JP2013120886A - 固体撮像素子およびその製造方法、並びに、電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】感度特性のばらつきを低減することができるようにする。
【解決手段】固体撮像素子は、有効画素領域と、それ以外の無効画素領域を含む画素領域を有する。有効画素領域内の各画素にカラーフィルタを形成した後、有効画素領域と無効画素領域に、無機材料または有機材料のいずれか一方からなるカバー膜が形成され、有効画素領域のカバー膜の上に、マイクロレンズの材料として、無機材料または有機材料の他方からなるレンズ材料層が形成される。そして、レンズ材料層をレンズ形状に形成するエッチングにおいて、カバー膜の露出を検出してエッチングが終了される。本発明は、例えば、固体撮像素子に適用できる。
【選択図】図５

Description

本技術は、固体撮像素子およびその製造方法、並びに、電子機器に関し、特に、感度特性のばらつきを低減することができるようにする固体撮像素子およびその製造方法、並びに、電子機器に関する。

CCD（Charge Coupled Device）やCMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの固体撮像素子には、マイクロレンズを用いて受光部への集光度を高めることにより、感度を向上させるようにしたものがある。

マイクロレンズは、レジストで形成したレンズ形状をドライエッチングにより、レジスト下層のマイクロレンズ材料層に転写して、形成される（例えば、特許文献１参照）。また、マイクロレンズの材料には、無機材料または有機材料のいずれかが選択的に用いられる。

特開２００８−９０７９号公報

従来、マイクロレンズを形成するエッチングにおいては、エッチング時間を調整することで、エッチング量をコントロールしていた。そのため、エッチング速度やマイクロレンズ材料の膜厚のばらつきなどによって、マイクロレンズのボトム位置などにばらつきが生じ、固体撮像素子の感度特性のばらつきの一因となっていた。

本技術は、このような状況に鑑みてなされたものであり、感度特性のばらつきを低減することができるようにするものである。

本技術の第１の側面の固体撮像素子は、有効画素領域と、それ以外の無効画素領域を含む画素領域を有し、前記有効画素領域内の各画素は、カラーフィルタの上に、無機材料または有機材料のいずれか一方からなるカバー膜と、前記無機材料または有機材料の他方からなるマイクロレンズとを有し、前記カバー膜は、前記無効画素領域にも形成されている。

本技術の第１の側面においては、有効画素領域と、それ以外の無効画素領域を含む画素領域を有し、前記有効画素領域内の各画素は、カラーフィルタの上に、無機材料または有機材料のいずれか一方からなるカバー膜と、前記無機材料または有機材料の他方からなるマイクロレンズとを有し、前記カバー膜は、前記無効画素領域にも形成されている。

本技術の第２の側面の固体撮像素子の製造方法は、有効画素領域と、それ以外の無効画素領域を含む画素領域のうち、前記有効画素領域内の各画素にカラーフィルタを形成した後、前記有効画素領域と前記無効画素領域に、無機材料または有機材料のいずれか一方からなるカバー膜を形成し、前記有効画素領域の前記カバー膜の上に、マイクロレンズの材料として、前記無機材料または有機材料の他方からなるレンズ材料層を形成し、前記レンズ材料層をレンズ形状に形成するエッチングにおいて、前記カバー膜の露出を検出してエッチングを終了する。

本技術の第２の側面においては、有効画素領域と、それ以外の無効画素領域を含む画素領域のうち、前記有効画素領域内の各画素にカラーフィルタが形成された後、前記有効画素領域と前記無効画素領域に、無機材料または有機材料のいずれか一方からなるカバー膜が形成され、前記有効画素領域の前記カバー膜の上に、マイクロレンズの材料として、前記無機材料または有機材料の他方からなるレンズ材料層が形成され、前記レンズ材料層をレンズ形状に形成するエッチングにおいて、前記カバー膜の露出を検出してエッチングが終了される。

本技術の第３の側面の電子機器は、有効画素領域と、それ以外の無効画素領域を含む画素領域を有し、前記有効画素領域内の各画素は、カラーフィルタの上に、無機材料または有機材料のいずれか一方からなるカバー膜と、前記無機材料または有機材料の他方からなるマイクロレンズとを有し、前記カバー膜は、前記無効画素領域にも形成されている固体撮像素子を備える。

本技術の第３の側面においては、固体撮像素子において、有効画素領域と、それ以外の無効画素領域を含む画素領域を有し、前記有効画素領域内の各画素は、カラーフィルタの上に、無機材料または有機材料のいずれか一方からなるカバー膜と、前記無機材料または有機材料の他方からなるマイクロレンズとを有し、前記カバー膜は、前記無効画素領域にも形成されている。

本技術の第１乃至第３の側面によれば、感度特性のばらつきを低減することができる。

本技術が適用された固体撮像素子の全体を示す概略構成図である。 画素の概略の断面構成図である。 カラーフィルタの配列例を示す平面図である。 カラーフィルタの断面図である。 第１の実施の形態におけるマイクロレンズの形成方法について説明する図である。 第２の実施の形態におけるマイクロレンズの形成方法について説明する図である。 第３の実施の形態におけるマイクロレンズの形成方法について説明する図である。 第４の実施の形態におけるマイクロレンズの形成方法について説明する図である。 本技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。

以下、本技術を実施するための形態（以下、実施の形態という）について説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（カラーフィルタ上の無機膜の露出を検出する形態）
２．第２の実施の形態（キャビティ構造で無機膜の露出を検出する形態）
３．第３の実施の形態（カラーフィルタ上の有機膜の露出を検出する形態）
４．第４の実施の形態（キャビティ構造で有機膜の露出を検出する形態）
５．第５の実施の形態（電子機器への適用例）

＜第１の実施の形態＞
［固体撮像素子の全体構成］
図１は、本技術が適用された固体撮像素子の全体を示す概略構成図である。図１の固体撮像素子１は、例えば、裏面照射型のCMOS型固体撮像素子である。

固体撮像素子１は、２次元配列された画素１１を含む画素領域１２と、垂直駆動回路１３、カラム信号処理回路１４、水平駆動回路１５、出力回路１６、制御回路１７等を有して構成される。

画素１１は、光電変換素子であるフォトダイオードと、複数の画素トランジスタとを含んで構成される。画素１１を構成する画素トランジスタは、転送トランジスタ、リセットトランジスタ、選択トランジスタ、増幅トランジスタで構成される４つの画素トランジスタであってもよく、また、選択トランジスタを除いた３つのトランジスタであってもよい。

画素領域１２には、画素１１が、２次元マトリックス状に規則的に複数配列されている。また、画素領域１２は、実際に光を受光し光電変換によって生成された信号電荷を増幅してカラム信号処理回路１４に出力する有効画素領域３１（図５）と、それ以外の領域である無効画素領域３２（図５）とで構成される。無効画素領域３２には、例えば、黒レベルの基準になる光学的黒の信号を出力するためのOPB（Optical Black：光学的黒）領域などが含まれる。無効画素領域３２は、通常は、有効画素領域３１の外周部に形成される。

制御回路１７は、垂直同期信号、水平同期信号及びマスタクロックに基づいて、垂直駆動回路１３、カラム信号処理回路１４、及び水平駆動回路１５等の動作の基準となるクロック信号や制御信号などを生成する。そして、制御回路１７で生成されたクロック信号や制御信号などは、垂直駆動回路１３、カラム信号処理回路１４及び水平駆動回路１５等に入力される。

垂直駆動回路１３は、例えばシフトレジスタによって構成され、画素領域１２の各画素１１を行単位で順次垂直方向に選択走査する。そして、垂直駆動回路１３は、各画素１１のフォトダイオードにおいて受光量に応じて生成した信号電荷に基づく画素信号を、垂直信号線１８を通してカラム信号処理回路１４に供給する。

カラム信号処理回路１４は、例えば、画素１１の列毎に配置されており、１行分の画素１１から出力される信号を画素列毎にOPB領域からの信号によって、ノイズ除去や信号増幅等の信号処理を行う。カラム信号処理回路１４の出力段には、水平選択スイッチ（図示せず）が水平信号線１９とのあいだに設けられている。

水平駆動回路１５は、例えばシフトレジスタによって構成され、水平走査パルスを順次出力することによって、カラム信号処理回路１４の各々を順番に選択し、カラム信号処理回路１４の各々から画素信号を水平信号線１９に出力させる。

出力回路１６は、カラム信号処理回路１４の各々から、水平信号線１９を通して順次供給される信号に対し信号処理を行い出力する。

［画素の断面図］
図２は、有効画素領域３１内の画素１１の概略の断面構成図を示している。

画素１１では、図２に示されるように、シリコン基板等の半導体基板２１に、フォトダイオードなどの受光領域２２が形成されている。半導体基板２１上の各画素１１の境界部分に遮光膜２３が形成され、その上に平坦化膜２４が形成されている。そして、平坦化膜２４の上にR（Red）、G（Green）、またはB（Blue）のカラーフィルタ２５が形成される。カラーフィルタ２５の材料には、通常、光重合ネガ型感光性樹脂に、色素としてのR、G、またはBの顔料を内添したものが用いられる。カラーフィルタ２５の上面は、酸化膜（SiO2）、窒化膜（SiN）、酸窒化膜（SiON）、炭化珪素（SiC）等の無機膜２６で覆われ、その上に、マイクロレンズ２７が有機材料で形成されている。無機膜２６は、カラーフィルタ２５をカバーして、酸素を遮断する酸素遮断膜（CFカバー膜）として機能する。

なお、以下においては、カラーフィルタ２５のR,G,Bを区別する場合には、Rのカラーフィルタ２５をカラーフィルタ２５Rとも称し、Gのカラーフィルタ２５をカラーフィルタ２５Gとも称し、Bのカラーフィルタ２５をカラーフィルタ２５Bとも称する。

［カラーフィルタの配列例］
図３は、R、G、およびBのカラーフィルタ２５の配列例を示す平面図である。また、図４Ａは、図３のａ−ａ’線の断面図を示し、図４Ｂは、図３のｂ−ｂ’線の断面図を示している。

カラーフィルタ２５は、Gのカラーフィルタ２５が市松状に配置され、残りの位置にRのカラーフィルタ２５とBのカラーフィルタ２５が対角方向に配置される、いわゆるベイヤー配列とされている。

R、G、およびBの各カラーフィルタ２５は、均一な矩形ではなく、図３に示されるように、画素数が多いカラーフィルタ２５Gが、対角方向に隣接するカラーフィルタ２５Gと四隅で連結されるようにパターニングされている。そして、カラーフィルタ２５Gの開口部に、カラーフィルタ２５R、もしくは、カラーフィルタ２５Bが形成されている。

R、G、およびBの各カラーフィルタ２５が形成される順番は、最初に、画素数の多いカラーフィルタ２５Gが最初に形成され、その後、カラーフィルタ２５Rとカラーフィルタ２５Bが形成される。

また、水平方向であるａ−ａ’線の断面でカラーフィルタ２５を見ると、図４Ａに示されるように、画素数の多いカラーフィルタ２５Gは、その後に形成されるカラーフィルタ２５Rやカラーフィルタ２５Bと境界部分でオーバーラップするように、テーパー状に形成されている。このように、画素数の多いカラーフィルタ２５Gを四隅で連結されるように形成し、かつ、カラーフィルタ２５Rやカラーフィルタ２５Bとオーバーラップするように形成することで、カラーフィルタ２５の密着性が確保される。また、各カラーフィルタ２５の重ね合わせズレなどによる隙間の発生を防止することができる。これにより、固体撮像素子１の画質劣化を低減することができる。

カラーフィルタ２５Gどうしが連結している四隅の連結部２８は、図４Ｂのｂ−ｂ’線の断面図を見てわかるように、R、G、およびBの各カラーフィルタ２５の平面部の膜厚よりも所定の厚み△ｔだけ薄く形成されている。この連結部２８が、仮に、R、G、およびBの各カラーフィルタ２５と同一膜厚で形成された場合、連結部２８のパターンサイズ（パターン幅）が太り、カラーフィルタ２５Rまたはカラーフィルタ２５Bが形成される開口部の面積が小さくなってしまう。そして、カラーフィルタ２５Rまたはカラーフィルタ２５Bが形成される開口部の面積が小さくなると、赤色または青色の感度が低下したり、緑色成分の混色が発生し、固体撮像素子１の感度特性が低下する。

そこで、固体撮像素子１では、カラーフィルタ２５Gを四隅で連結されるように形成しつつ、その連結部２８は、R、G、およびBの各カラーフィルタ２５の膜厚よりも所定の厚み△ｔだけ薄く形成されている。これにより、カラーフィルタ２５Gのパターンサイズをできるだけ画素サイズに近づけるとともに、カラーフィルタ２５の隙間の発生を防止し、かつ、カラーフィルタ２５の密着性を確保することができる。

カラーフィルタ２５Gの四隅の連結部２８を所定の厚み△ｔだけ薄く形成する方法について説明する。

四隅を連結させるカラーフィルタ２５Gを形成するときの露光マスク（フォトマスク）として、カラーフィルタ２５Gの連結部２８のパターンサイズ（パターン幅）を、感光性樹脂の解像度限界以下としたフォトマスクが用いられる。このフォトマスクの連結部２８のパターンサイズは、例えば、２００nm以下とされる。なお、２００nmとは、縮小露光装置を使用する場合には、露光されるウエハ上のサイズである。光重合ネガ型感光性樹脂を、限界解像度以下のパターンサイズを有する露光マスクサイズで露光した場合、光重合反応が十分に行われないため、その限界解像度以下のパターンサイズの部分は、薄い膜厚で形成される。したがって、図４Ｂに示されるように、画素数の多いカラーフィルタ２５Gの四隅の連結部２８を、R、G、およびBの各カラーフィルタ２５の平面部の膜厚よりも所定の厚み△ｔだけ薄く形成することができる。

なお、カラーフィルタ２５の配列は、上述したベイヤー配列に限定されるものではなく、その他の配列、例えば、ストライプ状の配列や、可視光領域全体の光を透過させるホワイトフィルタを含む配列などでもよい。また、四隅を連結させるカラーフィルタ２５の色は、G（緑）に限定されるものではなく、画素領域１２内で画素数の多い色（無色を含む）のカラーフィルタが、連結されるパターン形状で最初にパターニングされる。

［マイクロレンズの形成方法］
次に、図５を参照して、マイクロレンズ２７の形成方法について説明する。

図５は、画素領域１２内の有効画素領域３１と無効画素領域３２それぞれの、図３のｂ−ｂ’線と同様の対角方向の断面図を示している。なお、図５に示される無効画素領域３２は、OPB領域であるとする。

第１の工程では、図３および図４を参照して説明した方法により、R、G、およびBの各カラーフィルタ２５（２５R，２５G，２５B）が、有効画素領域３１と無効画素領域３２それぞれの平坦化膜２４（図２）上に形成される。

第２の工程において、有効画素領域３１と無効画素領域３２それぞれのカラーフィルタ２５の上に、CFカバー膜としての無機膜２６が成膜される。無機膜２６には、例えば、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、炭化珪素などを用いることができる。

第３の工程において、有効画素領域３１と無効画素領域３２それぞれの無機膜２６の上に、マイクロレンズ２７の材料である透明樹脂層２９が形成される。透明樹脂層２９は有機材料であり、例えば、ノボラック系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、またはそのうちの複数の共重合系樹脂を用いることができる。

第４の工程において、有効画素領域３１の透明樹脂層２９の上に、マイクロレンズ２７を形成するためのレジスト４１が、画素１１の配列と同様に、アレイ状にパターニングされる。すなわち、画素領域１２全体の透明樹脂層２９の上にレジスト４１が塗布された後、有効画素領域３１の画素境界部と、無効画素領域３２のレジスト４１が除去される。レジスト４１は、例えば、ベースポリマーにノボラック系の樹脂を用いたナフトキノンジアジド系の感光材をもつ感光性ポジ型フォトレジストを用いることができる。

第５の工程において、有効画素領域３１の透明樹脂層２９上のレジスト４１に対して熱処理が施され、パターニングされたレジスト４１が、変形（リフロー）されて、レンズ形状とされる。

第６の工程において、レジスト４１のレンズ形状が、ドライエッチングにより透明樹脂層２９に転写される。すなわち、レンズ形状のレジスト４１と、その下部の透明樹脂層２９を同時エッチングすることで、有効画素領域３１では、レジスト４１のレンズ形状が、透明樹脂層２９に転写され、無効画素領域３２では、透明樹脂層２９が徐々に薄くなる。エッチングガスは、例えば、CF4,C2F6,C3F8,C4F8,CHF3,CH2F2等のフロン系ガスを用いることができる。

無効画素領域３２の透明樹脂層２９が徐々にエッチングされて、透明樹脂層２９の下層の無機膜２６が表面に露出すると（図６に示す第６の工程（２）の状態）、反応性生物に対応する光が発生する。反応性生物に対応する光は、無機膜２６が、酸化膜である場合にはC-O,Si-Cの結合の光、窒化膜である場合にはC-N,Si-Cの結合の光、炭化珪素である場合にはSi-F,C-Fの結合の光である。そこで、第６の工程では、その工程中、分光器を用いて、反応性生物に対応する光の強度を検出することで、無機膜２６が露出したか否かが判定される。

そして、第６の工程において、分光器で検出される、反応性生物に対応する光の強度が、無効画素領域３２の無機膜２６の露出を示す所定の強度以上となった場合、プロセスが第７の工程に進む。

第７の工程では、反応性生物に対応する光の強度が所定の強度以上となってから、予め決定された所定時間が計測される。そして、所定時間経過後にエッチングが終了する。これにより、マイクロレンズ２７が完成し、対角方向に隣接するマイクロレンズ２７どうしの隙間（連結部２８の上部）は、無機膜２６が露出した状態となる。

無効画素領域３２の無機膜２６の露出が検出された時点では、図中、第６工程（２）として示されるように、有効画素領域３１のカラーフィルタ２５Gの連結部２８の上には、まだ透明樹脂層２９が残っている。これが仮に、連結部２８のカラーフィルタ２５Gの厚みが、隣接するカラーフィルタ２５Rおよび２５Bの厚みと同等であるとすると、無効画素領域３２の無機膜２６の露出検出後にエッチングを継続することはできない。なぜなら、エッチングを継続すると、連結部２８のカラーフィルタ２５Gの一部が露出し、エッチング装置及び半導体基板２１がCu等の汚染を受け、固体撮像素子１の品質低下を招く可能性があるからである。しかし、固体撮像素子１では、連結部２８のカラーフィルタ２５Gの厚みが、隣接するカラーフィルタ２５よりも薄く形成されているので、無効画素領域３２の無機膜２６の露出検出後であっても、連結部２８の無機膜２６が露出するまでエッチングを継続することができる。これにより、マイクロレンズ２７の高さ（レンズ位置）を低く形成することができる。

以上の製造方法によれば、有効画素領域３１と無効画素領域３２のカラーフィルタ２５の上にエッチング終点検出のための無機膜２６が形成される。そして、レンズ形状のレジスト４１と、その下部の透明樹脂層２９を同時エッチングしながら、分光器を用いた終点判定が行われる。そして、無効画素領域３２の無機膜２６の露出が検出されると、それを基準にエッチングが終了される。

したがって、従来のようにエッチング時間でエッチング量をコントロールするのではなく、カラーフィルタ２５上の無機膜２６の露出による光の強度変化を検出することでエッチング量がコントロールされる。これにより、エッチング量のばらつきを低減することができ、固体撮像素子１の感度特性のばらつきを低減することができる。

有効画素領域３１の透明樹脂層２９のエッチングを進めると、有効画素領域３１のカラーフィルタ２５G四隅の連結部２８上面の無機膜２６が露出する。しかし、有効画素領域３１の連結部２８上面の面積は、有効画素領域３１の５％以下と狭いため、連結部２８上面の無機膜２６の露出のみで終点検出するのは、十分な光の強度が得られず難しい。そこで、本技術では、無効画素領域３２にも無機膜２６を成膜することで、無効画素領域３２の無機膜２６が先に露出する。無効画素領域３２の無機膜２６が成膜されている領域は５％以上の露出面積があるため、十分な光の強度を得ることができる。したがって、光の強度変化を検出することで、カラーフィルタ２５上の無機膜２６の露出を正確に検出することができ、エッチング終了のトリガーとすることができる。

なお、上述したように、無機膜２６としては、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、炭化珪素などを用いることができるが、無機膜２６は、これらのうち炭化珪素が最も望ましい。なぜなら、無機膜２６を酸化膜または窒化膜とすると、無機膜と有機膜（透明樹脂層２９）のエッチング速度比は無機膜：有機膜＝1.0：0.5となり、無機膜２６を炭化珪素とすると無機膜と有機膜のエッチング速度比は無機膜：有機膜＝1.0：1.7となる。したがって、無機膜２６を炭化珪素とすると、無機膜２６を酸化膜または窒化膜とした場合よりも、露出した後の膜減りを少なくすることができる。

上述した例では、無効画素領域３２は、光学的黒の信号を出力するOPB領域としたが、これに限られない。例えば、無機膜２６の露出検出を行う無効画素領域３２として、半導体基板２１内には回路が存在せず、半導体基板２１上だけに有効画素領域３１と同様のパターニングがされているようなダミービット部を用いてもよい。

＜第２の実施の形態＞
次に、固体撮像素子１の画素領域１２の第２の実施の形態について説明する。

第２の実施の形態は、図６に示されるように、固体撮像素子１がキャビティ構造を有する実施の形態であり、有効画素領域３１がキャビティ構造の窪んだ中央部であり、無効画素領域３２が中央部より少し高く形成されている周辺部である。無効画素領域３２であるキャビティ構造周辺部の高さは、図６の第１の工程の図でわかるように、有効画素領域３１であるキャビティ構造中央部のカラーフィルタ２５（２５R，２５G，２５B）の上面の高さと一致している。また、第１の実施の形態では、無効画素領域３２にもカラーフィルタ２５が形成されていたが、第２の実施の形態では、無効画素領域３２にはカラーフィルタ２５は形成されていない。

このようなキャビティ構造を有する固体撮像素子１における、マイクロレンズ２７の形成方法について、図６を参照して説明する。なお、図６の説明において、上述した図５の説明と重複する部分については適宜省略する。

第１の工程において、キャビティ構造中央部である有効画素領域３１に対して、図３および図４を参照して説明した方法により、R、G、およびBの各カラーフィルタ２５が形成される。

第２の工程において、キャビティ構造中央部のカラーフィルタ２５とキャビティ構造周辺部の上に、無機膜２６が成膜される。

第３の工程において、キャビティ構造中央部とキャビティ構造周辺部の両方の無機膜２６の上に透明樹脂層２９が形成される。透明樹脂層２９は、キャビティ構造中央部とキャビティ構造周辺部で同一平面（同一高さ）となる。

第４の工程ないし第６の工程では、上述した第１の実施の形態と同様の工程が実施され、第６の工程において、分光器で、所定の強度以上の光が検出されることで、無効画素領域３２であるキャビティ構造周辺部の無機膜２６の露出が検出される。

そして、第７の工程において、キャビティ構造周辺部の無機膜２６の露出が検出されてから所定時間が計測され、エッチングが終了される。

以上のように、固体撮像素子１がキャビティ構造を有する形態である場合にも、上述した第１の実施の形態と同様に、キャビティ構造周辺部の無機膜２６の露出による光の強度変化を検出することで、エッチング量がコントロールされる。したがって、エッチング量のばらつきを低減することができ、固体撮像素子１の感度特性のばらつきを低減することができる。

したがって、第１および第２の実施の形態いずれにおいても、エッチング量のばらつきを低減することができ、固体撮像素子１の感度特性のばらつきを低減することができる。

また、時間パラメータでエッチング量をコントロールする従来の方法では、マイクロレンズ材料である透明樹脂層２９がマイクロレンズ２７どうしの隙間に残り、マイクロレンズ２７のレンズ位置も高くなっていた。本技術によれば、無機膜２６が露出するまでエッチングを行うので、マイクロレンズ２７のレンズ位置を下限まで精度よく下げることができ、斜めの入射光に対する感度特性が向上する。また、連結部２８の厚みが△ｔだけ薄く形成されているので、マイクロレンズ２７のレンズ位置を低くすることができ、斜めの入射光に対する感度特性がさらに向上する。さらに、終点検出のための無機膜２６は、酸素遮断膜としても機能する。

第２の実施の形態においてキャビティ構造周辺部の高さは、有効画素領域３１であるキャビティ構造中央部のカラーフィルタ２５の上面の高さと同じとしたが、カラーフィルタ２５の上面と同じかそれより高ければよい。すなわち、無効画素領域３２の無機膜２６が、有効画素領域３１の無機膜２６よりも先に露出されるような高さであればよい。

＜第３の実施の形態＞
次に、固体撮像素子１の画素領域１２の第３の実施の形態について説明する。

上述した第１の実施の形態では、カラーフィルタ２５上に成膜される終点検出のための膜（無機膜２６）が無機材料とされ、マイクロレンズ２７の材料が有機材料とされていた。これに対して、以下の第３および第４の実施の形態は、カラーフィルタ２５上に成膜される終点検出のための膜が有機材料であり、マイクロレンズ２７の材料が無機材料の例である。

図７を参照して、第３の実施の形態におけるマイクロレンズ２７の形成方法について説明する。第３の実施の形態は、第１の実施の形態のCFカバー膜を有機材料に入れ替え、マイクロレンズ２７の材料を無機材料に入れ替えた形態である。図７の説明においても、上述した図５の説明と重複する部分については適宜省略する。

第２の工程において、有効画素領域３１と無効画素領域３２それぞれのカラーフィルタ２５の上に、有機膜５１がスピンコーティングにより塗布される。有機膜５１は、例えば、ノボラック系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、またはそのうちの複数の共重合系樹脂の膜である。

第３の工程において、有効画素領域３１と無効画素領域３２それぞれの有機膜５１の上に、マイクロレンズ２７の材料である無機材料層５２が形成される。無機材料層５２の材料には、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、炭化珪素などを用いることができる。

第４の工程ないし第６の工程では、上述した第１の実施の形態と同様の工程が実施される。第６の工程において、無機材料層５２のエッチングが進むと、無効画素領域３２の有機膜５１が露出する。そして、無効画素領域３２における有機膜５１の露出による、反応性生物に対応する光の強度変化が、分光器で検出され、エッチングが終了される。その結果、有効画素領域３１では、レジスト４１のレンズ形状が転写され、マイクロレンズ２７が完成する。有機膜５１が露出するまでエッチングされることで、マイクロレンズ２７の高さを低く形成することができる。

第３の実施の形態においても、無効画素領域３２の有機膜５１の露出による光の強度変化を検出することで、エッチング量がコントロールされる。したがって、エッチング量のばらつきを低減することができ、固体撮像素子１の感度特性のばらつきを低減することができる。

＜第４の実施の形態＞
次に、固体撮像素子１の画素領域１２の第４の実施の形態について説明する。第４の実施の形態は、上述した第２の実施の形態のようにキャビティ構造を有する形態であり、かつ、CFカバー膜が有機膜であり、マイクロレンズ２７の材料が無機材料の形態である。

図８を参照して、第４の実施の形態におけるマイクロレンズ２７の形成方法について説明する。図８の説明においても、上述した実施の形態と重複する部分についての説明は適宜省略する。

第２の工程において、キャビティ構造中央部のカラーフィルタ２５とキャビティ構造周辺部の上に、有機膜５１が塗布される。有機膜５１は、例えば、ノボラック系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、またはそのうちの複数の共重合系樹脂の膜である。

第３の工程において、キャビティ構造中央部とキャビティ構造周辺部の両方の無機膜２６の上に無機材料層５２が形成される。無機材料層５２の材料には、上述の実施の形態と同様、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、炭化珪素などを用いることができる。

第４の工程ないし第６の工程では、上述した第１の実施の形態と同様の工程が実施される。そして、第６の工程において、無機材料層５２のエッチングが進み、キャビティ構造周辺部の有機膜５１が露出すると、分光器で、所定の強度以上の光が検出され、エッチングが終了される。その結果、キャビティ構造中央部では、レンズ形状の無機材料層５２の隙間から有機膜５１が露出するまでエッチングされ、マイクロレンズ２７が形成される。

第４の実施の形態においても、無効画素領域３２であるキャビティ構造周辺部の有機膜５１の露出による光の強度変化を検出することで、エッチング量がコントロールされる。したがって、エッチング量のばらつきを低減することができ、固体撮像素子１の感度特性のばらつきを低減することができる。

したがって、第３および第４の実施の形態いずれにおいても、エッチング量のばらつきを低減することができ、固体撮像素子１の感度特性のばらつきを低減することができる。

また、時間パラメータでエッチング量をコントロールする従来の方法では、マイクロレンズ材料である無機材料層５２がマイクロレンズ２７どうしの隙間に残り、マイクロレンズ２７のレンズ位置も高くなっていた。本技術によれば、有機膜５１が露出するまでエッチングを行うので、マイクロレンズ２７のレンズ位置を下限まで精度よく下げることができ、斜めの入射光に対する感度特性が向上する。無機材料層５２で形成されたマイクロレンズ２７は、酸素遮断膜としても機能する。

無機材料層５２を酸化膜または窒化膜としたときの、無機材料層５２と有機膜５１のエッチング速度比は1.0対0.5であり、無機材料層５２を炭化珪素としたときの、無機材料層５２と有機膜５１のエッチング速度比は1.0対1.7である。したがって、第３および第４の実施の形態においては、露出した後の有機膜５１の膜減りを少なくするため、無機材料層５２の材料としては、第１および第２の実施の形態とは逆に、炭化珪素よりも、酸化膜または窒化膜が望ましい。

上述した第１ないし第４の実施の形態をまとめると次のようになる。有機膜（有機材料層）または無機膜（無機材料層）の一方を第１の膜、他方を第２の膜とすると、カラーフィルタ２５上に形成される終点検出のための膜として第１の膜が形成され、その上に第２の膜が形成される。そして、レジスト４１のレンズ形状を第２の膜に転写するエッチング工程において、無効画素領域３２の第１の膜の露出による光の強度変化を検出することで、エッチングが終了される。これにより、エッチング量のばらつきを低減することができ、固体撮像素子１の感度特性のばらつきを低減することができる。

第１の膜の露出による光の強度変化を検出する領域である無効画素領域３２の第１の膜の下地面の高さは、有効画素領域３１のカラーフィルタ２５の上面と同じか、それより高ければよい。

＜第５の実施の形態＞
［電子機器への適用例］
上述した固体撮像素子１は、例えば、デジタルスチルカメラやデジタルビデオカメラなどの撮像装置、撮像機能を備えた携帯電話機、または、撮像機能を備えた他の機器といった各種の電子機器に適用することができる。

図９は、本技術を適用した電子機器としての撮像装置の構成例を示すブロック図である。

図９に示される撮像装置１０１は、光学系１０２、シャッタ装置１０３、固体撮像素子１０４、駆動回路１０５、信号処理回路１０６、モニタ１０７、およびメモリ１０８を備えて構成され、静止画像および動画像を撮像可能である。

光学系１０２は、１枚または複数枚のレンズを有して構成され、被写体からの光（入射光）を固体撮像素子１０４に導き、固体撮像素子１０４の受光面（受光領域２２）に結像させる。

シャッタ装置１０３は、光学系１０２および固体撮像素子１０４の間に配置され、駆動回路１０５の制御に従って、固体撮像素子１０４への光照射期間および遮光期間を制御する。

固体撮像素子１０４は、上述した固体撮像素子１により構成される。固体撮像素子１０４は、光学系１０２およびシャッタ装置１０３を介して受光面に結像される光に応じて、一定期間、信号電荷を蓄積する。固体撮像素子１０４に蓄積された信号電荷は、駆動回路１０５から供給される駆動信号（タイミング信号）に従って転送される。固体撮像素子１０４は、それ単体でワンチップとして構成されてもよいし、光学系１０２ないし信号処理回路１０６などと一緒にパッケージングされたカメラモジュールの一部として構成されてもよい。

駆動回路１０５は、固体撮像素子１０４の転送動作、および、シャッタ装置１０３のシャッタ動作を制御する駆動信号を出力して、固体撮像素子１０４およびシャッタ装置１０３を駆動する。

信号処理回路１０６は、固体撮像素子１０４から出力された信号電荷に対して各種の信号処理を施す。信号処理回路１０６が信号処理を施すことにより得られた画像（画像データ）は、モニタ１０７に供給されて表示されたり、メモリ１０８に供給されて記憶（記録）されたりする。

このように構成されている撮像装置１０１では、固体撮像素子１０４として、上述したように感度特性を向上させた固体撮像素子１を適用することにより、画質を向上させることができる。

なお、上述した実施の形態では、固体撮像素子１が、裏面照射型のCMOS型固体撮像素子であるとして説明したが、本技術は、表面型の固体撮像素子やCCD型の固体撮像素子にも適用可能である。

また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
有効画素領域と、それ以外の無効画素領域を含む画素領域を有し、
前記有効画素領域内の各画素は、カラーフィルタの上に、無機材料または有機材料のいずれか一方からなるカバー膜と、前記無機材料または有機材料の他方からなるマイクロレンズとを有し、
前記カバー膜は、前記無効画素領域にも形成されている
固体撮像素子。
（２）
対角方向に隣接する前記マイクロレンズどうしの隙間では、前記カバー膜が露出している
前記（１）に記載の固体撮像素子。
（３）
前記無効画素領域の前記カバー膜が形成されている下地の面の高さは、前記有効画素領域の前記カラーフィルタの上面と同じかまたはそれより高い
前記（１）または（２）に記載の固体撮像素子。
（４）
前記無効画素領域の前記カバー膜は、前記カラーフィルタの上に形成されている
前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（５）
前記カラーフィルタは、ベイヤー配列とされ、
緑の前記カラーフィルタは、対角方向に隣接する緑の前記カラーフィルタと四隅で連結し、その連結部は、前記カラーフィルタの他の領域より薄く形成されている
前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（６）
前記無機材料は、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、または炭化珪素のいずれかであり、
前記有機材料は、ノボラック系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、またはそのうちの複数の共重合系樹脂である
前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の固体撮像素子。
（７）
有効画素領域と、それ以外の無効画素領域を含む画素領域のうち、
前記有効画素領域内の各画素にカラーフィルタを形成した後、前記有効画素領域と前記無効画素領域に、無機材料または有機材料のいずれか一方からなるカバー膜を形成し、
前記有効画素領域の前記カバー膜の上に、マイクロレンズの材料として、前記無機材料または有機材料の他方からなるレンズ材料層を形成し、
前記レンズ材料層をレンズ形状に形成するエッチングにおいて、前記カバー膜の露出を検出してエッチングを終了する
固体撮像素子の製造方法。
（８）
前記カラーフィルタは、ベイヤー配列とされ、
緑の前記カラーフィルタは、対角方向に隣接する緑の前記カラーフィルタと四隅で連結し、その連結部は、前記カラーフィルタの他の領域より薄く形成されており、
前記カバー膜の露出が検出されてから、前記連結部の前記カバー膜が露出するまでの所定時間経過後にエッチングを終了する
請求項（７）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（９）
前記連結部のパターンサイズを、感光性樹脂の解像度限界以下としたフォトマスクを用いて、緑の前記カラーフィルタをパターニングする
請求項（８）に記載の固体撮像素子の製造方法。
（１０）
有効画素領域と、それ以外の無効画素領域を含む画素領域を有し、
前記有効画素領域内の各画素は、カラーフィルタの上に、無機材料または有機材料のいずれか一方からなるカバー膜と、前記無機材料または有機材料の他方からなるマイクロレンズとを有し、
前記カバー膜は、前記無効画素領域にも形成されている
固体撮像素子を備える
電子機器。

１ 固体撮像素子， １１ 画素， １２ 画素領域， ２５ カラーフィルタ， ２６ 無機膜， ２７ マイクロレンズ， ３１ 有効画素領域， ３２ 無効画素領域， １０１ 撮像装置， １０４ 固体撮像素子

Claims (10)

1. 有効画素領域と、それ以外の無効画素領域を含む画素領域を有し、
   前記有効画素領域内の各画素は、カラーフィルタの上に、無機材料または有機材料のいずれか一方からなるカバー膜と、前記無機材料または有機材料の他方からなるマイクロレンズとを有し、
   前記カバー膜は、前記無効画素領域にも形成されている
   固体撮像素子。
2. 対角方向に隣接する前記マイクロレンズどうしの隙間では、前記カバー膜が露出している
   請求項１に記載の固体撮像素子。
3. 前記無効画素領域の前記カバー膜が形成されている下地の面の高さは、前記有効画素領域の前記カラーフィルタの上面と同じかまたはそれより高い
   請求項１に記載の固体撮像素子。
4. 前記無効画素領域の前記カバー膜は、前記カラーフィルタの上に形成されている
   請求項１に記載の固体撮像素子。
5. 前記カラーフィルタは、ベイヤー配列とされ、
   緑の前記カラーフィルタは、対角方向に隣接する緑の前記カラーフィルタと四隅で連結し、その連結部は、前記カラーフィルタの他の領域より薄く形成されている
   請求項１に記載の固体撮像素子。
6. 前記無機材料は、酸化膜、窒化膜、酸窒化膜、または炭化珪素のいずれかであり、
   前記有機材料は、ノボラック系樹脂、アクリル系樹脂、スチレン系樹脂、またはそのうちの複数の共重合系樹脂である
   請求項１に記載の固体撮像素子。
7. 有効画素領域と、それ以外の無効画素領域を含む画素領域のうち、
   前記有効画素領域内の各画素にカラーフィルタを形成した後、前記有効画素領域と前記無効画素領域に、無機材料または有機材料のいずれか一方からなるカバー膜を形成し、
   前記有効画素領域の前記カバー膜の上に、マイクロレンズの材料として、前記無機材料または有機材料の他方からなるレンズ材料層を形成し、
   前記レンズ材料層をレンズ形状に形成するエッチングにおいて、前記カバー膜の露出を検出してエッチングを終了する
   固体撮像素子の製造方法。
8. 前記カラーフィルタは、ベイヤー配列とされ、
   緑の前記カラーフィルタは、対角方向に隣接する緑の前記カラーフィルタと四隅で連結し、その連結部は、前記カラーフィルタの他の領域より薄く形成されており、
   前記カバー膜の露出が検出されてから、前記連結部の前記カバー膜が露出するまでの所定時間経過後にエッチングを終了する
   請求項７に記載の固体撮像素子の製造方法。
9. 前記連結部のパターンサイズを、感光性樹脂の解像度限界以下としたフォトマスクを用いて、緑の前記カラーフィルタをパターニングする
   請求項８に記載の固体撮像素子の製造方法。
10. 有効画素領域と、それ以外の無効画素領域を含む画素領域を有し、
    前記有効画素領域内の各画素は、カラーフィルタの上に、無機材料または有機材料のいずれか一方からなるカバー膜と、前記無機材料または有機材料の他方からなるマイクロレンズとを有し、
    前記カバー膜は、前記無効画素領域にも形成されている
    固体撮像素子を備える
    電子機器。

Images