, for example, CVD.
  • a light-shielding film 35 is formed in a predetermined region on the insulating film 34 formed on the back surface of the substrate 21.
  • the light-shielding film 35 is formed, for example, by forming a material layer of the light-shielding film 35 on the insulating film 34 and patterning the material layer in a predetermined shape.
  • the light-shielding film 35 of the present embodiment is formed above the element separation portion 32.
  • a plurality of color filters 36 and a plurality of lenses 37 are sequentially formed on the insulating film 34 and the light-shielding film 35.
  • the color filter 36 and the lens 37 are sequentially formed above the photoelectric conversion unit 22.
  • a resist film 53 is formed on these lenses 37, and a groove 54 is formed in the resist film 53 by lithography and etching.
  • the groove 54 of the resist film 53 is formed on the region where the groove 38 should be formed between the lenses 37.
  • the material forming the lens 37 is processed by dry etching using the resist film 53 as a mask.
  • the groove 54 of the resist film 53 is transferred to this material, and the groove 38 is formed between the lenses 37.
  • the groove 38 is formed between two lenses 37 adjacent to each other or between four lenses 37 adjacent to each other.
  • the groove 38 including the first portion 38a and the second portion 38b described above is formed. After that, the resist film 53 is removed.
  • the groove 38 of the present embodiment is formed so that the shape of the bottom surface of the groove 38 is convex downward.
  • a groove 38 can be formed, for example, by defocusing the resist film 53 at the time of exposure and forming the surface of the groove 54 of the resist film 53 into an inverted tapered shape.
  • the groove 38 having a downwardly convex shape may be formed by another method. In this way, the solid-state image pickup devices shown in FIGS. 4A to 4C are manufactured.
  • the above-mentioned antireflection film 52 may be formed on the entire surface of the substrate 21.
  • the antireflection film 52 is formed on the upper surface of the lens 37 and the surface of the groove 38, and the solid-state image sensor shown in FIG. 10B is manufactured.
  • an antireflection film 51 is formed on the upper surface of the lens 37 after the step A in FIG. 13, and the antireflection film 51 is formed in the step A in FIG.
  • a groove 38 is formed between the lenses 37 so that the hole penetrates.
  • the groove 38 of the present embodiment has a downwardly convex bottom surface in both the first portion 38a and the second portion 38b.
  • the groove 38 of the present embodiment is formed so that the lower end Pb of the second portion 38b is lower than the lower end Pa of the first portion 38a. Therefore, the depth Db of the second portion 38b becomes deeper than the depth Da of the first portion 38a (see A to C in FIG. 4). This is because when the first portion 38a and the second portion 38b of the groove 38 are formed at the same time by etching in the step A of FIG. 14, the second portion 38b naturally becomes deeper than the first portion 38a due to the etching characteristics. This is because of the fact.
  • the depth Db of the second portion 38b may be deeper than the depth Db of the first portion 38a due to other reasons, or may be the same as the depth Da of the first portion 38b.
  • the lens 37 of the present embodiment has a groove 38 provided between the lenses 37, and the groove 38 has a downwardly convex bottom surface. Therefore, according to the present embodiment, the deterioration of the image quality caused by the groove 38 between the lenses 37 can be suppressed by the downwardly convex bottom surface.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-state image sensor of the second embodiment.
  • FIG. 15 shows an X'Z cross section of the solid-state image sensor of the present embodiment, as in the case of C in FIG.
  • the solid-state image sensor of the present embodiment is flat provided on the upper surface of the lens 37 or in the groove 38 in addition to the components of the solid-state image sensor of the first embodiment shown in FIGS. 2, 4A, 4B, 4C, and the like.
  • a chemical film 61 is provided.
  • the flattening film 61 of the present embodiment is formed on the entire surface of the substrate 21 so as to cover the lens 37 and the groove 38, whereby the surface on the back surface of the substrate 21 is flat.
  • the flattening film 61 is an example of the first film of the present disclosure.
  • the refractive index n1 of the flattening film 61 of the present embodiment is lower than the refractive index n2 of the lens 37 (n1 ⁇ n2).
  • the refractive index n1 of the flattening film 61 is lower than 1.5
  • the refractive index n2 of the lens 37 is higher than 1.5.
  • the material forming the lens 37 is, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon nitride film, a titanium oxide film, an acrylic resin, or the like.
  • the flattening film 61 is, for example, a resin containing a filler of silicon oxide, siloxane, or the like. This siloxane may contain fluorine.
  • the refractive index of the fluorine-containing siloxane is, for example, 1.15 to 1.45.
  • the lens 37 is similar to the case where the groove 38 is exposed to air. It is possible to prevent light from passing through the groove 38. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to prevent the light incident on the lens 37 of one pixel 1 from invading the lens 37 of another pixel 1 and causing color mixing. On the other hand, light can easily enter the lens 37 from the groove 38.
  • the film formed in the groove 38 is the flattening film 61 formed on the upper surface of the lens 37 in the present embodiment, but a film other than the flattening film 61 may be used as described later.
  • a film other than the flattening film 61 may be used as described later.
  • by forming the film formed in the groove 38 as the flattening film 61 it is troublesome to perform the step of forming the film in the groove 38 separately from the step of forming the flattening film 61. Can be omitted.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-state image sensor of the modified example of the second embodiment.
  • the flattening film 61 is provided on the upper surface of the lens 37 and in the groove 38, as in the case of FIG. A in FIG. 16 further shows a cover film 62 provided on the flattening film 61.
  • the refractive index n1 of the flattening film 61 is lower than the refractive index n2 of the lens 37, it is difficult for light to escape from the lens 37 to the groove 38.
  • the light from the lens 37 toward the groove 38 is reflected on the side surface of the groove 38 by the total reflection mode.
  • the shape of the bottom surface of the groove 38 is further convex downward. Therefore, according to this modification, as shown in A of FIG. 16, the light incident on the bottom surface of the groove 38 can be directed to the color filter 36 instead of the light-shielding film 35 by the reverse lens effect, and the groove 38 can be directed. It is possible to suppress the deterioration of the image quality due to the above.
  • the solid-state image sensor of the modified example shown in FIG. 16B includes a groove 38 provided between the lenses 37 and a groove 63 penetrating the flattening film 61 and the cover film 62.
  • the groove 63 is provided on the groove 38 and forms one groove together with the groove 38.
  • These grooves 38 and 63 can be formed by forming grooves (grooves 38 and 63) penetrating the lens 37, the flattening film 61, and the cover film 62 by etching in the same step, as will be described later. However, these grooves 38 and 63 may be formed in different steps.
  • the grooves 38 and 63 of this modification are exposed to the air, it is difficult for light to escape from the lens 37 to the groove 38, and further, light is also emitted from the flattening film 61 and the cover film 62 to the groove 63. Is hard to come off.
  • the light from the lens 37 toward the groove 38 is reflected on the side surface of the groove 38 by the total reflection mode, and the light from the flattening film 61 toward the groove 63 is reflected by the total reflection mode of the groove 63. It is reflected on the side.
  • the shape of the bottom surface of the groove 38 is further convex downward. Therefore, according to this modification, as shown in B of FIG. 16, the light incident on the bottom surface of the groove 38 can be directed to the color filter 36 instead of the light-shielding film 35 by the reverse lens effect, and the groove 38 can be directed. It is possible to suppress the deterioration of the image quality due to the above.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing the structure of a solid-state image sensor of another modified example of the second embodiment.
  • the solid-state image sensor of the modified example shown in FIG. 17A includes, in addition to the components shown in FIG. 16A, a glass seal resin 64 and glass 65 sequentially provided on the cover film 62.
  • the glass 65 of this modification is bonded to the cover film 62 by the glass seal resin 64.
  • the glass 65 is, for example, part of the package of a solid-state image sensor.
  • the glass seal resin 64 is sequentially provided on the cover film 62 as in the modified example shown in FIG. And glass 65.
  • the glass seal resin 64 of this modification is also embedded in the grooves 38 and 63.
  • This glass seal resin 64 is an example of the second film of the present disclosure.
  • the refractive index of the glass seal resin 64 of this modified example is lower than the refractive index of the lens 37.
  • the refractive index of the glass seal resin 64 is lower than 1.5, and the refractive index of the lens 37 is higher than 1.5.
  • this modification by providing the glass seal resin 64 having a refractive index lower than the refractive index of the lens 37 in the groove 38, it is possible to prevent light from passing through the groove 38 from the lens 37.
  • the refractive index of the glass seal resin 64 of this modified example is lower than the refractive index of the flattening film 61.
  • the refractive index of the glass seal resin 64 is lower than 1.3
  • the refractive index of the flattening film 61 is higher than 1.3.
  • the refractive index of the glass seal resin 64 is, for example, 1.15 to 1.3.
  • the refractive index of the flattening film 64 can be, for example, 1.3 to 1.45.
  • solid-state image sensor including the flattening film 61, the glass seal resin 64, the glass 65, and the like will be described in the third embodiment described later.
  • 18 and 19 are cross-sectional views showing a method of manufacturing the solid-state image sensor of the second embodiment.
  • the flattening film 61 and the cover film 62 are formed on the lens 37 in order (A in FIG. 18).
  • a resist film 66 is formed on the cover film 62, and a groove 67 is formed in the resist film 66 by lithography and etching (B in FIG. 18).
  • the groove 67 is formed on the region where the grooves 38 and 63 should be formed.
  • the cover film 62, the flattening film 61, and the material forming the lens 37 are processed by dry etching using the resist film 66 as a mask (C in FIG. 18).
  • the groove 67 of the resist film 66 is transferred to the cover film 62, the flattening film 61, and the material forming the lens film 37.
  • a groove 63 penetrating the cover film 62 and the flattening film 61 is formed, and further, a groove 38 is formed between the lenses 37.
  • the groove 38 is formed between two lenses 37 adjacent to each other or between four lenses 37 adjacent to each other.
  • the groove 38 including the first portion 38a and the second portion 38b described above is formed.
  • the resist film 66 is removed (A in FIG. 19).
  • the groove 38 of the present embodiment is formed so that the shape of the bottom surface of the groove 38 is convex downward.
  • a groove 38 can be formed, for example, by defocusing the resist film 66 at the time of exposure and forming the surface of the groove 67 of the resist film 66 into an inverted tapered shape.
  • the groove 38 having a downwardly convex shape may be formed by another method.
  • the glass seal resin 64 is formed on the entire surface of the substrate 21 by the coating method (B in FIG. 19). As a result, the glass seal resin 64 is formed on the upper surface of the cover film 62 and in the grooves 38 and 63. Next, the glass 65 is joined to the cover film 62 with the glass seal resin 64 (C in FIG. 19). In this way, the solid-state image sensor shown in FIG. 17B is manufactured.
  • the groove 38 of the present embodiment has a downwardly convex bottom surface in both the first portion 38a and the second portion 38b.
  • the groove 38 of the present embodiment is formed so that the lower end Pb of the second portion 38b is lower than the lower end Pa of the first portion 38a. Therefore, the depth Db of the second portion 38b becomes deeper than the depth Da of the first portion 38a (see A to C in FIG. 4). This is because when the first portion 38a and the second portion 38b of the groove 38 are formed at the same time by etching in the step C of FIG. 18, the second portion 38b naturally becomes deeper than the first portion 38a due to the etching characteristics. This is because of the fact.
  • the depth Db of the second portion 38b may be deeper than the depth Db of the first portion 38a due to other reasons, or may be the same as the depth Da of the first portion 38b.
  • the lens 37 of the present embodiment has a groove 38 provided between the lenses 37 as in the first embodiment, and the groove 38 has a bottom surface having a convex shape downward. There is. Therefore, according to the present embodiment, the deterioration of the image quality caused by the groove 38 between the lenses 37 can be suppressed by the downwardly convex bottom surface.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view showing the structure of the solid-state image sensor of the third embodiment.
  • the solid-state image sensor of the present embodiment includes an insulating film 71, a wiring layer 72, a plurality of metal pads 73, a solder mask 74, and a plurality of components in addition to the same components as the solid-state image sensor shown in FIG. It is equipped with a solder ball 75.
  • FIG. 20 shows a region wider than A in FIG. 17, some of the components (for example, the groove 38) shown in FIG. 17A are not shown.
  • FIG. 20 shows a flattening film 61, a cover film 62, a glass seal resin 64, and a glass 65 provided so as to cover the color film 36 and the lens 37 on a substrate 21 diced to a chip size.
  • the solid-state image sensor of this embodiment is packaged by WLCSP (Wafer Level Chip Size / Scale Package). Therefore, the size of the upper surface of the glass 65 is substantially the same as the size of the upper surface (back surface) of the substrate 21.
  • the insulating film 71 and the wiring layer 72 are sequentially provided on the lower surface of the substrate 21.
  • the metal pad 73 is provided on the upper surface of the substrate 21.
  • the wiring layer 72 includes a plurality of via wirings 72a penetrating the substrate 21, and the via wirings 72a are in contact with the lower surface of the metal pad 73. This makes it possible to electrically connect various devices on the upper surface of the substrate 21 to the wiring layer 72.
  • the metal pad 73 is, for example, an aluminum pad.
  • the solder mask 74 is provided on the lower surface of the wiring layer 72.
  • the solder ball 75 is provided on the lower surface of the wiring layer 72 exposed from the solder mask 74. This makes it possible to electrically connect the solid-state image sensor of the present embodiment to another device via the solder ball 75.
  • the flattening film 61 of the present embodiment is a resin that covers the color film 36 and the lens 37. According to this embodiment, this resin can be formed in the groove 38. As a result, it is possible to save the trouble of forming a film in the groove 38 separately from the step of covering the color film 36 and the lens 37 with the resin.
  • the solid-state image sensor of the present embodiment may include the same components as the solid-state image sensor shown in FIG. 17B.
  • the glass seal resin 64 is formed in the groove 38 (and the groove 63). As a result, it is possible to save the trouble of forming a film in the groove 38 separately from the step of forming the glass seal resin 64.
  • the solid-state image sensor of the present embodiment may include a spacer resin provided on the end face of the substrate 21 so as to surround the color film 36 and the lens 37 in a ring shape instead of the resin as the flattening film 61. Good.
  • the groove 38 is exposed to the air like the solid-state image sensor of the first embodiment.
  • the structure of the present embodiment can be applied not only to the second embodiment but also to the first embodiment.
  • the solid-state image sensor of this embodiment is packaged by WLCSP as illustrated in FIG. According to this embodiment, it is possible to realize the structure of the solid-state image sensor of the first embodiment and the second embodiment while enjoying the advantage of WLCSP that the package is miniaturized.
  • a plurality of lenses provided above the plurality of photoelectric conversion units are provided.
  • the plurality of lenses have grooves provided between the lenses.
  • the groove has a downwardly convex bottom surface.
  • the groove includes a first portion sandwiched between two lenses adjacent to each other and a second portion sandwiched between four lenses adjacent to each other.
  • a plurality of color filters provided between the plurality of photoelectric conversion units and the plurality of lenses are provided.
  • the width of the second portion is equal to or greater than the distance between the color filters.
  • the solid-state image sensor according to (1) further comprising a first film provided in the groove and having a refractive index lower than that of the lens.
  • the groove is formed so as to include a first portion sandwiched between two lenses adjacent to each other and a second portion sandwiched between four lenses adjacent to each other.

Abstract

［課題］レンズ間の溝に起因する画質の低下を抑制することが可能な固体撮像装置およびその製造方法を提供する。 ［解決手段］本開示の固体撮像装置は、複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の上方に設けられた複数のレンズとを備え、前記複数のレンズは、前記レンズ間に設けられた溝を有し、前記溝は、下に凸な形状の底面を有する。

Description

固体撮像装置およびその製造方法
　本開示は、固体撮像装置およびその製造方法に関する。
　固体撮像装置の画素間の混色を防止するために、互いに隣接するオンチップレンズ間に溝を設けることが考えられる。これにより、ある画素のオンチップレンズに入射した光が別の画素のオンチップレンズに侵入して、混色を引き起こすことを抑制することが可能となる。
特開２００８－２７０６７９号公報
　しかしながら、互いに隣接するオンチップレンズ間に溝を設けると、この溝から遮光膜などに光が入射し、この光が固体撮像装置の画質を低下させる可能性がある。
　そこで、本開示は、レンズ間の溝に起因する画質の低下を抑制することが可能な固体撮像装置およびその製造方法を提供する。
　本開示の第１の側面の固体撮像装置は、複数の光電変換部と、前記複数の光電変換部の上方に設けられた複数のレンズとを備え、前記複数のレンズは、前記レンズ間に設けられた溝を有し、前記溝は、下に凸な形状の底面を有する。これにより、レンズ間の溝に起因する画質の低下を、下に凸な形状の底面により抑制することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記溝は、互いに隣接する２つのレンズ間に挟まれた第１部分と、互いに隣接する４つのレンズ間に挟まれた第２部分とを含み、前記第２部分の下端は、前記第１部分の下端よりも低い位置にあってもよい。これにより、互いに隣接する２つのレンズ間に、線状の平面形状を有する溝を設け、互いに隣接する４つのレンズ間に、点状の平面形状を有する溝を設けることが可能となる。
　また、この第１の側面の固体撮像装置はさらに、前記第１部分および前記第２部分の下方に設けられた遮光膜を備えていてもよい。この場合、溝から遮光膜に光が入射し、この光が固体撮像装置の画質を低下させることを、下に凸な形状の底面を有する溝により抑制することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記溝の上端は、前記レンズの表面の曲率の変曲点でもよい。これにより例えば、溝をエッチングにより形成することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記溝の底面の縦断面の形状は、半円形、三角形、または台形でもよい。これにより、溝の底面の形状を下に凸にすることが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記溝の底面の縦端面の形状は、前記溝の縦断面の中心線に対して対称でもよい。これにより例えば、溝の底面で光を溝の周りの複数のカラーフィルタに均等に向かわせることが可能となる。
　また、この第１の側面において、ある高さにおける前記溝の幅は、前記高さが低くなるほど狭くなっていてもよい。これにより例えば、溝で光を遮光膜ではなくカラーフィルタに向かわせることが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記溝の表面は、前記溝の上端より低く前記溝の下端より高い位置に、曲率の変曲点を有していてもよい。これにより例えば、溝の形状の自由度を高めることが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記溝の表面の勾配角は、前記上端と前記変曲点との間における角度が、前記変曲点と前記下端との間における角度より小さくてもよい。これにより例えば、溝の縦断面形状を細長くすることが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記溝の表面の前記勾配角は、前記上端と前記変曲点との間において、３０度より小さくてもよい。これにより、レンズの表面に占める溝の表面の割合を小さくすることが可能となり、溝によりレンズの集光率の低下を抑制することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記溝の表面の前記勾配角は、前記変曲点と前記下端との間において、９０度より小さくてもよい。これにより、溝の下端付近の光の集光率を向上させることや、溝の下端付近の光に起因する混色を抑制することが可能となる。
　また、この第１の側面の固体撮像装置はさらに、前記複数の光電変換部と前記複数のレンズとの間に設けられた複数のカラーフィルタを備え、前記第２部分の幅は、前記カラーフィルタ間の距離以上であり、前記第２部分の下端の高さは、前記カラーフィルタの上面の高さよりも高くてもよい。これにより、溝を形成する際にカラーフィルタがダメージを受けることを抑制することが可能となる。
　また、この第１の側面の固体撮像装置はさらに、前記レンズの上面に設けられた反射防止膜を備えていてもよい。これにより、レンズに入射する光が反射されることを抑制することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記反射防止膜はさらに、前記溝の表面に設けられていてもよい。これにより、溝内に入射した光が反射されることを抑制することが可能となる。
　また、この第１の側面の固体撮像装置はさらに、前記溝内に設けられ、前記レンズの屈折率よりも低い屈折率を有する第１膜を備えていてもよい。これにより、レンズから溝に光が抜けることを抑制することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記第１膜はさらに、前記レンズの上面に設けられていてもよい。これにより例えば、レンズの上面に設けられる膜を、第１膜として使用することが可能となる。
　また、この第１の側面の固体撮像装置はさらに、前記レンズの上面に設けられた第１膜と、前記溝内に設けられ、前記レンズの屈折率よりも低い屈折率を有する第２膜とを備えていてもよい。これにより、レンズから溝に光が抜けることを抑制することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記第２膜は、前記第１膜の屈折率よりも低い屈折率を有していてもよい。これにより例えば、第１膜から第２膜に光が抜けることを抑制することが可能となる。
　また、この第１の側面において、前記第２膜は、前記第１膜の上方にガラスを設けるためのガラスシール樹脂でもよい。これにより、ガラスシート樹脂を第２膜として使用することが可能となる。
　また、この第１の側面の固体撮像装置は、ＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Size/Scale Package）によりパッケージされていてもよい。これにより例えば、レンズを覆う樹脂を第１膜や第２膜として使用することが可能となる。
　本開示の第２の側面の固体撮像装置の製造方法は、複数の光電変換部を形成し、前記複数の光電変換部の上方に複数のレンズを形成し、前記レンズ間に、下に凸な形状の底面を有する溝を形成することを含む。これにより、レンズ間の溝に起因する画質の低下を、下に凸な形状の底面により抑制することが可能となる。
　また、この第２の側面において、前記溝は、互いに隣接する２つのレンズ間に挟まれた第１部分と、互いに隣接する４つのレンズ間に挟まれた第２部分とを含むように形成され、前記第２部分の下端は、前記第１部分の下端よりも低い位置に形成されてもよい。これにより、互いに隣接する２つのレンズ間に、線状の平面形状を有する溝を設け、互いに隣接する４つのレンズ間に、点状の平面形状を有する溝を設けることが可能となる。
　また、この第２の側面の固体撮像装置の製造方法はさらに、前記レンズ間に前記溝を形成した後に、前記レンズの上面と前記溝の表面とに反射防止膜を形成することを含んでいてもよい。これにより、レンズに入射する光や溝内の光が反射されることを抑制することが可能となる。
　また、この第２の側面の固体撮像装置の製造方法はさらに、前記レンズ間に前記溝を形成する前に、前記レンズの上面に反射防止膜を形成することを含み、前記溝は、前記反射防止膜を穴が貫通するように前記レンズ間に形成されてもよい。これにより、レンズに入射する光が反射されることを抑制することや、溝内を空気や反射防止膜以外の膜で満たすことが可能となる。
　また、この第２の側面の固体撮像装置の製造方法はさらに、前記溝内に、前記レンズの屈折率よりも低い屈折率を有する第１膜を形成することを含んでいてもよい。これにより、レンズから溝に光が抜けることを抑制することが可能となる。
第１実施形態の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す平面図である。 第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す平面図および断面図である。 第１実施形態の固体撮像装置と比較例の固体撮像装置とを比較するための断面図である。 第１実施形態の変形例の固体撮像装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の別の変形例の固体撮像装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の別の変形例の固体撮像装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の別の変形例の固体撮像装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の別の変形例の固体撮像装置の構造を示す断面図である。 第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(1/4)である。 第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(2/4)である。 第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(3/4)である。 第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(4/4)である。 第２実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。 第２実施形態の変形例の固体撮像装置の構造を示す断面図である。 第２実施形態の別の変形例の固体撮像装置の構造を示す断面図である。 第２実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(1/2)である。 第２実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図(2/2)である。 第３実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。
　以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
　（第１実施形態）
　図１は、第１実施形態の固体撮像装置の構成を示すブロック図である。
　図１の固体撮像装置は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）型の固体撮像装置であり、複数の画素１を有する画素アレイ領域２と、制御回路３と、垂直駆動回路４と、複数のカラム信号処理回路５と、水平駆動回路６と、出力回路７と、複数の垂直信号線８と、水平信号線９とを備えている。
　各画素１は、光電変換部として機能するフォトダイオードと、複数の画素トランジスタとを備えている。画素トランジスタの例は、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、増幅トランジスタ、選択トランジスタという４つのＭＯＳトランジスタである。ただし、画素トランジスタは、選択トランジスタを除いた３つのＭＯＳトランジスタでもよい。
　画素アレイ領域２は、２次元アレイ状に配置された複数の画素１を有している。画素アレイ領域２は、光を受光して光電変換を行い、光電変換により生成された信号電荷を増幅して出力する有効画素領域と、黒レベルの基準になる光学的黒を出力するための黒基準画素領域（図示せず）とを含んでいる。一般に、黒基準画素領域は有効画素領域の外周部に配置されている。
　制御回路３は、垂直同期信号、水平同期信号、およ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、水平駆動回路６等の動作の基準となる種々の信号を生成する。制御回路３により生成される信号は、例えばクロック信号や制御信号であり、垂直駆動回路４、カラム信号処理回路５、水平駆動回路６等に入力される。
　垂直駆動回路４は、例えばシフトレジスタを備えており、画素アレイ領域２内の各画素１を行単位で順次垂直方向に選択走査する。垂直駆動回路４はさらに、各画素１が受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線８を通して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、例えば画素アレイ領域２内の画素１の列ごとに配置されており、１行分の画素１から出力された信号の信号処理を、黒基準画素領域からの信号に基づいて列ごとに行う。この信号処理の例は、ノイズ除去や信号増幅である。カラム信号処理回路５の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線９との間に設けられている。
　水平駆動回路６は、例えばシフトレジスタを備えており、水平走査パルスを順次出力することでカラム信号処理回路５のそれぞれを順番に選択し、カラム信号処理回路５のそれぞれから画素信号を水平信号線９に出力させる。
　出力回路７は、カラム信号処理回路５のそれぞれから水平信号線９を通して順次に供給される信号に対し信号処理を行い、この信号処理が行われた信号を出力する。
　図２は、第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。図２は、図１の画素アレイ領域２の縦断面を示している。
　本実施形態の固体撮像装置は、支持基板１１と、複数の配線層１２、１３、１４と、層間絶縁膜１５と、各転送トランジスタＴｒ１に含まれるゲート電極１６およびゲート絶縁膜１７とを備えている。
　本実施形態の固体撮像装置はさらに、基板２１と、基板２１内の複数の光電変換部２２と、各光電変換部２２に含まれるｐ型半導体領域２３、ｎ型半導体領域２４、およびｐ型半導体領域２５と、基板２１内の画素分離層２６、ｐウェル層２７、および複数のフローティングディフュージョン部２８とを備えている。
　本実施形態の固体撮像装置はさらに、溝３１と、溝３１内に設けられた素子分離部３２と、素子分離部３２に含まれる固定電荷膜（負の固定電荷を有する膜）３３および絶縁膜３４と、遮光膜３５と、複数のカラーフィルタ３６と、複数のオンチップレンズ３７と、オンチップレンズ３７間の溝３８とを備えている。
　図２は、互いに垂直なＸ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を示している。Ｘ方向およびＹ方向は横方向（水平方向）に相当し、Ｚ方向は縦方向（垂直方向）に相当する。また、＋Ｚ方向は上方向に相当し、－Ｚ方向は下方向に相当する。－Ｚ方向は、厳密に重力方向に一致していてもよいし、厳密には重力方向に一致していなくてもよい。
　基板２１は例えば、シリコン（Ｓｉ）基板等の半導体基板である。図２において、基板２１の－Ｚ方向の面は、基板２１の表側の面であり、基板２１のＺ方向の面は、基板２１の裏側の面（裏面）である。本実施形態の固体撮像装置は裏面照射型であるため、カラーフィルタ３６やオンチップレンズ３７は基板２１の裏側に設けられており、図２では基板２１の上方に位置している。基板２１の裏面は、基板２１の光入射面となる。一方、配線層１２～１４は、基板２１の表側に設けられており、図２では基板２１の下方に位置している。基板２１の厚さは、例えば１μｍ～６μｍである。
　光電変換部２２は、基板２１内に画素１ごとに設けられている。図２は、３つの画素１用の３つの光電変換部２２を例示している。各光電変換部２２は、基板２１の表側から裏側に向かって基板２１内に順に形成されたｐ型半導体領域２３、ｎ型半導体領域２４、およびｐ型半導体領域２５を備えている。光電変換部２２では、ｐ型半導体領域２３とｎ型半導体領域２４との間のｐｎ接合と、ｎ型半導体領域２４とｐ型半導体領域２５との間のｐｎ接合とにより、主なフォトダイオードが実現されており、フォトダイオードが光を電荷に変換する。光電変換部２２は、オンチップレンズ３７に入射した光をカラーフィルタ３６を介して受光し、受光した光の光量に応じた信号電荷を生成し、生成した信号電荷をｎ型半導体領域２４に蓄積する。
　画素分離層２６は、互いに隣接する光電変換部２２同士の間に設けられたｐ型半導体領域である。ｐウェル層２７は、画素分離層２６に対して基板２１の表側に設けられたｐ型半導体領域である。フローティングディフュージョン部２８は、ｐウェル層２７に対して基板２１の表側に設けられたｎ＋型半導体領域である。フローティングディフュージョン部２８は、ｐウェル層２７内にｎ型不純物を高濃度に注入することで形成される。
　なお、本実施形態の基板２１内のｐ型半導体領域とｎ型半導体領域は、互いに入れ替えてもよい。すなわち、ｐ型半導体領域２３、ｐ型半導体領域２５、画素分離層２６、およびｐウェル層２７をｎ型半導体領域に変更し、ｎ型半導体領域２４およびフローティングディフュージョン部２８をｐ型半導体領域に変更してもよい。
　溝３１は、基板２１の裏面から深さ方向（－Ｚ方向）に延びる形状を有しており、画素分離層２６と同様に、互いに隣接する光電変換部２２同士の間に設けられている。溝３１は、画素分離層２６内にエッチングにより凹部を形成することで形成される。本実施形態の溝３１は、ｐウェル層２７に達しているが、フローティングディフュージョン部２８には達していない。
　素子分離部３２は、溝３１内に順に形成された固定電荷膜３３および絶縁膜３４を含んでいる。固定電荷膜３３は、溝３１の側面および底面に形成されている。絶縁膜３４は、溝３１内に固定電荷膜３３を介して埋め込まれている。
　固定電荷膜３３は、負の固定電荷を有する膜であり、素子分離部３２の材料となっている。一般に固体撮像装置では、入射光がなく信号電荷がない状態でも、基板２１の界面に存在する微小欠陥から電荷が発生することがある。この電荷は、暗電流と呼ばれるノイズの原因となる。しかしながら、負の固定電荷を有する膜には、このような暗電流の発生を抑制する作用がある。よって、本実施形態によれば、固定電荷膜３３により暗電流を低減することが可能となる。本実施形態の固定電荷膜３３は、基板２１の裏面全体に形成されており、素子分離部３２内だけでなく光電変換部２２の上方にも配置されている。
　固定電荷膜３３は、シリコン基板等の基板２１上に形成することにより固定電荷を発生させてピニングを強化させることが可能な材料で形成することが好ましい。このような固定電荷膜３３の例は、高屈折率材料膜や高誘電体膜等の絶縁膜である。
　固定電荷膜３３は例えば、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）、およびチタン（Ｔｉ）のうち少なくとも１つの金属元素を含む酸化膜または窒化膜である。固定電荷膜３３の形成方法は例えば、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）、スパッタリング、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）等である。ＡＬＤを用いる場合には、固定電荷膜３３を形成する工程において、界面準位を低減する膜である酸化シリコン膜も１ｎｍ程度の膜厚で形成することができる。固定電荷膜３３のその他の例は、ランタン（Ｌａ）、プラセオジム（Ｐｒ）、セリウム（Ｃｅ）、ネオジム（Ｎｄ）、プロメチウム（Ｐｍ）、サマリウム（Ｓｍ）、ユウロピウム（Ｅｕ）、ガドリニウム（Ｇｄ）、テルビウム（Ｔｂ）、ジスプロシウム（Ｄｙ）、ホルミウム（Ｈｏ）、ツリウム（Ｔｍ）、イッテルビウム（Ｙｂ）、ルテチウム（Ｌｕ）、およびイットリウム（Ｙ）のうち少なくとも１つの金属元素を含む酸化物または窒化物である。また、固定電荷膜３３は、酸窒化ハフニウム膜または酸窒化アルミニウム膜でもよい。
　固定電荷膜３３には、その絶縁性を損なわない範囲でシリコン（Ｓｉ）や窒素（Ｎ）を添加してもよい。これにより、固定電荷膜３３の耐熱性やイオン注入阻止能力を向上させることが可能になる。
　本実施形態では、素子分離部３２が固定電荷膜３３等により実現されており、固定電荷膜３３に接する面に反転層が形成される。よって、基板２１の界面が反転層によりピニングされるため、暗電流の発生が抑制される。本実施形態では、基板２１に溝３１を形成することから、溝３１の側面および底面に物理的ダメージが発生し、溝３１の周辺部でピニング外れが発生する可能性がある。しかしながら、本実施形態では、溝３１の側面および底面に固定電荷膜３３を形成することで、ピニング外れを防止することができる。
　絶縁膜３４は、固定電荷膜３３と共に素子分離部３２の材料となっている。絶縁膜３４は、固定電荷膜３３と異なる屈折率を有する材料で形成することが好ましい。このような絶縁膜３４の例は、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、樹脂膜等である。また、絶縁膜３４は、正の固定電荷を持たない膜や、正の固定電荷が少ない膜としてもよい。本実施形態の絶縁膜３４は、基板２１の裏面全体に形成されており、素子分離部３２内だけでなく光電変換部２２の上方にも配置されている。
　本実施形態では、溝３１が絶縁膜３４等により埋め込まれることで、光電変換部２２同士が絶縁膜３４等により分離される。よって、各画素１から隣接画素１に信号電荷が漏れ込みにくくなるため、飽和電荷量を超えた信号電荷が発生した場合に、信号電荷があふれた光電変換部２２から隣接する光電変換部２２に信号電荷が漏れ込むことを低減することができる。これにより、画素１間の混色を抑制することができる。
　遮光膜３５は、基板２１の裏面に形成された絶縁膜３４上の所定の領域に形成されており、オンチップレンズ３７からの光を遮光する作用を有する。画素アレイ領域２では、遮光膜３５は、光電変換部２２がオンチップレンズ３７に対して開口するように網目状に形成されており、具体的には、素子分離部３２の上方に形成されている。遮光膜３５は、光を遮光する材料で形成された膜であり、例えばタングステン（Ｗ）、アルミニウム（Ａｌ）、または銅（Ｃｕ）といった元素を含む膜である。
　カラーフィルタ３６は、絶縁膜３４上および遮光膜３５上に画素１ごとに形成されている。例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）用のカラーフィルタ３６がそれぞれ、赤色、緑色、青色の画素１の光電変換部２２の上方に配置されている。また、これらのカラーフィルタ３６は、赤外光の画素１の光電変換部２２の上方に赤外光用のカラーフィルタ３６を含んでいてもよい。各カラーフィルタ３６は、所定の波長の光が透過できる性質を有しており、各カラーフィルタ３６を透過した光が、絶縁膜３４および固定電荷膜３３を介して光電変換部２２に入射する。
　オンチップレンズ３７は、カラーフィルタ３６上に画素１ごとに形成されている。各オンチップレンズ３７は、入射した光を集光する性質を有しており、各オンチップレンズ３７により集光された光は、カラーフィルタ３６、絶縁膜３４、および固定電荷膜３３を介して光電変換部２２に入射する。オンチップレンズ３７は、光を透過する材料で形成されており、本実施形態のオンチップレンズ３７同士は、この材料を介して互いにつながっている。オンチップレンズ３７のさらなる詳細については、後述する。
　溝３８は、互いに隣接するオンチップレンズ３７間に設けられており、－Ｚ方向に延びている。本実施形態の溝３８は、オンチップレンズ３７を形成している材料にエッチングで凹部を形成することにより形成される。本実施形態の溝３８は、オンチップレンズ３７同士を互いに切り離さないように形成されている。また、本実施形態の溝３８は、素子分離部３２や遮光膜３５の上方に配置され、カラーフィルタ３６間の隙間の上方に配置されている。溝３８のさらなる詳細については、後述する。
　支持基板１１は、基板２１の表側に層間絶縁膜１５を介して設けられており、基板２１の強度を確保するために設けられている。支持基板１１は例えば、シリコン（Ｓｉ）基板等の半導体基板である。
　配線層１２～１４は、基板２１の表側に設けられた層間絶縁膜１５内に設けられ、多層配線構造をなしている。本実施形態の多層配線構造は、３層の配線層１２～１４を含んでいるが、４層以上の配線層を含んでいてもよい。配線層１２～１４の各々は、種々の配線を含んでおり、転送トランジスタＴｒ１等の画素トランジスタは、これらの配線を用いて駆動される。配線層１２～１４は例えば、タングステン、アルミニウム、または銅といった元素を含む金属層である。層間絶縁膜１５は例えば、酸化シリコン膜等を含む絶縁膜である。
　各転送トランジスタＴｒ１のゲート電極１６は、ｐ型半導体領域２３とフローティングディフュージョン部２８との間のｐウェル層２７の下にゲート絶縁膜１７を介して設けられている。各転送トランジスタＴｒ１は、光電変換部２２内の信号電荷をフローティングディフュージョン部２８に転送することができる。ゲート電極１６およびゲート絶縁膜１７は、層間絶縁膜１５内に設けられている。
　本実施形態の固体撮像装置では、基板２１の裏側から光が照射され、オンチップレンズ３７に光が入射する。オンチップレンズ３７に入射した光は、オンチップレンズ３７により集光され、カラーフィルタ３６等を介して光電変換部２２に入射する。光電変換部２２は、この光を光電変換により電荷に変換して、信号電荷を生成する。信号電荷は、基板２１の表側に設けられた配線層１２～１４内の垂直信号線８を介して、画素信号として出力される。
　図３は、第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す平面図である。図３は、図１の画素アレイ領域２の平面構造を－Ｚ方向から見た様子を示している。
　図３では、４つの画素１が画素トランジスタを共有している。図３は、これらの画素１が共有する４つの転送トランジスタＴｒ１、２つのリセットトランジスタＴｒ２、２つのアンプトランジスタＴｒ３、および２つの選択トランジスタＴｒ４を示している。
　転送トランジスタＴｒ１は、基板２１の表側にゲート絶縁膜１７（図２）を介して設けられたゲート電極１６を備えている。同様に、リセットトランジスタＴｒ２、アンプトランジスタＴｒ３、および選択トランジスタＴｒ４はそれぞれ、基板２１の表側にゲート絶縁膜（図示せず）を介して設けられたゲート電極４１、４２、４３を備えている。本実施形態の固体撮像装置はさらに、基板２１内に、リセットトランジスタＴｒ２、アンプトランジスタＴｒ３、および選択トランジスタＴｒ４用のソース・ドレイン領域４４、４５、４６、４７を備えている。これら４種類のトランジスタが、本実施形態の固体撮像装置の画素トランジスタとして機能する。
　図３は、４つの画素１のそれぞれに設けられたｐ型半導体領域２３と、これらのｐ型半導体領域２３の間に介在するｐウェル層２７と、４つの画素１が共有するフローティングディフュージョン部２８とを示している。図３はさらに、素子分離部３２の位置を点線で示している。４つの転送トランジスタＴｒ１のゲート電極１６はそれぞれ、対応するｐ型半導体領域２３とフローティングディフュージョン部２８とにまたがるように配置されている。これらの転送トランジスタＴｒ１は、対応する光電変換部２２内の信号電荷をフローティングディフュージョン部２８に転送することができる。
　以下、本実施形態のオンチップレンズ３７と溝３８のさらなる詳細を説明する。以下の説明では、オンチップレンズ３７を単に「レンズ３７」と略記する。
　図４は、第１実施形態の固体撮像装置の構造を示す平面図および断面図である。
　図４のＡは、本実施形態の固体撮像装置の複数のレンズ３７のうち、互いに隣接する４つのレンズ３７を示す平面図である。本実施形態のレンズ３７は、Ｘ方向に延びる複数本の直線とＹ方向に延びる複数本の直線との交点に配置されている、すなわち、正方格子状に配置されている。各レンズ３７は、端部に配置されたレンズ３７を除き、±Ｘ方向に２つのレンズ３７と隣接し、±Ｙ方向に２つのレンズ３７と隣接し、±Ｘ’方向に２つのレンズ３７と隣接し、±Ｙ’方向に２つのレンズ３７と隣接している。ここで、Ｘ’方向はＸ方向に対して４５度傾いた方向を表し、Ｙ’方向はＹ方向に対して４５度傾いた方向を表す。
　図４のＡはさらに、これらのレンズ３７間に設けられた溝３８を示している。本実施形態の溝３８は、互いに隣接する２つのレンズ３７間に挟まれた第１部分３８ａと、互いに隣接する４つのレンズ３７間に挟まれた第２部分３８ｂとを含んでいる。本実施形態の各レンズ３７は、端部に配置されたレンズ３７を除き、４つの第１部分３７ａと４つの第２部分３７ｂにより囲まれている。第１部分３８ａはおおむね線状の平面形状を有し、第２部分３８ｂはおおむね点状の平面形状を有している。
　図４のＢは、Ｘ方向に平行なＩ－Ｉ’線に沿った断面図であり、±Ｘ方向に互いに隣接する２つのレンズ３７のＸＺ断面を示している。図４のＢは、溝３８の第１部分３８ａの縦断面形状を示している。本実施形態の第１部分３８ａは、素子分離部３２や遮光膜３５の上方に配置され、カラーフィルタ３６間の隙間の上方に配置されている。なお、図４のＢでは、図２に示す光電変換部２２等の図示は省略されている（以下の図でも同様）。
　図４のＣは、Ｘ’方向に平行なＪ－Ｊ’線に沿った断面図であり、±Ｘ’方向に互いに隣接する２つのレンズ３７のＸ’Ｚ断面を示している。図４のＣは、溝３８の第２部分３８ｂの縦断面形状を示している。本実施形態の第２部分３８ｂは、第１部分３８ａと同様に、素子分離部３２や遮光膜３５の上方に配置され、カラーフィルタ３６間の隙間の上方に配置されている。
　本実施形態の溝３８は、空気中に露出している。そのため、レンズ３７を形成している材料の屈折率は、溝３８内の物質（すなわち空気）の屈折率より高くなっており、レンズ３７から溝３８には光が抜けにくい。よって、本実施形態によれば、ある画素１のレンズ３７に入射した光が別の画素１のレンズ３７に侵入して、混色を引き起こすことを抑制することが可能となる。一方、溝３８からレンズ３７には光は容易に入ることができる。なお、溝３８は、後述するように、レンズ３７を形成している材料より屈折率の低い材料で埋め込まれていてもよい。
　また、本実施形態の溝３８は、図４のＢおよびＣに示すように、下に凸な形状の底面を有している。よって、本実施形態によれば、溝３８の底面に入射した光を、遮光膜３５ではなくカラーフィルタ３６に向かわせることが可能となり、溝３８に起因する画質の低下を抑制することが可能となる。この作用の詳細については、後述する。なお、本実施形態の溝３８の底面の縦断面の形状は、半円形となっている。これにより、溝３８の底面の形状が下に凸になっている。
　図４のＢおよびＣは、溝３８の下端Ｐを示している。溝３８の下端Ｐは、溝３８の表面の高さが極小になる点である。本実施形態の溝３８の下端Ｐは、下に凸な形状の底面の下端に位置している。
　図４のＢおよびＣはさらに、溝３８の上端Ｑを示している。本実施形態の溝３８の上端Ｑは、レンズ３７の表面の曲率の変曲点（変曲線）であり、より詳細には、レンズ３７の表面の曲率の１つ以上の変曲点のうち、最もレンズ３７の頂点に近い変曲点である。本実施形態の溝３８は、レンズ３７間において上端Ｑと下端Ｐとの間に設けられた空間となっている。
　図４のＢおよびＣはさらに、下に凸な形状の底面の上端Ｒを示している。本実施形態の溝３８は、レンズ３７間において上端Ｒと下端Ｐとの間に、下に凸な形状の底面を有している。上端Ｒは、図４のＢおよびＣでは変曲点となっていないが、上端Ｑと同様に変曲点となっていてもよい。
　本実施形態の溝３８は、第１部分３８ａでも第２部分３８ｂでも、下に凸な形状の底面を有している。ただし、本実施形態の溝３８は、第２部分３８ｂの下端Ｐｂが、第１部分３８ａの下端Ｐａより低くなるように形成されている。そのため、第２部分３８ｂの深さＤｂが、第１部分３８ａの深さＤａより深くなっている。これは、溝３８の第１部分３８ａと第２部分３８ｂとをエッチングにより同時に形成する際に、エッチングの特性上自然に第２部分３８ｂが第１部分３８ａより深くなったためである。なお、第２部分３８ｂの深さＤｂは、他の原因で第１部分３８ａの深さＤｂより深くなってもよいし、または第１部分３８ｂの深さＤａと同じになってもよい。
　第１部分３８ａの深さＤａは、第１部分３８ａの下端Ｐａと第１部分３８ａの上端Ｑａとの間のＺ方向の距離となっており、第２部分３８ｂの深さＤｂは、第２部分３８ｂの下端Ｐｂと第２部分３８ｂの上端Ｑｂとの間のＺ方向の距離となっている。第１部分３８ａの上端Ｑａと第２部分３８ｂの上端Ｑｂは、図４のＢおよびＣでは同じ高さ（Ｚ座標）となっているが、異なる高さとなっていてもよい。なお、第１部分３８ａの上端Ｑａと第２部分３８ｂの上端Ｑｂは、溝３８がエッチングで形成される関係上ここでは変曲点となっているが、変曲点となっていなくてもよい。
　図４のＢおよびＣは、下に凸な形状の底面の上端Ｒとして、第１部分３８ａの底面の上端Ｒａと、第２部分３８ｂの底面の上端Ｒｂとを示している。第１部分３８ａの底面の上端Ｒａと第２部分３８ｂの底面の上端Ｒｂは、図４のＢおよびＣでは同じ高さ（Ｚ座標）となっているが、異なる高さとなっていてもよい。
　なお、本実施形態の溝３８の底面の縦断面の形状は、第１部分３８ａでも第２部分３８ｂでも、半円形となっている。ただし、本実施形態の第１部分３８ａの底面の形状は、半円柱形となっているのに対し、本実施形態の第２部分３８ｂの底面の形状は、半球形となっている。なお、本実施形態の溝３８の底面の縦断面の形状は、後述するように、半円形以外の形状でもよい。
　図５は、第１実施形態の固体撮像装置と比較例の固体撮像装置とを比較するための断面図である。
　図５のＡは、本実施形態の固体撮像装置の縦断面を示しており、具体的には、図４のＣと同様にＸ’Ｚ断面を示している。本実施形態の溝３８は、上述のように、下に凸な形状の底面を有している。
　図５のＢは、比較例の固体撮像装置の縦断面を示しており、具体的には、Ｘ’Ｚ断面を示している。比較例の固体撮像装置は、本実施形態の固体撮像装置と同様の構造を有しているが、比較例の溝３８は、平坦な形状の底面を有している。
　以下、本実施形態の固体撮像装置と比較例の固体撮像装置とを比較する。
　本実施形態の溝３８（図５のＡ）は、空気中に露出している。そのため、レンズ３７を形成している材料の屈折率は、溝３８内の物質（すなわち空気）の屈折率より高くなっており、レンズ３７から溝３８には光が抜けにくい。よって、本実施形態によれば、ある画素１のレンズ３７に入射した光が別の画素１のレンズ３７に侵入して、混色を引き起こすことを抑制することが可能となる。図５のＡでは、レンズ３７から溝３８に向かう光が、全反射モードにより溝３８の側面で反射されている。
　これは、比較例の溝３８（図５のＢ）でも同様である。図５のＢでは、レンズ３７から溝３８に向かう光が、全反射モードにより溝３８の側面で反射されている。
　しかしながら、比較例の溝３８（図５のＢ）は、平坦な形状の底面を有している。そのため、溝３８の底面に入射した光が、図５のＢに示すように、溝３８の下方に設けられた遮光膜３５の上面に入射している。これにより、遮光膜３５で光が吸収され、固体撮像装置の感度が低下する可能性がある。さらには、遮光膜３５で光が反射され、迷光やフレアの要因になる可能性がある。このように、互いに隣接するレンズ３７間に溝３８を設けると、この溝３８から遮光膜３５に光が入射し、この光が固体撮像装置の画質を低下させる可能性がある。この問題は、画素１のサイズが縮小されて、レンズ３７のサイズに対する溝３８のサイズが相対的に大きくなると、より深刻になると考えられる。なお、この問題は、遮光膜３５以外の膜で光が吸収されたり反射されたりする場合でも起こり得る。
　一方、本実施形態の溝３８（図５のＡ）は、下に凸な形状の底面を有している。そのため、本実施形態によれば、図５のＡに示すように、溝３８の底面に入射した光を、逆レンズ効果により遮光膜３５ではなくカラーフィルタ３６に向かわせることが可能となり、溝３８に起因する画質の低下を抑制することが可能となる。この作用は、溝３８の第２部分３８ｂだけでなく、溝３８の第１部分３８ａでも得ることができる。
　以下、図６から図１０を参照して、本実施形態の種々の変形例の固体撮像装置の構造を説明する。以下の説明は、主に溝３８の第２部分３８ｂについてなされるが、本説明は、ことわりがない限り、溝３８の第１部分３８ａにも同様に当てはまる（これは、後述する第２および第３実施形態でも同様である）。
　図６は、第１実施形態の変形例の固体撮像装置の構造を示す断面図である。
　図６のＡに示す変形例では、溝３８の底面の形状が、図４のＣと同様に下に凸となっている。ただし、本変形例の溝３８の底面の縦断面の形状は、図６のＡに示すように、三角形となっている。これにより、溝３８の底面に入射した光を、遮光膜３５ではなくカラーフィルタ３６に向かわせることが可能となる。
　図６のＢに示す変形例でも、溝３８の底面の形状が、図４のＣと同様に下に凸となっている。ただし、本変形例の溝３８の底面の縦断面の形状は、図６のＢに示すように、台形となっている。これにより、溝３８の底面に入射した光を、遮光膜３５ではなくカラーフィルタ３６に向かわせることが可能となる。なお、本変形例では、台形の上底（溝３８の平坦面）に入射した光が、遮光膜３５の上面に入射する可能性がある。しかしながら、本変形例の溝３８の平坦面は、比較例の溝３８の平坦面に比べて狭くすることができることから、本変形例によれば、比較例に比べて、溝３８に起因する画質の低下を抑制することが可能となる。
　図７は、第１実施形態の別の変形例の固体撮像装置の構造を示す断面図である。
　図７に示す変形例では、溝３８の底面の縦端面の形状が、溝３８の縦断面の中心線Ｃに対して対称となっている。よって、本変形例によれば、溝３８の底面で光を溝３８の周りの複数のカラーフィルタ３６に均等に向かわせることが可能となる。例えば、各第１部分３８ａは、光を第１部分３８ａの周りの２つのカラーフィルタ３６に均等に向かわせることが可能となり、各第２部分３８ｂは、光を第２部分３８ｂの周りの４つのカラーフィルタ３６に均等に向かわせることが可能となる。これにより、画素１間の感度の差を小さくすることが可能となる。
　なお、本変形例の各第１部分３８の底面の形状は、中心面に対して鏡映対称である。この場合、上述の中心線Ｃは、この中心面上に位置する。一方、本変形例の各第２部分３８の底面の形状は、中心線Ｃに対して回転対称である。
　図８は、第１実施形態の別の変形例の固体撮像装置の構造を示す断面図である。
　図８のＡに示す変形例では、溝３８の表面全体が溝３８の底面となっており、この底面の縦断面の形状が、三角形となっている。すなわち、本変形例の溝３８の表面は、逆テーパー形状を有している。これにより、溝３８に入射した光を、遮光膜３５ではなくカラーフィルタ３６に向かわせることが可能となる。
　図８のＢに示す変形例でも、溝３８の表面全体が溝３８の底面となっており、この底面の縦断面の形状が、三角形に似た形状となっている。具体的には、この底面の縦断面の形状は、三角形の１つの角を丸めた形状となっている。本変形例の溝３８の表面も、逆テーパー形状を有している。これにより、溝３８に入射した光を、遮光膜３５ではなくカラーフィルタ３６に向かわせることが可能となる。
　図８のＢは、ある高さ（深さ）ｄにおける溝３８の幅ｗを示している。本変形例では、ある高さｄにおける溝３８の幅ｗが、その高さｄが低くなるほど狭くなっている。これにより、溝３８の表面がテーパー形状となっている。このような高さｄと幅ｗとの関係は、図８のＡでも同様に成り立っている。
　なお、幅ｗは、図８のＡおよびＢでは、深さｄの増加に対して減少する「深さｄの単調減少関数」となっているが、図４のＣのように、深さｄの増加に対して減少するか一定となる「高さｄの減少関数」となっていてもよい。すなわち、溝３８の表面は、傾斜面のみで形成されていてもよいし、傾斜面と垂直面とで形成されていてもよい。
　図９は、第１実施形態の別の変形例の固体撮像装置の構造を示す断面図である。
　図９のＡに示す変形例でも、溝３８の表面全体が溝３８の底面となっており、この底面の縦断面の形状が、三角形に似た形状となっている。具体的には、この底面の縦断面の形状は、三角形を五角形に変化させた形状となっている。本変形例の溝３８の表面も、逆テーパー形状を有している。これにより、溝３８に入射した光を、遮光膜３５ではなくカラーフィルタ３６に向かわせることが可能となる。本変形例の溝３８は、溝３８の上端Ｑに相当する変曲点と、上端Ｑより低く下端Ｐより高い位置にある変曲点Ｓとを有している。溝３８の表面にこのような変曲点Ｓを設けることで、例えば溝３８の形状の自由度を高めることが可能となる。
　図９のＡは、溝３８の表面の勾配角として、上端Ｑと変曲点Ｓとの間の勾配角θ１と、変曲点Ｓと下端Ｐとの間の勾配角θ２とを示している。これらの勾配角θ１、θ２は、０°＜θ１＜θ２＜９０°の関係を有している。これにより、例えば溝３８の縦断面形状を細長くすることが可能となる。
　勾配角θ１は、大きすぎないことが望ましく、例えば０°より大きく３０°以下であることが望ましい（０°＜θ１≦３０°）。勾配角θ１が３０°より大きいと、レンズ３７の表面に占める溝３８の表面の割合が大きくなり、レンズ３７が三角レンズに近付くからである。レンズ３７が三角レンズに近付くと、レンズ３７の集光率が下がり、固体撮像装置の感度が低下するおそれがある。
　一方、勾配角θ２は、勾配角θ１より大きければ、０°から９０°のどの角度でもよい（０°＜θ２＜９０°）。仮に勾配角θ２が９０°であると、下端Ｐ付近の底面での集光効果が得られなくなる。そのため、勾配角θ２は、９０°ではなく９０°より小さいことが望ましい。また、仮に勾配角θ２が９０°より大きいと、下端Ｐ付近の底面の形状が上に凸な形状となるため、ある画素１への入射光が、下端Ｐ付近でその画素１ではなく別の画素１に集光されてしまう。そのため、これらの画素１間で混色が生じてしまうことから、勾配角θ２は、９０°より大きい角度ではなく９０°より小さい角度であることが望ましい。
　なお、勾配角θ１の「０°＜θ１≦３０°」という条件は、図８のＡの三角形の底面や、図８のＢの三角形部分の底面にも適用可能である。
　図９のＢに示す変形例では、溝３８（第２部分３８ｂ）の幅Ｗ１が、互いに隣接するカラーフィルタ３６間の距離Ｗ２以上となっている（Ｗ１≧Ｗ２）。この場合、溝３８が深すぎると、溝３８をエッチングで形成する際に、溝３８がカラーフィルタ３６に到達し、カラーフィルタ３６がダメージを受ける可能性がある。
　そこで、図９のＢでは、溝３８（第２部分３８ｂ）の下端Ｐの高さＨ１が、カラーフィルタ３６の上面の高さＨ２より高くなっている（Ｈ１＞Ｈ２）。すなわち、溝３８がカラーフィルタ３６に到達する前に、溝３８のエッチングを終えている。これにより、溝３８を形成する際にカラーフィルタ３６がダメージを受けることを抑制することが可能となる。
　なお、図９のＢに示す変形例は、溝３８の第１部分３８ａにも第２部分３８ｂにも適用することが可能である。ただし、多くの場合には第２部分３８ｂが第１部分３８ａよりも深いため、図９のＢに示す変形例の適用対象は主に第２部分３８ｂになると考えられる。
　図１０は、第１実施形態の別の変形例の固体撮像装置の構造を示す断面図である。
　図１０のＡに示す変形例の固体撮像装置は、レンズ３７の上面に形成された反射防止膜５１を備えている。これにより、レンズ３７に入射する光が反射されることを抑制することが可能となる。本変形例の反射防止膜５１は、レンズ３７の上面に形成されているが、溝３８の表面には形成されていない。このような反射防止膜５１は例えば、レンズ３７上に反射防止膜５１を形成し、その後に反射防止膜５１を穴が貫通するようにレンズ３７間に溝３８を形成することで形成可能である。
　図１０のＢに示す変形例の固体撮像装置は、レンズ３７の上面と溝３８の表面とに形成された反射防止膜５２を備えている。これにより、レンズ３７や溝３８内に入射した光が反射されることを抑制することが可能となる。このような反射防止膜５２は例えば、レンズ３７間に溝３８を形成し、その後にレンズ３７の上面と溝３８の表面とに反射防止膜５２を形成することで形成可能である。なお、本変形例を他の変形例と組み合わせて実施する場合、溝３８の形状や寸法は、反射防止膜５２のない状態で取り扱う。
　反射防止膜５１、５２の例は、酸化シリコン膜や窒化シリコン膜である。本実施形態の固体撮像装置は、図１０Ａに示す反射防止膜５１を備えていてもよいし、図１０Ｂに示す反射防止膜５２を備えていてもよい。
　図１１から図１４は、第１実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。図１１のＡから図１２のＢは、本実施形態の固体撮像装置のＸＺ断面を示し、図１３のＡから図１４のＢは、本実施形態の固体撮像装置のＸ’Ｚ断面を示している。
　まず、図１１のＡに示すように、基板２１内や基板２１上に、ｐ型半導体領域２３、ｎ型半導体領域２４、ｐ型半導体領域２５、画素分離層２６、ｐウェル層２７、フローティングディフュージョン部２８、ゲート絶縁膜１７、ゲート電極１６等を形成する。この段階で、リセットトランジスタＴｒ２、アンプトランジスタＴｒ３、および選択トランジスタＴｒ４用のゲート絶縁膜、ゲート電極４１～４３、およびソース・ドレイン領域４４～４７も形成される。このようにして、光電変換部２２や画素トランジスタが形成される。次に、図１１のＡに示すように、基板２１の表側に、層間絶縁膜１５と配線層１２～１４とを交互に形成する。なお、図１１のＡの工程は、基板２１の表側を上向きにし、基板２１の裏側を下向きにした状態で実行される。
　その後、図１１のＢに示すように、基板２１の表側に層間絶縁膜１５を介して支持基板１１を接着させた後、基板２１の上下を反転させる。図１１のＢは、基板２１の表側を下向きにし、基板２１の裏側を上向きにした状態を示している。
　次に、図１１のＢに示すように、基板２１を裏面から薄膜化した後、基板２１内に所定の深さの溝３１をエッチングにより形成する。溝３１は、基板２１の裏面から画素分離層２６内に形成される。溝３１の深さは、分光特性を考慮して、基板２１の裏面から０．２μｍ以上であることが好ましく、１．０μｍ以上であることがより好ましい。また、溝３１の幅は、分光特性を考慮して、０．０２μｍ以上であることが好ましい。溝３１の幅を広く設定することで溝３１の加工が容易になるが、溝３１の幅が広いほど分光特性や飽和電荷量が低下するため、溝３１の幅は０．０２μｍ程度であることがより望ましい。本実施形態の溝３１は、ｐウェル層２７に達し、かつ、フローティングディフュージョン部２８やソース・ドレイン領域４４～４７に達しない深さに形成される。
　次に、図１２のＡに示すように、基板２１の裏面に固定電荷膜３３と絶縁膜３４とを順に形成する。その結果、固定電荷膜３３が、溝３１の側面および底面や、光電変換部２２上に形成される。さらには、絶縁膜３４が、溝３１内に固定電荷膜３３を介して埋め込まれると共に、光電変換部２２上に固定電荷膜３３を介して形成される。このようにして、溝３１内に素子分離部３２が形成される。固定電荷膜３３は、例えばＣＶＤ、スパッタリング、またはＡＬＤにより形成される。絶縁膜３４は、例えばＣＶＤにより形成される。
　次に、図１２のＢに示すように、基板２１の裏面に形成された絶縁膜３４上の所定の領域に遮光膜３５を形成する。遮光膜３５は例えば、絶縁膜３４上に遮光膜３５の材料層を形成し、この材料層を所定の形状にパターニングすることで形成される。本実施形態の遮光膜３５は、素子分離部３２の上方に形成される。
　次に、図１３のＡに示すように、絶縁膜３４および遮光膜３５上に、複数のカラーフィルタ３６と複数のレンズ３７とを順に形成する。その結果、光電変換部２２の上方に、カラーフィルタ３６とレンズ３７とが順に形成される。
　次に、図１３のＢに示すように、これらのレンズ３７上にレジスト膜５３を形成し、レジスト膜５３にリソグラフィおよびエッチングにより溝５４を形成する。レジスト膜５３の溝５４は、レンズ３７間に溝３８を形成すべき領域の上に形成される。
　次に、図１４のＡに示すように、レジスト膜５３をマスクとするドライエッチングにより、レンズ３７を形成している材料を加工する。その結果、レジスト膜５３の溝５４がこの材料に転写され、レンズ３７間に溝３８が形成される。溝３８は、互いに隣接する２つのレンズ３７間や、互いに隣接する４つのレンズ３７間に形成される。これにより、上述の第１部分３８ａと第２部分３８ｂとを含む溝３８が形成される。その後、レジスト膜５３は除去される。
　本実施形態の溝３８は、溝３８の底面の形状が下に凸になるように形成される。このような溝３８は例えば、レジスト膜５３の露光時にデフォーカスして、レジスト膜５３の溝５４の表面を逆テーパー形状にすることで形成可能である。なお、下に凸の形状を有する溝３８は、その他の方法で形成してもよい。このようにして、図４のＡからＣに示す固体撮像装置が製造される。
　その後、図１４のＢに示すように、基板２１の全面に、上述の反射防止膜５２を形成してもよい。その結果、レンズ３７の上面や溝３８の表面に反射防止膜５２が形成され、図１０のＢに示す固体撮像装置が製造される。なお、図１０のＡに示す固体撮像装置を製造する際には、図１３のＡの工程後にレンズ３７の上面に反射防止膜５１を形成し、図１４のＡの工程で反射防止膜５１を穴が貫通するようにレンズ３７間に溝３８を形成する。
　なお、本実施形態の溝３８は、第１部分３８ａでも第２部分３８ｂでも、下に凸な形状の底面を有している。ただし、本実施形態の溝３８は、第２部分３８ｂの下端Ｐｂが、第１部分３８ａの下端Ｐａより低くなるように形成される。そのため、第２部分３８ｂの深さＤｂが、第１部分３８ａの深さＤａより深くなる（図４のＡからＣを参照）。これは、図１４のＡの工程で溝３８の第１部分３８ａと第２部分３８ｂとをエッチングにより同時に形成する際に、エッチングの特性上自然に第２部分３８ｂが第１部分３８ａより深くなったためである。なお、第２部分３８ｂの深さＤｂは、他の原因で第１部分３８ａの深さＤｂより深くなってもよいし、または第１部分３８ｂの深さＤａと同じになってもよい。
　以上のように、本実施形態のレンズ３７は、レンズ３７間に設けられた溝３８を有し、この溝３８は、下に凸の形状の底面を有している。よって、本実施形態によれば、レンズ３７間の溝３８に起因する画質の低下を、下に凸な形状の底面により抑制することが可能となる。
　（第２実施形態）
　図１５は、第２実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。図１５は、図４のＣと同様に、本実施形態の固体撮像装置のＸ’Ｚ断面を示している。
　本実施形態の固体撮像装置は、図２、図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃ等に示す第１実施形態の固体撮像装置の構成要素に加え、レンズ３７の上面や溝３８内に設けられた平坦化膜６１を備えている。本実施形態の平坦化膜６１は、レンズ３７および溝３８を覆うように基板２１の全面に形成されており、これにより基板２１の裏面上の面が平坦となっている。平坦化膜６１は、本開示の第１膜の例である。
　本実施形態の平坦化膜６１の屈折率ｎ１は、レンズ３７の屈折率ｎ２よりも低くなっている（ｎ１＜ｎ２）。例えば、平坦化膜６１の屈折率ｎ１は１．５よりも低くなっており、レンズ３７の屈折率ｎ２は１．５よりも高くなっている。レンズ３７を形成している材料は例えば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸窒化シリコン膜、酸化チタン膜、アクリル樹脂などである。平坦化膜６１は例えば、酸化シリコンのフィラー入りの樹脂、シロキサンなどである。このシロキサンは、フッ素を含有していてもよい。フッ素含有シロキサンの屈折率は、例えば１．１５～１．４５である。
　本実施形態によれば、レンズ３７の屈折率ｎ２よりも低い屈折率ｎ１を有する平坦化膜６１を溝３８内に設けることで、溝３８が空気に露出している場合と同様に、レンズ３７から溝３８に光を抜けにくくすることができる。よって、本実施形態によれば、ある画素１のレンズ３７に入射した光が別の画素１のレンズ３７に侵入して、混色を引き起こすことを抑制することが可能となる。一方、溝３８からレンズ３７には光は容易に入ることができる。
　なお、溝３８内に形成される膜は、本実施形態ではレンズ３７の上面に形成される平坦化膜６１となっているが、後述するように平坦化膜６１以外の膜でもよい。ただし、本実施形態によれば、溝３８内に形成される膜を平坦化膜６１とすることで、平坦化膜６１を形成する工程とは別に溝３８内に膜を形成する工程を行う手間を省くことができる。
　以下、図１６から図１７を参照して、本実施形態の種々の変形例の固体撮像装置の構造を説明する。
　図１６は、第２実施形態の変形例の固体撮像装置の構造を示す断面図である。
　図１６のＡに示す変形例では、図１６の場合と同様に、平坦化膜６１がレンズ３７の上面および溝３８内に設けられている。図１６のＡはさらに、平坦化膜６１上に設けられたカバー膜６２を示している。
　本変形例では、平坦化膜６１の屈折率ｎ１がレンズ３７の屈折率ｎ２よりも低いため、レンズ３７から溝３８に光が抜けにくくなっている。図１６のＡでは、レンズ３７から溝３８に向かう光が、全反射モードにより溝３８の側面で反射されている。
　本変形例ではさらに、溝３８の底面の形状が下に凸になっている。よって、本変形例によれば、図１６のＡに示すように、溝３８の底面に入射した光を、逆レンズ効果により遮光膜３５ではなくカラーフィルタ３６に向かわせることが可能となり、溝３８に起因する画質の低下を抑制することが可能となる。
　図１６のＢに示す変形例の固体撮像装置は、レンズ３７間に設けられた溝３８と、平坦化膜６１およびカバー膜６２を貫通する溝６３とを備えている。溝６３は、溝３８の上に設けられており、溝３８と共に１つの溝を形成している。これらの溝３８、６３は、後述するように、レンズ３７、平坦化膜６１、およびカバー膜６２を貫通する溝（溝３８、６３）を同じ工程のエッチングにより形成することで形成可能である。ただし、これらの溝３８、６３は、異なる工程で形成してもよい。
　本変形例の溝３８、６３は、空気中に露出しているため、レンズ３７から溝３８に光が抜けにくくなっており、さらには、平坦化膜６１やカバー膜６２から溝６３にも光が抜けにくくなっている。図１６のＢでは、レンズ３７から溝３８に向かう光が、全反射モードにより溝３８の側面で反射されていると共に、平坦化膜６１から溝６３に向かう光が、全反射モードにより溝６３の側面で反射されている。
　本変形例ではさらに、溝３８の底面の形状が下に凸になっている。よって、本変形例によれば、図１６のＢに示すように、溝３８の底面に入射した光を、逆レンズ効果により遮光膜３５ではなくカラーフィルタ３６に向かわせることが可能となり、溝３８に起因する画質の低下を抑制することが可能となる。
　図１７は、第２実施形態の別の変形例の固体撮像装置の構造を示す断面図である。
　図１７のＡに示す変形例の固体撮像装置は、図１６のＡに示す構成要素に加え、カバー膜６２上に順に設けられたガラスシール樹脂６４とガラス６５とを備えている。本変形例のガラス６５は、ガラスシール樹脂６４によりカバー膜６２に接合されている。ガラス６５は例えば、固体撮像装置のパッケージの一部となっている。
　図１７のＢに示す変形例の固体撮像装置は、図１６のＢに示す構成要素に加え、図１７のＡに示す変形例と同様に、カバー膜６２上に順に設けられたガラスシール樹脂６４とガラス６５とを備えている。ただし、本変形例のガラスシール樹脂６４は、溝３８、６３内にも埋め込まれている。このガラスシール樹脂６４は、本開示の第２膜の例である。
　本変形例のガラスシール樹脂６４の屈折率は、レンズ３７の屈折率よりも低くなっている。例えば、ガラスシール樹脂６４の屈折率は１．５よりも低くなっており、レンズ３７の屈折率は１．５よりも高くなっている。本変形例によれば、レンズ３７の屈折率よりも低い屈折率を有するガラスシール樹脂６４を溝３８内に設けることで、レンズ３７から溝３８に光を抜けにくくすることができる。
　また、本変形例のガラスシール樹脂６４の屈折率は、平坦化膜６１の屈折率よりも低くなっている。例えば、ガラスシール樹脂６４の屈折率は１．３よりも低くなっており、平坦化膜６１の屈折率は１．３よりも高くなっている。本変形例によれば、平坦化膜６４の屈折率よりも低い屈折率を有するガラスシール樹脂６４を溝６３内に設けることで、平坦化膜６４から溝６３に光を抜けにくくすることができる。なお、ガラスシール樹脂６４の屈折率は、例えば１．１５～１．３である。また、平坦化膜６４がフッ素含有シロキサンである場合には、平坦化膜６４の屈折率は、例えば１．３～１．４５にすることが可能である。
　なお、平坦化膜６１、ガラスシール樹脂６４、ガラス６５等を備える固体撮像装置のさらなる詳細については、後述する第３実施形態で説明する。
　図１８および図１９は、第２実施形態の固体撮像装置の製造方法を示す断面図である。
　まず、図１１のＡから図１３のＡに示す工程を行った後、レンズ３７上に平坦化膜６１とカバー膜６２とを順に形成する（図１８のＡ）。次に、カバー膜６２上にレジスト膜６６を形成し、レジスト膜６６にリソグラフィおよびエッチングにより溝６７を形成する（図１８のＢ）。この溝６７は、溝３８、６３を形成すべき領域の上に形成される。
　次に、レジスト膜６６をマスクとするドライエッチングにより、カバー膜６２と、平坦化膜６１と、レンズ３７を形成している材料とを加工する（図１８のＣ）。その結果、レジスト膜６６の溝６７が、カバー膜６２と、平坦化膜６１と、レンズ膜３７を形成している材料とに転写される。これにより、カバー膜６２および平坦化膜６１を貫通する溝６３が形成され、さらにはレンズ３７間に溝３８が形成される。溝３８は、互いに隣接する２つのレンズ３７間や、互いに隣接する４つのレンズ３７間に形成される。これにより、上述の第１部分３８ａと第２部分３８ｂとを含む溝３８が形成される。その後、レジスト膜６６は除去される（図１９のＡ）。
　本実施形態の溝３８は、溝３８の底面の形状が下に凸になるように形成される。このような溝３８は例えば、レジスト膜６６の露光時にデフォーカスして、レジスト膜６６の溝６７の表面を逆テーパー形状にすることで形成可能である。なお、下に凸の形状を有する溝３８は、その他の方法で形成してもよい。
　次に、基板２１の全面に、ガラスシール樹脂６４が塗布法により形成される（図１９のＢ）。その結果、カバー膜６２の上面や溝３８、６３内にガラスシール樹脂６４が形成される。次に、ガラス６５をガラスシール樹脂６４によりカバー膜６２に接合する（図１９のＣ）。このようにして、図１７のＢに示す固体撮像装置が製造される。
　なお、図１７のＡに示す固体撮像装置を製造する際には、図１１のＡから図１３のＢに示す工程を行った後、図１８のＡ、図１９のＢ、および図１９のＣに示す工程を行う。また、本実施形態の固体撮像装置に反射防止膜５１または５２を設ける場合には、例えば、図１８のＡの工程を行う前にレンズ３８上に反射防止膜５１または５２を形成する。
　なお、本実施形態の溝３８は、第１部分３８ａでも第２部分３８ｂでも、下に凸な形状の底面を有している。ただし、本実施形態の溝３８は、第２部分３８ｂの下端Ｐｂが、第１部分３８ａの下端Ｐａより低くなるように形成される。そのため、第２部分３８ｂの深さＤｂが、第１部分３８ａの深さＤａより深くなる（図４のＡからＣを参照）。これは、図１８のＣの工程で溝３８の第１部分３８ａと第２部分３８ｂとをエッチングにより同時に形成する際に、エッチングの特性上自然に第２部分３８ｂが第１部分３８ａより深くなったためである。なお、第２部分３８ｂの深さＤｂは、他の原因で第１部分３８ａの深さＤｂより深くなってもよいし、または第１部分３８ｂの深さＤａと同じになってもよい。
　以上のように、本実施形態のレンズ３７は、第１実施形態と同様に、レンズ３７間に設けられた溝３８を有し、この溝３８は、下に凸の形状の底面を有している。よって、本実施形態によれば、レンズ３７間の溝３８に起因する画質の低下を、下に凸な形状の底面により抑制することが可能となる。
　（第３実施形態）
　図２０は、第３実施形態の固体撮像装置の構造を示す断面図である。
　本実施形態の固体撮像装置は、図１７のＡに示す固体撮像装置と同様の構成要素に加えて、絶縁膜７１と、配線層７２と、複数の金属パッド７３と、ソルダーマスク７４と、複数のソルダーボール７５とを備えている。ただし、図２０は、図１７のＡよりも広い領域を示しているため、図１７Ａに示す構成要素の一部（例えば溝３８）の図示は省略されている。
　図２０は、チップサイズにダイシングされた基板２１上に、カラーフィルム３６やレンズ３７を覆うように設けられた平坦化膜６１、カバー膜６２、ガラスシール樹脂６４、およびガラス６５を示している。本実施形態の固体撮像装置は、ＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Size/Scale Package）によりパッケージされている。よって、ガラス６５の上面のサイズが、おおむね基板２１の上面（裏面）のサイズと同じになっている。
　絶縁膜７１と配線層７２は、基板２１の下面に順に設けられている。一方、金属パッド７３は、基板２１の上面に設けられている。配線層７２は、基板２１を貫通する複数のビア配線７２ａを含んでおり、ビア配線７２ａが金属パッド７３の下面に接している。これにより、基板２１の上面の種々のデバイスと配線層７２とを電気的に接続することが可能となる。金属パッド７３は、例えばアルミパッドである。
　ソルダーマスク７４は、配線層７２の下面に設けられている。ソルダーボール７５は、ソルダーマスク７４から露出した配線層７２の下面に設けられている。これにより、本実施形態の固体撮像装置と他の装置とをソルダーボール７５を介して電気的に接続することが可能となる。
　本実施形態の平坦化膜６１は、カラーフィルム３６やレンズ３７を覆う樹脂である。本実施形態によれば、この樹脂を溝３８内に形成することが可能となる。これにより、カラーフィルム３６やレンズ３７を樹脂で覆う工程とは別に溝３８内に膜を形成する工程を行う手間を省くことができる。
　なお、本実施形態の固体撮像装置は、図１７のＢに示す固体撮像装置と同様の構成要素を備えていてもよい。この場合、溝３８（および溝６３）内には、ガラスシール樹脂６４が形成される。これにより、ガラスシール樹脂６４を形成する工程とは別に溝３８内に膜を形成する工程を行う手間を省くことができる。
　また、本実施形態の固体撮像装置は、平坦化膜６１としての樹脂の代わりに、カラーフィルム３６やレンズ３７をリング状に囲むように基板２１の端面に設けられたスペーサ樹脂を備えていてもよい。この場合、溝３８は、第１実施形態の固体撮像装置のように、空気中に露出した状態となる。このように、本実施形態の構造は、第２実施形態だけではなく、第１実施形態にも適用可能である。
　以上のように、本実施形態の固体撮像装置は、図２０に例示するように、ＷＬＣＳＰによりパッケージされている。本実施形態によれば、パッケージの小型化というＷＬＣＳＰの利点を享受しつつ、第１実施形態や第２実施形態の固体撮像装置の構造を実現することが可能となる。
　以上、本開示の実施形態について説明したが、これらの実施形態は、本開示の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の変更を加えて実施してもよい。例えば、２つ以上の実施形態を組み合わせて実施してもよい。
　なお、本開示は、以下のような構成を取ることもできる。
　（１）
　複数の光電変換部と、
　前記複数の光電変換部の上方に設けられた複数のレンズとを備え、
　前記複数のレンズは、前記レンズ間に設けられた溝を有し、
　前記溝は、下に凸な形状の底面を有する、
　固体撮像装置。
　（２）
　前記溝は、互いに隣接する２つのレンズ間に挟まれた第１部分と、互いに隣接する４つのレンズ間に挟まれた第２部分とを含み、
　前記第２部分の下端は、前記第１部分の下端よりも低い位置にある、（１）に記載の固体撮像装置。
　（３）
　さらに、前記第１部分および前記第２部分の下方に設けられた遮光膜を備える、（２）に記載の固体撮像装置。
　（４）
　前記溝の上端は、前記レンズの表面の曲率の変曲点である、（１）に記載の固体撮像装置。
　（５）
　前記溝の底面の縦断面の形状は、半円形、三角形、または台形である、（１）に記載の固体撮像装置。
　（６）
　前記溝の底面の縦端面の形状は、前記溝の縦断面の中心線に対して対称である、（１）に記載の固体撮像装置。
　（７）
　ある高さにおける前記溝の幅は、前記高さが低くなるほど狭くなる、（１）に記載の固体撮像装置。
　（８）
　前記溝の表面は、前記溝の上端より低く前記溝の下端より高い位置に、曲率の変曲点を有する、（１）に記載の固体撮像装置。
　（９）
　前記溝の表面の勾配角は、前記上端と前記変曲点との間における角度が、前記変曲点と前記下端との間における角度より小さい、（８）に記載の固体撮像装置。
　（１０）
　前記溝の表面の前記勾配角は、前記上端と前記変曲点との間において、３０度より小さい、（９）に記載の固体撮像装置。
　（１１）
　前記溝の表面の前記勾配角は、前記変曲点と前記下端との間において、９０度より小さい、（９）に記載の固体撮像装置。
　（１２）
　さらに、前記複数の光電変換部と前記複数のレンズとの間に設けられた複数のカラーフィルタを備え、
　前記第２部分の幅は、前記カラーフィルタ間の距離以上であり、
　前記第２部分の下端の高さは、前記カラーフィルタの上面の高さよりも高い、（２）に記載の固体撮像装置。
　（１３）
　さらに、前記レンズの上面に設けられた反射防止膜を備える、（１）に記載の固体撮像装置。
　（１４）
　前記反射防止膜はさらに、前記溝の表面に設けられている、（１３）に記載の固体撮像装置。
　（１５）
　さらに、前記溝内に設けられ、前記レンズの屈折率よりも低い屈折率を有する第１膜を備える、（１）に記載の固体撮像装置。
　（１６）
　前記第１膜はさらに、前記レンズの上面に設けられている、（１５）に記載の固体撮像装置。
　（１７）
　さらに、
　前記レンズの上面に設けられた第１膜と、
　前記溝内に設けられ、前記レンズの屈折率よりも低い屈折率を有する第２膜と、
　を備える（１）に記載の固体撮像装置。
　（１８）
　前記第２膜は、前記第１膜の屈折率よりも低い屈折率を有する、（１７）に記載の固体撮像装置。
　（１９）
　前記第２膜は、前記第１膜の上方にガラスを設けるためのガラスシール樹脂である、（１７）に記載の固体撮像装置。
　（２０）
　前記固体撮像装置は、ＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Size/Scale Package）によりパッケージされている、（１）に記載の固体撮像装置。
　（２１）
　複数の光電変換部を形成し、
　前記複数の光電変換部の上方に複数のレンズを形成し、
　前記レンズ間に、下に凸な形状の底面を有する溝を形成する、
　ことを含む固体撮像装置の製造方法。
　（２２）
　前記溝は、互いに隣接する２つのレンズ間に挟まれた第１部分と、互いに隣接する４つのレンズ間に挟まれた第２部分とを含むように形成され、
　前記第２部分の下端は、前記第１部分の下端よりも低い位置に形成される、（２１）に記載の固体撮像装置の製造方法。
　（２３）
　さらに、前記レンズ間に前記溝を形成した後に、前記レンズの上面と前記溝の表面とに反射防止膜を形成することを含む、（２１）に記載の固体撮像装置の製造方法。
　（２４）
　さらに、前記レンズ間に前記溝を形成する前に、前記レンズの上面に反射防止膜を形成することを含み、
　前記溝は、前記反射防止膜を穴が貫通するように前記レンズ間に形成される、（２１）に記載の固体撮像装置の製造方法。
　（２５）
　さらに、前記溝内に、前記レンズの屈折率よりも低い屈折率を有する第１膜を形成することを含む、（２１）に記載の固体撮像装置の製造方法。
　１：画素、２：画素アレイ領域、３：制御回路、４：垂直駆動回路、
　５：カラム信号処理回路、６：水平駆動回路、７：出力回路、８：垂直信号線、
　９：水平信号線、１１：支持基板、１２、１３、１４：配線層、１５：層間絶縁膜、
　１６：ゲート電極、１７：ゲート絶縁膜、２１：基板、２２：光電変換部、
　２３：ｐ型半導体領域、２４：ｎ型半導体領域、２５：ｐ型半導体領域、
　２６：画素分離層、２７：ｐウェル層、２８：フローティングディフュージョン部、
　３１：溝、３２：素子分離部、３３：固定電荷膜、３４：絶縁膜、３５：遮光膜、
　３６：カラーフィルタ、３７：オンチップレンズ、３８：溝、
　３８ａ：第１部分、３８ｂ：第２部分、４１、４２、４３：ゲート電極、
　４４、４５、４６、４７：ソース・ドレイン領域、５１：反射防止膜、
　５２：反射防止膜、５３：レジスト膜、５４：溝、６１：平坦化膜、６２：カバー膜、
　６３：溝、６４：ガラスシール樹脂、６５：ガラス、６６：レジスト膜、６７：溝、
　７１：絶縁膜、７２：配線層、７２ａ：ビア配線、７３：金属パッド、
　７４：ソルダーマスク、７５：ソルダーボール

Claims (25)

  1. 　複数の光電変換部と、
    　前記複数の光電変換部の上方に設けられた複数のレンズとを備え、
    　前記複数のレンズは、前記レンズ間に設けられた溝を有し、
    　前記溝は、下に凸な形状の底面を有する、
    　固体撮像装置。
  2. 　前記溝は、互いに隣接する２つのレンズ間に挟まれた第１部分と、互いに隣接する４つのレンズ間に挟まれた第２部分とを含み、
    　前記第２部分の下端は、前記第１部分の下端よりも低い位置にある、請求項１に記載の固体撮像装置。
  3. 　さらに、前記第１部分および前記第２部分の下方に設けられた遮光膜を備える、請求項２に記載の固体撮像装置。
  4. 　前記溝の上端は、前記レンズの表面の曲率の変曲点である、請求項１に記載の固体撮像装置。
  5. 　前記溝の底面の縦断面の形状は、半円形、三角形、または台形である、請求項１に記載の固体撮像装置。
  6. 　前記溝の底面の縦端面の形状は、前記溝の縦断面の中心線に対して対称である、請求項１に記載の固体撮像装置。
  7. 　ある高さにおける前記溝の幅は、前記高さが低くなるほど狭くなる、請求項１に記載の固体撮像装置。
  8. 　前記溝の表面は、前記溝の上端より低く前記溝の下端より高い位置に、曲率の変曲点を有する、請求項１に記載の固体撮像装置。
  9. 　前記溝の表面の勾配角は、前記上端と前記変曲点との間における角度が、前記変曲点と前記下端との間における角度より小さい、請求項８に記載の固体撮像装置。
  10. 　前記溝の表面の前記勾配角は、前記上端と前記変曲点との間において、３０度より小さい、請求項９に記載の固体撮像装置。
  11. 　前記溝の表面の前記勾配角は、前記変曲点と前記下端との間において、９０度より小さい、請求項９に記載の固体撮像装置。
  12. 　さらに、前記複数の光電変換部と前記複数のレンズとの間に設けられた複数のカラーフィルタを備え、
    　前記第２部分の幅は、前記カラーフィルタ間の距離以上であり、
    　前記第２部分の下端の高さは、前記カラーフィルタの上面の高さよりも高い、請求項２に記載の固体撮像装置。
  13. 　さらに、前記レンズの上面に設けられた反射防止膜を備える、請求項１に記載の固体撮像装置。
  14. 　前記反射防止膜はさらに、前記溝の表面に設けられている、請求項１３に記載の固体撮像装置。
  15. 　さらに、前記溝内に設けられ、前記レンズの屈折率よりも低い屈折率を有する第１膜を備える、請求項１に記載の固体撮像装置。
  16. 　前記第１膜はさらに、前記レンズの上面に設けられている、請求項１５に記載の固体撮像装置。
  17. 　さらに、
    　前記レンズの上面に設けられた第１膜と、
    　前記溝内に設けられ、前記レンズの屈折率よりも低い屈折率を有する第２膜と、
    　を備える請求項１に記載の固体撮像装置。
  18. 　前記第２膜は、前記第１膜の屈折率よりも低い屈折率を有する、請求項１７に記載の固体撮像装置。
  19. 　前記第２膜は、前記第１膜の上方にガラスを設けるためのガラスシール樹脂である、請求項１７に記載の固体撮像装置。
  20. 　前記固体撮像装置は、ＷＬＣＳＰ（Wafer Level Chip Size/Scale Package）によりパッケージされている、請求項１に記載の固体撮像装置。
  21. 　複数の光電変換部を形成し、
    　前記複数の光電変換部の上方に複数のレンズを形成し、
    　前記レンズ間に、下に凸な形状の底面を有する溝を形成する、
    　ことを含む固体撮像装置の製造方法。
  22. 　前記溝は、互いに隣接する２つのレンズ間に挟まれた第１部分と、互いに隣接する４つのレンズ間に挟まれた第２部分とを含むように形成され、
    　前記第２部分の下端は、前記第１部分の下端よりも低い位置に形成される、請求項２１に記載の固体撮像装置の製造方法。
  23. 　さらに、前記レンズ間に前記溝を形成した後に、前記レンズの上面と前記溝の表面とに反射防止膜を形成することを含む、請求項２１に記載の固体撮像装置の製造方法。
  24. 　さらに、前記レンズ間に前記溝を形成する前に、前記レンズの上面に反射防止膜を形成することを含み、
    　前記溝は、前記反射防止膜を穴が貫通するように前記レンズ間に形成される、請求項２１に記載の固体撮像装置の製造方法。
  25. 　さらに、前記溝内に、前記レンズの屈折率よりも低い屈折率を有する第１膜を形成することを含む、請求項２１に記載の固体撮像装置の製造方法。
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